鋳造プロセス中に耐熱鋼鋳物の亀裂や細孔を回避するにはどうすればよいですか?

はじめに
耐熱鋼鋳物 コンポーネントは高温、機械的ストレス、腐食環境に耐える必要がある石油化学、冶金、エネルギー、機械などの業界で広く使用されています。しかし、鋳造プロセス中に亀裂や気孔などの欠陥が発生することが多く、最終製品の強度、信頼性、耐用年数が低下します。亀裂は熱応力、不適切な冷却速度、または合金の偏析によって発生する可能性があり、気孔はガスの閉じ込め、収縮、または不十分な供給によって発生する可能性があります。これらの欠陥を防ぐには、材料の選択、工程管理、金型設計、後処理対策などを含む総合的なアプローチが必要です。

材料組成と合金の選択
合金組成の選択は、鋳造欠陥を減らす上で重要な役割を果たします。耐熱鋼には通常、高温安定性を向上させるためにクロム、ニッケル、モリブデンなどの元素が含まれています。ただし、過度の合金化は偏析や脆化を引き起こし、亀裂の原因となる可能性があります。炭素含有量を制御することも重要です。炭素含有量が高くなると、高温亀裂が発生しやすくなる可能性があるからです。合金元素のバランスを慎重に調整することで、メーカーはリスクを最小限に抑えながら望ましい性能を達成できます。

金型設計と供給システム
金型の設計は、溶融金属がどのように凝固するかに直接影響し、亀裂や気孔が形成されるかどうかを決定します。ゲートまたはライザーの配置が不適切であると、乱流やガスの閉じ込めが発生し、細孔の形成が増加する可能性があります。同様に、ライザーの容量が不十分だと引け巣が発生する可能性があります。金型は指向性凝固を実現し、完全に凝固するまで溶融金属が重要な部分に向かって確実に流れるようにする必要があります。

注湯温度と冷却速度
亀裂は急速冷却中の熱応力によって生じることが多く、ガスが適切に除去されないと細孔が形成されることがあります。最適な注入温度を維持すると、流動性とガス溶解度のバランスが取れます。過熱するとガスの吸収が増加しますが、過熱すると流量が減少し、充填が不完全になります。同様に、制御された冷却により、高温による裂け目や亀裂の原因となる急激な温度勾配が防止されます。
実際的なガイドラインは、合金組成と金型材料に応じて注入温度範囲を監視することです。金型の予熱を制御することにより、安定した冷却速度を維持することもできます。

ガス制御と脱ガス方法
ガスの閉じ込めは、鋼鋳物に気孔が発生する主な原因の 1 つです。ガス源には、溶融中に吸収される水素、窒素、酸素が含まれます。予防策には、きれいな装入材料を使用すること、溶融金属表面をフラックスで覆うこと、真空または不活性ガスによる脱気を適用することが含まれます。金型内の効果的な通気チャネルにより、注入中のガスの排出がさらに促進されます。

予熱と応力制御
金型を予熱し、一定の温度を維持することで、鋳物への突然の熱衝撃が軽減されます。不均一な温度分布は、熱亀裂の一般的な原因です。制御された冷却を段階的に適用すると、応力が軽減され、変形が最小限に抑えられます。メーカーによっては、残留応力を軽減するために、鋳造後に制御された炉冷却を使用することもあります。

発熱素材の使用と悪寒
鋳造では凝固を制御するために発熱材料と冷却が一般的に適用されます。発熱ライザースリーブは溶融金属の温度をより長く維持し、完全な供給を促進し、収縮孔を減らします。戦略的に配置された金属チルは方向性凝固を強化し、冷却プロセスをガイドして内部の空隙や亀裂を回避します。それらを組み合わせて使用​​すると、より予測可能な凝固経路が可能になります。

鋳造後の熱処理
鋳造後の熱処理は、内部応力を軽減し、微細構造の均一性を向上させるために不可欠です。アニーリング、焼きならし、応力除去などのプロセスにより、使用中に小さな内部欠陥が大きな亀裂に発展することがなくなります。また、熱処理により合金の分布が均一化され、偏析が減少し、靭性が向上します。

検査と品質管理
非破壊検査 (NDT) 方法は、初期段階の亀裂や細孔を検出するのに役立ち、最終使用前に修正措置を講じることができます。 X線検査では内部の気孔を特定でき、超音波検査では表面下の亀裂を検出できます。染料浸透試験は、表面の亀裂に役立ちます。厳格な検査プロトコルを実装することで、欠陥のない鋳物のみが適用されることが保証されます。

オペレーターのトレーニングとプロセスの監視
高度な設備を使用する場合でも、鋳造欠陥を減らすにはオペレーターのスキルが決定的な役割を果たします。注湯技術、金型の取り扱い、温度監視に関する適切なトレーニングは、一貫性を維持するのに役立ちます。熱画像や自動センサーなどのリアルタイム監視システムがフィードバックを提供し、迅速な調整が可能になります。鋳造工場内に品質意識の文化を構築することで、亀裂や孔の原因となる人為的ミスをさらに最小限に抑えることができます。

信頼性の高い鋳造のための統合アプローチ
耐熱鋼鋳造品の亀裂や気孔を回避するには、冶金原理、設計の最適化、プロセス制御、後処理を組み合わせた統合的なアプローチが必要です。鋳造に欠陥がないことを保証できる単一の対策はありません。代わりに、生産サイクル全体を通じて予防戦略を組み合わせて適用する必要があります。