Produzindo peças em aço inoxidável 410 com sol de sílica, pesando 205 gramas, com defeitos de pontos de oxidação superficial: causas e soluções

Ao usar pó/areia de zircão como camada superficial, pontos e manchas de oxidação aparecem na produção de peças de aço inoxidável 410 (especialmente peças pequenas pesando em torno de 200 gramas). Como devemos investigar as causas e desenvolver soluções. Vamos analisar as principais conclusões uma por uma: essa oxidação “pontual e pontual” geralmente não é causada por um único fator, mas sim o resultado de uma reação violenta entre o líquido de aço altamente ativo e a interface do invólucro contaminada localmente. A causa raiz do problema reside principalmente na "qualidade do casco" e na "reação da interface do casco líquido de aço".

1、 São analisadas as principais razões para a formação de manchas/manchas de oxidação, combinadas com as características de "camada superficial de pó/areia de zircão" e "oxidação pontual". As principais razões são classificadas em ordem de possibilidade da seguinte forma:

1. Contaminação da camada superficial da casca (principal suspeita) Material de zircônia em si: O pó/areia de zircônia de baixa qualidade ou úmido pode conter impurezas como óxido de ferro (Fe ₂ O3) e óxido de titânio (TiO ₂). Em altas temperaturas, essas impurezas reagem quimicamente com elementos como o cromo (Cr) e o alumínio (Al) no aço inoxidável, deixando marcas de reação localizadas (isto é, marcas de oxidação) na superfície da peça fundida. Poluição durante a operação: Na oficina de fabricação de conchas, ferrugem, poeira e matéria orgânica (como fibras de luvas e graxa) podem ser misturadas durante o revestimento da superfície ou processo de lixamento. Esses poluentes formarão “pontos fracos” com baixos pontos de fusão ou alta atividade localmente após a calcinação da casca. Estabilidade do sol de sílica: se o sol de sílica contiver gel local ou poluição, afetará a uniformidade do revestimento, resultando em resistência local insuficiente ou enriquecimento de impurezas.

2. Torrefação insuficiente da casca e umidade residual (motivo principal): O resíduo de umidade é um dos motivos mais comuns para a formação de “pontos de oxidação”. Se a temperatura de torrefação da casca for insuficiente (<900 ℃) ou o tempo de isolamento não for suficiente, haverá água cristalina residual ou água química nas camadas profundas da casca (especialmente cascas grossas e grandes). Quando o aço fundido de alta temperatura é injetado, a água evapora instantaneamente e a pressão do vapor é extremamente alta, rompendo a fina casca solidificada na frente do aço fundido, expondo o aço fundido fresco em seu interior e sofrendo reação de oxidação com vapor de água: Fe+H ₂ O → FeO+H ₂, formando pontos como poços e escamas de óxido. Resíduo de carbono orgânico: A torrefação incompleta pode levar à carbonização de compostos orgânicos em sol de sílica e agentes desmoldantes em vez da combustão completa, formando áreas localizadas ricas em carbono. Quando o aço fundido entra em contato com esta área, o carbono reduzirá o SiO ₂ na casca, produzindo gás CO, que também danificará a superfície do aço fundido e causará oxidação local e cementação.

3. Proteção insuficiente contra derretimento e vazamento (razão fundamental) desoxidação incompleta: O cromo no aço inoxidável 410 é propenso à oxidação. Se a desoxidação final (geralmente usando alumínio) for insuficiente, o teor de oxigênio dissolvido no aço fundido será alto e tenderá a agregar-se na superfície ou combinar-se com os reagentes de casca no final da solidificação, formando pontos como óxidos. Fluxo de proteção de fundição insuficiente: Mesmo com proteção de gás argônio, se o fluxo de ar for muito fraco, disperso de forma desigual ou perturbado, o ar ainda será aspirado para o fluxo de fundição e para o copo do sprue, fazendo com que gotículas de aço respinguem e oxidem e entrem na cavidade do molde com o fluxo, formando pontos de oxidação dispersos.

4. Incompatibilidade dos parâmetros do processo (fator desencadeante) Incompatibilidade entre a temperatura da casca e a temperatura de vazamento: A temperatura de pré-aquecimento da casca é muito baixa (como <600 ℃), enquanto a temperatura de vazamento do aço fundido é muito alta. A diferença de temperatura entre os dois é muito grande, o que intensificará a explosão do gás de interface e o choque térmico e induzirá reações pontuais. Superaquecimento do aço fundido: A temperatura de fusão excessiva (como exceder 1650 ℃) intensificará a reatividade química entre o aço fundido e a casca.

2. Solução sistemática (da emergência à causa raiz) Etapa 1: Investigação e tratamento de emergência no local (execução imediata)

1. Verifique o forno de cozimento: calibre o instrumento de medição de temperatura. Certifique-se de que a temperatura de torra seja ≥ 950 ℃ e o tempo de espera seja ≥ 2 horas (dependendo do aumento na espessura da casca) e verifique a circulação da atmosfera do forno para garantir que os gases de exaustão possam ser descarregados.

2. Verifique as matérias-primas: Pegue um novo lote de pó/areia de zircão de alta pureza (quimicamente puro ou de primeiro grau) para testes comparativos. Preste especial atenção ao seu teor de ferro (Fe) e titânio (Ti).

3. Verifique o ambiente de fabricação de cascas: Limpe a oficina de fabricação de cascas, certifique-se de que o revestimento da superfície esteja isolado da área de lixamento e evite a poluição por ferrugem e poeira. Verifique se há partículas ou gel no sol de sílica.

4. Fortalecer a proteção da fundição: aumente temporariamente a resistência da proteção do gás argônio para garantir que o copo de vazamento fique completamente coberto pelo gás argônio durante a fundição.

Etapa 2: Otimização do processo de curto prazo (dentro de 1 a 2 semanas)

1. Otimize o processo de torra: implemente "torrefação com aquecimento escalonado": aumente o tempo de isolamento no estágio de 400-600 ℃ para permitir que a matéria orgânica se decomponha e evapore totalmente; Mantenha isolamento suficiente acima de 900 ℃ para expelir água química. Para componentes importantes, despeje imediatamente após o cozimento ou guarde em forno de alta temperatura (>200 ℃) para evitar a absorção de umidade.

2. Tratamento de fusão de reforço: Desoxidação final estrita: Antes de rosquear, insira o fio de alumínio na parte profunda do aço fundido para desoxidação final e controle o teor de alumínio residual em 0,02% -0,08%. Reduza adequadamente a temperatura de vazamento: Com a premissa de garantir o enchimento completo, reduza a temperatura de vazamento devido ao superaquecimento (como 1550 ℃) em 10-20 ℃ para reduzir as reações térmicas.

3. Ajuste a temperatura da carcaça do molde: reduza o intervalo entre a retirada da carcaça do molde do forno e o vazamento para o menor tempo possível, garantindo que a temperatura dentro da carcaça do molde esteja entre 800-900 ℃. Os invólucros de alta temperatura podem reduzir as diferenças de temperatura da interface e garantir a solidificação suave do aço fundido.

Passo 3: Controle sistemático de longo prazo (solução fundamental)

1. Material da casca e atualização do processo: Teste de substituição do material da camada superficial: Se o problema persistir, considere substituir o material da camada superficial por alumina fundida mais inerte (Al ₂ O3) ou "corindo branco". Embora o custo seja mais alto, a reatividade com aço com alto teor de cromo é menor. Introdução do processo de sinterização da camada superficial: Depois de concluir a fabricação da camada superficial e da segunda camada, uma sinterização adicional de baixa temperatura (800 ℃) é adicionada para densificar a camada superficial e eliminar antecipadamente algumas substâncias emissoras de gás.

2. Atualizando o sistema de fusão e vazamento: implementação de fusão com proteção de argônio: uso de gás argônio para cobrir ou soprar durante a fusão do forno de indução. Usando fundição a vácuo ou em atmosfera protetora: Para produtos de alta demanda, investir em fundição por fusão em forno de indução a vácuo ou em caixas de fundição cheias de argônio é a solução mais completa.

3. Estabeleça pontos de monitoramento do processo: Inspeção de matéria-prima: Realize amostragem do teor de impurezas para cada lote de pó de zircão. Registro de torrefação de casca: Estabeleça o monitoramento da curva de temperatura e tempo para cada forno de torrefação. Mapa de defeitos de fundição: tire fotos e arquive a localização e a morfologia dos pontos de oxidação, analise a correlação com a posição da árvore e rastreie a fonte de poluição.

Resuma o processo de solução de problemas recomendado para o problema de "pontos/manchas de oxidação na camada superficial de areia em pó de zircão em uma peça fundida de 205 gramas". Recomenda-se priorizar a solução de problemas da seguinte forma:

1. Suspeita primária: A torrefação da casca é suficiente? Realize experimentos comparativos aumentando a temperatura de torra e o tempo de espera.

2. Suspeita secundária: O material de zircão é puro? Substitua um lote de materiais conhecidos de alta pureza para testes comparativos.

3. Verifique simultaneamente: A proteção contra vazamento é realmente eficaz? Verifique o status do fluxo de ar na tubulação de argônio, no medidor de vazão e no copo do canal de entrada.

4. Otimização final: Ajuste a correspondência dos parâmetros do processo, principalmente a temperatura da casca e a temperatura de vazamento. Através da investigação e otimização sistemática acima, garantindo especialmente a secura e limpeza absolutas do invólucro e fortalecendo a proteção da interface, os pontos de oxidação e manchas na superfície das peças fundidas de precisão de aço inoxidável 410 podem ser efetivamente eliminados.