Defecten bij aluminium spuitgieten: Top 8 interne problemen en oplossingen

Terwijl aluminium spuitgieten is een hoeksteen van de moderne productie, waarbij complexe componenten voor diverse industrieën worden geproduceerd. Het proces is vatbaar voor kritieke defecten in aluminium spuitgietenDeze defecten, met name interne, kunnen de structurele integriteit, functionele prestaties en algehele productbetrouwbaarheid in gevaar brengen. In tegenstelling tot zichtbare oppervlaktedefecten vereisen deze verborgen gebreken vaak geavanceerde diagnostische hulpmiddelen zoals röntgeninspectie om ze te detecteren.

Dit artikel gaat dieper in op 8 cruciale interne defecten in aluminium spuitgieten Vaak voorkomende problemen. Op basis van praktische ervaring en diagnostische inzichten onderzoeken we de verschijnselen, primaire oorzaken en toepasbare oplossingen voor elk probleem. Dit biedt een robuust kader voor kwaliteitscontrole en procesoptimalisatie.

De 8 kritieke interne defecten bij aluminium spuitgieten

1. Gasporositeit

Fenomeen: Gasporositeit verschijnt als relatief regelmatige, gladwandige bolvormige holtes in het gietstuk. Dit is een van de meest voorkomende defecten in aluminium spuitgieten, gevormd wanneer lucht of gassen uit de spuitbus, gietkanaal of matrijsholte ingesloten raken in het gesmolten metaal en stollen.

Belangrijkste oorzaken:

• Onvoldoende schimmelventilatie: Ingesloten lucht of gassen in de matrijsholte kunnen niet ontsnappen tijdens het metaalinspuiten.
• Turbulente metaalstroming: Een te hoge injectiesnelheid of een onjuist ontwerp van de spuitopening zorgt ervoor dat het gesmolten metaal spettert en vernevelt, waardoor lucht wordt meegevoerd.
• Onvoldoende vulling in de huls: Als het volume gesmolten metaal in de spuitbus te laag is, kan er gemakkelijk lucht worden ingesloten en in de holte terechtkomen.
• Overmatig smeermiddel/vocht: Overmatig gebruik of onvolledige droging van losmiddelen kan leiden tot gasvorming en insluiting.
• Hoog smeltgasgehalte: Opgeloste gassen in het gesmolten aluminium zelf (bijvoorbeeld door waterstofabsorptie) dragen bij aan de porositeit.

Diagnose en oplossingen:

• diagnose: Röntgeninspectie (onthult bolvormige holtes), destructieve dwarsdoorsnede.
• Oplossingen:
  • Optimaliseer ventilatie: Vergroot en vergroot de hoeveelheid schimmel- en overloopopeningen. Zorg ervoor dat de openingen vrij zijn en goed onderhouden worden.
  • Injectieprofiel aanpassen: Verlaag de injectiesnelheid bij snelle schoten om turbulentie en spatten te minimaliseren. Optimaliseer de langzame injectiefase om een ​​soepele metaalfrontprogressie te garanderen.
  • Zorg voor voldoende vulling van de schothuls: Controleer of het volume gesmolten metaal dat in de spuitbus wordt gegoten, voldoende is (bijv. 60-70% capaciteit) om te voorkomen dat er lucht ingesloten raakt.
  • Toepassing van smeermiddel controleren: Breng het losmiddel dun en gelijkmatig aan. Zorg ervoor dat het volledig verneveld en droog is voordat u de mal sluit.
  • Ontgassing van gesmolten metaal: Pas de juiste ontgassingsmethoden voor het smelten toe (bijvoorbeeld door middel van vloeimiddel en inert gasbellen) om het waterstofgehalte in de aluminiumlegering te verlagen.
  • Optimaliseer het poortontwerp: Herontwerp de poorten om laminaire stroming te bevorderen en directe botsingen die spatten veroorzaken te voorkomen.

2. Speldengaatjesporositeit

Fenomeen: Pinhole-porositeit manifesteert zich als talrijke, zeer fijne, gelijkmatig verdeelde kleine gaatjes of putjes in het gietstuk, vaak geclusterd in groepen. Deze zijn moeilijk te detecteren met röntgenstraling vanwege hun grootte en spreiding, maar worden zichtbaar op bewerkte oppervlakken.

Belangrijkste oorzaken:

• Verontreinigde grondstoffen: Het gebruik van onzuivere ovenladingen of niet goed gereinigd gerecycled materiaal kan gasvormende elementen introduceren.
• Overmatige smelttemperatuur: Door oververhitting van de gesmolten legering neemt het vermogen ervan toe om gassen (vooral waterstof) te absorberen.
• Verlengde houdtijd: Door de wachttijd na het ontgassen te verlengen, kan het smeltsel opnieuw gassen absorberen.
• Turbulente/geatomiseerde injectie: Metaalstroming met hoge snelheid, vooral door kleine openingen, kan het metaal vernevelen, waardoor microbelletjes lucht en smeermiddeldamp worden ingesloten.
• Slechte ventilatie/koeling van schimmel: Onvoldoende ventilatie of snelle, ongelijkmatige koeling kunnen ervoor zorgen dat er kleine gasbelletjes op de grensvlakken tussen metaal en mal ontstaan.

Diagnose en oplossingen:

• diagnose: Door het bewerken van een oppervlak worden de gaatjes zichtbaar; röntgenfoto's kunnen soms dichte clusters zichtbaar maken.
• Oplossingen:
  • Strikte controle op grondstoffen: Gebruik schone, zeer zuivere ovenladingen en bereid gerecyclede materialen zorgvuldig voor.
  • Nauwkeurige temperatuurregeling: Zorg ervoor dat de smelt- en bewaartemperaturen strikt binnen de gespecificeerde bereiken vallen.
  • Tijdig smelten gebruik: Gebruik snel een goed geraffineerde en ontgaste legering; vermijd langdurig bewaren.
  • Optimaliseer poort- en injectietechnologie: Herontwerp de geleider en de poort om vernevelde injectie te voorkomen. Verlaag de inlaatsnelheid (injectiesnelheid in de tweede fase).
  • Verbeter de ventilatie: Vergroot het oppervlak van overloopputten en ventilatieopeningen, zodat het gas soepel kan ontsnappen.
  • Balans schimmelkoeling: Pas de temperatuur van de mal aan om te voorkomen dat de mal voortijdig stolt en er gas wordt ingesloten. Zo blijft de metaalstroom continu.

3. Krimpporositeit / Krimpholte

Fenomeen: Krimpporositeit, of krimpholtes, is een van de meest voorkomende defecten in aluminium spuitgietenHet manifesteert zich als onregelmatig gevormde, ruw afgewerkte holtes of holten in het gietstuk. Deze ontstaan ​​wanneer gesmolten metaal dikkere delen tijdens het stollen niet voldoende kan voeden om volumekrimp te compenseren.

Belangrijkste oorzaken:

• Hoge giet-/giettemperatuur: Een te hoge smelttemperatuur verhoogt de krimp bij totale stolling.
• Ongelijke wanddikte / Hotspots: Grote variaties in wanddikte of specifieke dikke gedeelten (“hotspots”) stollen als laatste en worden vatbaar voor voederproblemen.
• Onvoldoende specifieke druk (intensivering): De druk die tijdens het stollen wordt uitgeoefend, is te laag om extra gesmolten metaal in de krimpende gebieden te persen.
• Onvoldoende capaciteit van de overloopput: Overloopputten zijn te klein of te slecht geplaatst om krimpwater op te vangen.
• Kleine poortgrootte: De doorsnede van de inlaat is te klein, waardoor deze voortijdig bevriest en de toevoer van metaal naar het stollende deel wordt afgesneden.

Diagnose en oplossingen:

• diagnose: Röntgeninspectie (laat onregelmatige dendritische holtes zien), destructieve doorsnede.
• Oplossingen:
  • Optimaliseer de giettemperatuur: Verlaag de giettemperatuur van het gesmolten metaal tot het laagst acceptabele niveau.
  • Verbeter het onderdeelontwerp: Werk samen met de klant om de gietstructuur aan te passen, waarbij gestreefd wordt naar een gelijkmatige wanddikte en het elimineren van overmatige hot spots. Voeg ribben toe of kern dikke secties uit.
  • Specifieke druk verhogen: Verhoog de intensiveringsdruk om ervoor te zorgen dat er meer materiaal in het stollende deel wordt gepakt.
  • Optimaliseer overloopputten: Vergroot het volume en plaats overloopputjes op strategische plaatsen om krimp effectief af te voeren.
  • Pas het poortontwerp aan: Vergroot de dwarsdoorsnede van de inlaat om langere invoertijden mogelijk te maken voordat de inlaat vastloopt. Zorg ervoor dat de inlaat vastloopt na de kritieke delen van het onderdeel.
  • Temperatuur in de mal in evenwicht brengen: Pas plaatselijke koeling toe op plekken waar het heter is, om gerichte stolling te bevorderen.

4. Porositeit / Losse structuur

Fenomeen: Dit defect wordt gekenmerkt door een macroscopisch losse en niet-dichte structuur, vaak vergezeld van krimpporiën. Het wijst op een algemeen gebrek aan verdichting en materiaalintegriteit, doorgaans zichtbaar maar enigszins wazig op röntgenfoto's.

Belangrijkste oorzaken:

• Grote krimp van legeringen: De specifieke legering heeft een hoge krimp bij stolling.
• Vertraagde of onvoldoende intensiveringsdruk: De zuiger bouwt te laat druk op, of de uitgeoefende druk is onvoldoende om het gietstuk tijdens het stollen te verdichten.
• Hoge vormtemperatuur: Een te hete mal kan de stollingstijd verlengen, waardoor de periode waarin het materiaal krimpt groter wordt en het verdichten moeilijker wordt.
• Laag metaalinjectievolume: Een onvoldoende volume gesmolten metaal kan leiden tot een minder dichte gieting.
• Onjuiste legeringsvloeibaarheid: De samenstelling van de legering zorgt voor een slechte vloeibaarheid, waardoor het materiaal onder druk niet goed kan worden gevuld en gevoed.

Diagnose en oplossingen:

• diagnose: Röntgeninspectie (toont diffuse gebieden met een lage dichtheid), dichtheidsmeting van het onderdeel.
• Oplossingen:
  • Legeringselectie aanpassen: Gebruik indien mogelijk een legering met een lagere krimp.
  • Optimaliseer onderdeelontwerp: Verbeter de gietstructuur met vloeiendere overgangen om geconcentreerde krimp te verminderen.
  • Verhoog de intensiveringsdruk: Verhoog de specifieke druk en zorg ervoor dat deze vroegtijdig wordt ingesteld en gedurende het stollingsproces wordt gehandhaafd.
  • Kalibreer machine: Controleer en onderhoud regelmatig het druksysteem van de spuitgietmachine.
  • Controleer de schimmeltemperatuur: Zorg ervoor dat de mal op een optimale temperatuur werkt, zodat het goed stolt en verdicht.
  • Nauwkeurig metaalgieten: Gebruik nauwkeurige kwantitatieve giettechnieken om voldoende metaalvolume te garanderen.

5. Insluiting van slakken

Fenomeen: Slakinsluitsels zijn vreemde metalen of niet-metalen deeltjes die in het gietstuk zijn ingebed en zich onderscheiden van het basismetaal. Hun positie is vaak willekeurig, waardoor ze moeilijk te detecteren zijn met röntgenstraling, tenzij ze groot zijn. Ze worden echter zichtbaar bij het bewerken.

Belangrijkste oorzaken:

• Vuile smelt: Gesmolten metaal in de warmhoudoven of gietpan bevat oxiden (slakken), onzuiverheden of niet-gesmolten legeringsstukken.
• Refractaire afsplintering: Stukken van de vuurvaste bekleding van de oven of de gietpan breken af ​​en vermengen zich met het gesmolten materiaal.
• Onrein transfer-/runnersysteem: Slak of onzuiverheden uit de overbrengpan, spuitbus of gietkanaal worden in de mal meegevoerd.
• Verontreinigd smeermiddel: Vuile of verkeerd gemengde losmiddelen kunnen vreemde deeltjes in de mal brengen.
• Turbulentie in de schothuls/poort: Slechte vulmethoden in de spuitbus of -poort kunnen ervoor zorgen dat er oppervlakteverontreinigingen in de metaalstroom terechtkomen.

Diagnose en oplossingen:

• diagnose: Bewerking van het onderdeel, destructief snijden, soms zichtbaar op röntgenfoto's als het om grote stukken gaat.
• Oplossingen:
  • Rigoureuze smeltbehandeling: Voer grondige smeltzuiverings-, flux- en afschuimingspraktijken uit voor zowel de oven als de overdrachtspan.
  • Onderhoud van vuurvaste materialen: Controleer en repareer regelmatig de vuurvaste bekleding van ovens en gietpannen om afbrokkeling te voorkomen.
  • Schoonmaakprotocol: Zorg ervoor dat de shothuls, de overgietlepel en het gehele gietsysteem vóór elke shot grondig schoon zijn. Gebruik indien van toepassing filterzeven in het gietsysteem.
  • Optimaliseer uw pollepelpraktijken: Schep vlak voor het gieten het oppervlak van het gesmolten metaal in de pollepel af.
  • Controle smeermiddel: Zorg ervoor dat de losmiddelen schoon zijn, goed gemengd zijn en dat er geen verontreinigingen vrijkomen.

6. Harde plekken / Oxide-insluiting

Fenomeen: Harde plekken verschijnen als kleine, lokale deeltjes of brokken in het gietstuk met een aanzienlijk hogere hardheid dan het omringende basismetaal. Ze veroorzaken ernstige bewerkingsproblemen, overmatige gereedschapsslijtage en verschijnen vaak als heldere, contrasterende gebieden op bewerkte oppervlakken.

Belangrijkste oorzaken:

• Geoxideerde onzuiverheden: Een veelvoorkomende bron zijn oxiden die zich op het smeltoppervlak vormen (slakken) of die tijdens het gieten/injecteren zijn ingesloten.
• Niet-gesmolten intermetallische verbindingen: Bepaalde legeringselementen kunnen harde intermetallische verbindingen vormen als ze niet volledig gesmolten of goed gemengd zijn.
• Refractaire besmetting: Net als slakken kunnen ook fragmenten van ovenwanden, gietpannen of zelfs smeltkroezen harde materialen binnendringen.
• Vuil schroot/gerecycled materiaal: Verontreinigd schroot kan materialen met een hoog smeltpunt of harde fasen introduceren.
• Legeringssegregatie: Een ongelijkmatige verdeling van legeringselementen tijdens het stollen kan leiden tot plaatselijke harde fasen.

Diagnose en oplossingen:

• diagnose: Moeilijkheden bij het bewerken (vroegtijdige slijtage van gereedschap), röntgenfoto (indien de dichtheid voldoende is), microstructurele analyse.
• Oplossingen:
  • Verbeterde smeltzuiverheid: Grondig afschuimen en fluxen van het gesmolten materiaal om oxiden te verwijderen.
  • Juiste smeltpraktijk: Zorg ervoor dat de legering volledig gesmolten en gehomogeniseerd is op de juiste temperatuur. Vermijd oververhitting, aangezien dit oxidatie bevordert.
  • Refractair onderhoud: Onderhoud alle vuurvaste bekledingen in ovens, gietpannen en smeltkroezen.
  • Zuiverheid van de grondstof: Gebruik staven met een hoge zuiverheidsgraad en controleer de kwaliteit van gerecyclede materialen.
  • Filtratie: Overweeg smeltfiltratiesystemen in de warmhoudoven of de overdrachtspan voor kritische toepassingen.

7. Lekkage:

Fenomeen: Een lekkagedefect treedt op wanneer een gietstuk een druktest niet doorstaat en er zichtbare tekenen zijn van water, lucht of olie die uit de interne structuur ontsnapt. Dit wordt vaak aangegeven door een "rood lampje" op een droge druktestmachine. Hoewel het op zichzelf geen primair defect is, is het een kritieke functionele storing die wordt veroorzaakt door onderliggende interne defecten. defecten in aluminium spuitgieten.

Belangrijkste oorzaken:

• Onderliggende porositeit: De meest voorkomende oorzaak is de aanwezigheid van onderling verbonden gasporositeit of krimpporositeit waardoor open paden door de gietwand ontstaan.
• Interne scheuren: Kleine interne scheurtjes (waaronder warme scheuren of koude scheuren) kunnen lekkages veroorzaken.
• Koude stroming/ronden: Ernstige koude vloeifouten die door de gietwand heen lopen, kunnen de lekdichtheid in gevaar brengen.
• Inbegrepen: Bepaalde soorten insluitsels, vooral als ze groot of geclusterd zijn, kunnen zwakke plekken creëren die onder druk tot lekkages kunnen leiden.
• Onvoldoende dichtheid/verdichting: Een doorgaans poreuze of losse interne structuur als gevolg van onvoldoende druk of toevoer.

Diagnose en oplossingen:

• diagnose: Druktesten (lucht, water, olie), röntgeninspectie (om onderliggende porositeit/scheuren te identificeren).
• Oplossingen:
  • Pak de grondoorzaak van defecten aan: Lekkage is een symptoom. De belangrijkste oplossing is het identificeren en verhelpen van de specifieke interne defecten (gasporositeit, krimp, scheuren, koude vloei) die de lekkage veroorzaken.
  • Optimaliseer poort- en toevoersystemen: Zorg voor een stevige aanvoer van alle delen, vooral de dikke delen, om krimp en porositeit te voorkomen.
  • Verbeter de ontluchting en injectie: Elimineer gasporositeit door effectieve ontluchting en gecontroleerde injectiesnelheden.
  • Specifieke druk verhogen: Zorg voor voldoende versterkingsdruk om het gietstuk te verdichten en microporositeit te minimaliseren.
  • Impregnatie: Voor bepaalde, niet-kritische toepassingen kan impregneren (afdichten met hars) worden gebruikt als nabehandeling voor kleine lekkages.

8. Broosheid

Fenomeen: Brosheid in een aluminium spuitgietstuk betekent dat het onderdeel vatbaar is voor plotselinge breuk of breuk zonder significante plastische vervorming. Dit kan worden veroorzaakt doordat de kristalkorrels van het basismetaal te grof of te fijn zijn.

Belangrijkste oorzaken:

• Oververhitting/langdurig vasthouden van smelt: Als de gesmolten legering wordt blootgesteld aan extreem hoge temperaturen of langere houdtijden, kunnen er grove korrelstructuren en slechtere mechanische eigenschappen ontstaan.
• Overmatig snel koelen (chillen): Zeer snelle afkoeling kan in bepaalde legeringen een extreem fijne, brosse korrelstructuur opleveren.
• Overmatige onzuiverheden (Zn, Fe) of legeringselementen (Cu): Hoge niveaus van specifieke onzuiverheden (bijv. zink, ijzer) of het overschrijden van het optimale bereik voor legeringselementen zoals koper, kunnen leiden tot brosse fasen of verminderde ductiliteit.
• Afbrokkeling van refractaire coatings: Als de bekleding van smeltgereedschappen (bijvoorbeeld van de binnenbekleding van gietpannen en ovens) afbladdert en het gesmolten materiaal verontreinigt, kunnen er ongewenste elementen in terechtkomen die de korrelstructuur beïnvloeden.
• Oxidefilms/insluitsels: Interne oxidefilms of andere niet-metalen insluitsels kunnen als plekken fungeren waar scheurtjes kunnen ontstaan, waardoor de ductiliteit afneemt.

Diagnose en oplossingen:

• diagnose: Mechanisch onderzoek (trek- en slagvastheid), microstructurele analyse (korrelgrootte, fase-identificatie), spectrale analyse van de legeringssamenstelling.
• Oplossingen:
  • Nauwkeurige temperatuurregeling: Controleer en controleer strikt de smelt- en houdtemperaturen van de gesmolten legering. Vermijd oververhitting.
  • Optimaliseer koelsnelheden: Pas de koelingsparameters van de matrijs aan om een ​​optimale stollingssnelheid te bereiken. Vermijd zowel te langzame als te snelle koeling.
  • Strikte controle op de samenstelling van de legeringen: Voer regelmatig spectrale analyses van de legering uit. Zorg ervoor dat alle legeringselementen (met name Cu, Zn en Fe) binnen de gespecificeerde waarden vallen.
  • Onderhoud smeltgereedschap: Zorg ervoor dat de coatings van de smeltoven en de gietpan intact zijn en niet afbrokkelen.
  • Smelt Reinheid: Voer een grondige reiniging en ontgassing van de smelt uit om oxidefilms en andere insluitsels die het materiaal bros kunnen maken, te verminderen.

Conclusie: Kwaliteit beheersen om aluminium spuitgietfouten te voorkomen

Het aanpakken van interne defecten in aluminium spuitgieten is essentieel voor het bereiken van hoogwaardige en betrouwbare componenten. Deze gebreken, hoewel verborgen, kunnen een grote impact hebben op de functionaliteit, veiligheid en levensduur van producten.

Een proactieve en systematische aanpak is essentieel. Dit omvat niet alleen het detecteren van defecten met behulp van geavanceerde diagnostische methoden, maar, nog belangrijker, het begrijpen van de onderliggende oorzaken ervan – of deze nu voortkomen uit materiaalkwaliteit, matrijsontwerp of procesparameters. Door nauwgezet te diagnosticeren en gerichte oplossingen te implementeren, kunnen spuitgieterijen de overstap maken van reactieve probleemoplossing naar robuuste procesbeheersing, waardoor elk aluminium spuitgietonderdeel voldoet aan de strengste kwaliteitsnormen. Continue waakzaamheid, gecombineerd met een diepgaand begrip van metallurgie en procesdynamiek, is de sleutel tot het beheersen van de interne kwaliteit en het ontsluiten van het volledige potentieel van aluminium spuitgieten.