Riktad stelning

Progressiv stelning

Riktad stelning (DS) och progressiv stelning är typer av stelning inom gjutgods . Riktningsstelning är stelning som sker längst bort från gjutgodset och arbetar sig mot inloppet . Progressiv stelning, även känd som parallell stelning , är stelning som börjar vid gjutgodsets väggar och fortskrider vinkelrätt från den ytan.

Teori -

De flesta metaller och legeringar krymper när materialet ändras från flytande till fast tillstånd. Därför, om flytande material inte är tillgängligt för att kompensera för denna krympning, bildas en krympningsdefekt . När progressiv stelning dominerar över riktad stelning kommer en krympningsdefekt att bildas.

Formkavitetens geometriska form har en direkt effekt på progressiv och riktad stelning. I slutet av geometrier av tunneltyp uppstår divergerande värmeflöde , vilket gör att den delen av gjutgodset svalnar snabbare än omgivande områden; detta kallas en sluteffekt . Stora kaviteter kyls inte lika snabbt som omgivande områden eftersom det finns mindre värmeflöde; detta kallas en stigareffekt . Observera också att hörn kan skapa divergerande eller konvergerande (även känd som hot spots ) värmeflödesområden.

För att inducera riktningsstelnande kylningar kan stigare , isolerande hylsor, kontroll av hällhastighet och hälltemperatur användas.

Riktad stelning kan användas som en reningsprocess. Eftersom de flesta föroreningar kommer att vara mer lösliga i vätskan än i den fasta fasen under stelning, kommer föroreningar att "pushas" av stelningsfronten, vilket gör att mycket av det färdiga gjutgodset har en lägre koncentration av föroreningar än råmaterialet, medan den sista stelnad metall kommer att berikas med föroreningar. Den sista delen av metallen kan skrotas eller återvinnas. Lämpligheten av riktad stelning för att avlägsna en specifik förorening från en viss metall beror på fördelningskoefficienten för föroreningen i metallen i fråga, som beskrivs av Scheil-ekvationen . Riktad stelning (i zonsmältning ) används ofta som ett reningssteg vid framställning av multikristallint kisel för solceller . ^{[ citat behövs ]}

Mikrostrukturella effekter

Riktad stelning är den föredragna tekniken för att gjuta högtemperatur nickelbaserade superlegeringar som används i turbinmotorer i flygplan. Vissa mikrostrukturella problem såsom grov dendritisk struktur, långa dendritsidogrenar och porositet hindrar den fulla potentialen hos enkristall ni-baserade legeringar. Denna morfologi kan förstås genom att titta på G/V-förhållandet för en stelning där G är temperaturgradienten i smältan före stelningsfronten och V är stelningshastigheten. Detta förhållande måste hållas inom ett område för att säkerställa enkristallbildning med korrekt mikrostruktur av den grova dendriten med sidogrenar. Det har visat sig att ökning av stelningsavkylningshastigheten ytterligare förbättrar de mekaniska egenskaperna och brottlivslängden hos enkristaller som odlats genom riktad stelning på grund av förfining av y'-fällningarna.

Vid riktade stelningstillväxter av enkristaller bildar falska korn kärnor när smält metall flödade in i ett gap mellan mögel-/frögapet och stelnade. Detta är katastrofala för mekaniska egenskaper hos Ni-baserade superlegeringar som CMSX4, och kan minimeras genom att hålla toleransen <001> från den lokala ytan normal. Dessutom bör omfånget av axiella orienteringar i det riktade stelningsstartblocket minimeras för att framgångsrikt kunna växa en enskild kristall. Detta är svårt beroende på omfånget av orienteringar i DS-startblocket och gör därför orienteringskontrollen till ett stort fokusområde.

I Ti-Al-baslegeringar uppvisar den lamellära mikrostrukturen anisotropa egenskaper i lamellriktningen och därför är kinetiken och orienteringen av dess tillväxt väsentliga för att optimera dess mekaniska egenskaper. Att välja en riktad stelningstillväxt där lamellstrukturen är parallell med tillväxtriktningen kommer att resultera i en hög hållfasthet och duktilitet. Det är ännu svårare att fälla ut denna fas eftersom den inte bildas av vätskan och istället från det fasta tillståndet. Det första sättet att övervinna denna utmaning är att använda ett frömaterial, som är korrekt orienterat och som bildar nya lameller under bearbetningen med samma orientering som originalmaterialet. Den placeras framför huvudmassan av materialet så att när smältan stelnar har den ett prejudikat för korrekt orientering. Om ett frö inte används är den andra metoden för att uppnå den höghållfasta enkla lamellfasen att ha den lamellära strukturen orienterad längs tillväxtriktningen. Detta är dock endast framgångsrikt för ett litet fönster av stelningen, eftersom dess framgång från kolumnär tillväxt av betafasen följt av den likaxliga tillväxten av alfafasen och legering med bor äventyras av den höga termiska gradienten av kylningen.

Bibliografi

Chastain, Stephen (2004), Metal casting: a sand casting manual for the small foundry, Vol. II , vol. 4, Stephen Chastain, ISBN 978-0-9702203-3-2 .
Stefanescu, Doru Michael (2008), Science and Engineering of Casting Solidification (2:a upplagan), Springer, ISBN 978-0-387-74609-8 .

Vidare läsning

Campbell, John (12 juni 2003), Castings (2:a upplagan), Butterworth-Heinemann, ISBN 0-7506-4790-6 .
Wlodawer, Robert (1966), Riktad stelning av stålgjutgods , Pergamon Press .