Beim Sandguss sind Lunker und Lunkerporosität die häufigsten inneren Gussfehler. Lunker manifestieren sich typischerweise als unregelmäßig große Hohlräume in dicken Bereichen oder Wärmezentren des Gussteils und sind durch raue Wände und dendritische Kristalle gekennzeichnet. Lunkerporosität erscheint als fein verteilte Porenansammlungen, die vorwiegend entlang der Gussachsen oder an Dickenübergängen auftreten. Diese Defekte beeinträchtigen die mechanischen Eigenschaften und die Luftdichtheit erheblich und können zu Rissen und vorzeitigem Versagen führen. Als zentrale Prozesse im Gießprozess spielen Formgestaltung und Kernherstellung eine entscheidende Rolle bei der Vermeidung von Lunkerporosität und Lunker. Dieser Artikel skizziert systematisch wirksame Maßnahmen zur Reduzierung ihrer Häufigkeit und konzentriert sich dabei auf kritische Aspekte des Formherstellungsprozesses.
I. Optimieren Sie die Auslegung der Gusssteifigkeit und des Fülldrucks
1. Stellen Sie die obere Kastenhöhe sicher und erhöhen Sie den statischen Druck des Metalls
Eine unzureichende Höhe des oberen Kastens verringert den Schrumpfungsdruck des Metalls während der letzten Erstarrungsphase von Gussteilen erheblich, was zu einer verringerten Kühlleistung und einer erhöhten Anfälligkeit für Schrumpfungsporosität oder Schrumpfungshohlräume an thermischen Verbindungen führt. Bei horizontal geteilten Stahlgusspumpen (Pumpengehäuse aus Stahlguss mit geteiltem Gehäuse) muss besonders auf die Gewichtsverteilung zwischen oberen und unteren Kästen geachtet werden: Ein zu kleiner oberer Kasten verschlimmert den unzureichenden Schrumpfungsdruck und verursacht konzentrierte Schrumpfungshohlräume oben am Pumpenflansch. Das Gewicht des oberen Kastens sollte ≥ 1,5-mal so hoch sein wie die statische Förderhöhe des geschmolzenen Metalls, wobei bei Bedarf zusätzliche Gewichte hinzugefügt werden können. Kompromisse bei der Höhe des oberen Kastens zur Einsparung von Sand oder zur Senkung der Formkosten müssen in der Produktion strengstens untersagt sein. Für Strukturen, die flache obere Kästen erfordern, sollten Ausgleichslösungen Folgendes umfassen:
Verwenden Sie eine isolierende Steigrohrhülse oder ein Heizsteigrohr, um die Erstarrungszeit der Metallflüssigkeit im Steigrohr zu verlängern.
Verwenden Sie den Gießbecher zum Anheben oder geben Sie dem Steigrohr kontinuierlich heiße Metallflüssigkeit hinzu, um den glatten Füllkanal und den Fülldruck aufrechtzuerhalten.
2. Verbessern Sie die Gesamtsteifigkeit und Kompaktheit des Gussteils
Eine unzureichende Formsteifigkeit kann zu einer Ausdehnung der Hohlräume während des Vorgussbackens oder zu statischem Druck durch den Fluss des geschmolzenen Metalls führen, was zu einer unzureichenden Nachfüllung der Flüssigkeit führt. Pumpengehäuse mit geteiltem Gehäuse erfordern aufgrund ihrer komplexen Angussflächen und zahlreichen Kerne eine verstärkte strukturelle Verstärkung.
Der dicke Bereich des Pumpenkörperflansches wird lokal mit Materialien mit hoher Wärmespeicherfähigkeit wie Chromitsand gegossen, um die Verfestigung zu beschleunigen und die Tendenz zum Schrumpfen und Lösen zu verringern.
Das Kalteisenskelett (z. B. ein Φ20mm-Stahlstab) ist in den Strömungskanalkern eingebettet, um die Steifigkeit des Kerns zu erhöhen und ein Aufschwimmen zu verhindern. Außerdem wird die Wärmeableitung beschleunigt, um das Auftreten von Mikroschrumpfungen in der Wandstärke des Strömungskanals zu vermeiden.
Wenden Sie nach dem Schließen der Box eine Vorspannkraft auf die Schraube der Trennfläche an (≥0,2 MPa).
2、Wissenschaftliches Design des Anguss- und Kalteisensystems
1. Verstärkung der sequentiellen Erstarrung und der gerichteten Schrumpfung
Spezielle Gusskonstruktion: Der Pumpenkörper im Mittelgehäuse muss über einen sichtbaren Steigkanal an den Einlass-/Auslassflanschen verfügen. Der konisch geformte Hals (oben größer, unten schmaler) gewährleistet ungehinderte Schrumpfungskompensationskanäle. Hinter dem Laufradkanal ist ein verdeckter Steigkanal installiert, der den inneren Hohlraum des Sandkerns nutzt, um Luft abzulassen und axiale Schrumpfung aufgrund langsamer Wärmeableitung in diesem Bereich zu verhindern.
Innovative Kalteisenanwendung: Implementierung von konform gekrümmten Kalteisen (ca. 0,8-fache Wandstärke) im variablen Querschnittsbereich der Pumpenspirale. Der Abstand zwischen den Kalteisen wird auf das 1,5-fache der Wandstärke reduziert, was eine präzise Steuerung lokaler Abkühlungsgradienten ermöglicht. Der Spalt zwischen Kalteisen und Formsand bleibt ≤0,5 mm, um das Eindringen von geschmolzenem Metall zu verhindern, das Wärmebrücken und damit Lunker verursachen könnte.
Gießsystem: Um eine übermäßige Erosion der Kavität durch geschmolzenes Metall zu vermeiden, sollte das offene Gießsystem mit Bodeneinspritzung bevorzugt werden. Die Position des inneren Gießkanals sollte eine ausreichende Kühlung der heißen Stellen ermöglichen, um die Bildung isolierter heißer Bereiche und Schrumpfporosität zu vermeiden.
2. Vermeidung thermischer Verbindungen und Optimierung der Struktur von Gussteilen
Optimieren Sie die Gussstruktur durch Bearbeitungszugabe und -korrektur: Vermeiden Sie drastische Änderungen der Querschnittsgröße (übermäßige Wanddickenunterschiede) und reduzieren Sie isolierte heiße Verbindungen. Das Übergangsdesign wird an der Dick-Dünn-Verbindung verwendet.
Richtiges Eckendesign: Ein unzureichender Radius (R) an konkaven Ecken verringert die Sandkühlungseffizienz, verzögert die Erstarrung und erhöht die Luftschwindporosität. Ein zu großer Radius (R) kann dicke Thermoschockzonen erzeugen, die zu Schwindporosität führen. Der ideale Eckenradius sollte etwa ein Drittel der angrenzenden Wandstärke betragen.
Wartung der Form/des Gehäuses: Überprüfen und reparieren Sie die abgenutzte Form/das abgenutzte Gehäuse regelmäßig, um sicherzustellen, dass die Wandstärke des Gussteils den Konstruktionsanforderungen entspricht und um lokale Ausdünnungen zu vermeiden, die den Umgusskanal behindern.
III. Strenge Kontrolle der Sandleistung und des Beschichtungsprozesses
1. Die Leistung des Formsandes ist die Grundlage
• Luftdurchlässigkeit: Eine schlechte Luftdurchlässigkeit behindert den Austritt von Wasserdampf und Gas in die Form, und der Gasdruck kann in die nicht verfestigte Metallflüssigkeit eindringen, was die Schrumpfungsneigung verstärkt und zu Verbunddefekten durch Gasschrumpfung führt. Regelmäßige Erkennung und Anpassung sind erforderlich.
• Feuchtigkeit und Gasemission: Kontrollieren Sie die Feuchtigkeit des Sandes streng und reduzieren Sie die Gasemission. Zu viel Feuchtigkeit verringert nicht nur die Festigkeit und erhöht die Gasemission, sondern verzögert auch die lokale Abkühlungsgeschwindigkeit und führt zu Schrumpfung und Lockerung.
• Festigkeit und thermische Stabilität: Sorgen Sie für ausreichende Nass-/Trockenfestigkeit und thermische Stabilität, um zu verhindern, dass die Formwand zu früh nachgibt oder Risse bekommt, wodurch die Umgebung für die zusätzliche Kühlung zerstört würde.
2. Optimierung des Beschichtungsprozesses
• Tragen Sie auf dicke Bereiche oder heiße Knoten eine schnell abkühlende Beschichtung (z. B. Zirkonoxid-Pulverbeschichtung) auf, um die Verfestigung des Bereichs zu beschleunigen.
• Kontrollieren Sie die Konzentration und Dicke der Beschichtung streng, um Gleichmäßigkeit zu gewährleisten. Eine zu dicke oder ungleichmäßige Beschichtung beeinträchtigt die Wärmeisolierung und den idealen sequentiellen Erstarrungsgradienten.
IV. Konzentrieren Sie sich auf die Details und die Prozesskontrolle des Kernbohrvorgangs
1. Feinformgebung und Kernherstellung
• Standardisieren Sie den Vorgang des Formens und Trimmens, um ein übermäßiges Bürsten mit Wasser in bestimmten Bereichen zu vermeiden, das zu Feuchtigkeitsansammlungen im Formsand und ungleichmäßiger Abkühlung führen würde.
• Stellen Sie sicher, dass der Sandkern vollständig trocken ist (insbesondere am Kernkopf) und die Belüftungskanäle (Wachsdraht, Belüftungsnadel) ungehindert sind, um zu verhindern, dass das Gas des Sandkerns den Erstarrungs- und Schrumpfungsprozess des Metalls stört und es zu losen Schrumpfungen oder Luftschrumpfungslöchern kommt.
• Stellen Sie die Positionierung und Stabilität des Sandkerns sicher und vermeiden Sie ungleichmäßige Wandstärken, die durch Aufschwimmen oder Verschieben des Kerns verursacht werden, sowie die Entstehung unerwarteter heißer Verbindungen.
2. Vorbereitungen zum Verschließen und Gießen der Kisten
• Die Box wird genau positioniert, um die Bildung heißer Verbindungen durch lokale Verdickungen aufgrund eines falschen Typs zu verhindern.
• Ausgießbecher und Steigring sind stabil platziert und gut abgedichtet.
• Bei großen und komplexen Gussteilen wird das Formen mit Harzsandkern bevorzugt, um die Gesamtpräzision und Steifigkeit des Gussteils zu verbessern.
V. Betriebseigenschaften und Koordination mit anderen Prozessen
Besondere Betriebspunkte der Mittelöffnungspumpe
• Positionierung der Sandkernkombination: Zum Zusammenbau der Strömungskanalkerngruppe wird eine Positionierungskartenplatte aus 3D-Druck verwendet, und der Abstand zwischen den Kernköpfen beträgt weniger als 0,8 mm, um zu verhindern, dass die Drift des Kerns zu ungleichmäßiger Wandstärke und versehentlichem thermischen Schrumpfen und Lösen führt;
• Halten Sie den Schließdruck der Schachtel aufrecht: Komprimieren Sie die Dicke des Dichtungsstreifens auf der Trennfläche auf 80 % des Originals und verwenden Sie den Schließdruck der Schachtel, um die Dichtung zu verdichten, um zu verhindern, dass das Anheben der Schachtel zu einer Unterbrechung der Befüllung und zur Bildung von Schrumpflöchern führt.
• Informationsaustausch beim Schmelzen: Durch die genaue Abstimmung der Metalleigenschaften kann der Schmelzprozess dem Formteil in Echtzeit Feedback zur Zusammensetzung des geschmolzenen Stahls (z. B. C- und Si-Gehalt) geben. Da kohlenstoffreicher Stahl eine größere Schrumpfungsneigung aufweist, erfordert die Formkonstruktion einen erhöhten Steigrohrvolumenausgleich zur Schrumpfung sowie zusätzliche Kühler, um die Erstarrung in dickwandigen Abschnitten zu beschleunigen und Schrumpfungsporosität zu verhindern.
• Sandfallkoordination: Die Isolationszeit von über 500 °C beträgt mehr als 6 Stunden (2–3 Stunden für herkömmliche Teile), langsames Abkühlen, um Spannungen abzubauen und abgeleitete Risse in der Schrumpfzone zu vermeiden.
Epilog
Die Praxis der Kontrolle von Schrumpfung und Schrumpfungslöchern im Pumpenkörper von Pumpen mit mittlerer Öffnung zeigt, dass Gussteile mit komplexer Struktur die herkömmliche Steigrohranordnung (wie etwa ein verstecktes Steigrohr hinter dem Läufer) durchbrechen müssen. Der Schlüssel zur Verhinderung von Schrumpfung in dünnwandigen Bereichen liegt in der Verstärkung der Kernsteifigkeit (eingebautes Kalteisenskelett) und die differenzierte Kühlstrategie (gebogenes Kalteisen + regionale Beschichtung) kann den heißen Abschnitt genau kontrollieren.
Die Kontrolle von Lunkerbildung und Porosität im Sandguss beruht grundsätzlich auf der Schaffung einer dreistufigen Erstarrungsumgebung durch Formprozesse: Konstruktion starrer Formen, Einsatz präziser Kokillen und Aufrechterhaltung eines kontinuierlichen Drucks zur Kompensation der Schrumpfung. Nur durch die enge Integration von Kernformtechniken in die strukturellen Eigenschaften von Gussteilen (wie z. B. umgekehrt konische Steigrohrhälse in Pumpengehäuseflanschen und an die Strömungskanäle angepasste Kokillen) kann die Fehlerrate auf unter 0,5 % gesenkt und so die inhärenten Sicherheitsanforderungen für drucktragende Gussteile erfüllt werden.