Introduction aux défauts courants des matériaux métalliques
Les principaux défauts des produits coulés comprennent la ségrégation, les pores, le retrait et la porosité, les inclusions, les fissures, les barrières froides et d'autres défauts.
1, ségrégation
Ségrégation - phénomène de composition chimique inégale dans la pièce moulée. La ségrégation rend les performances des pièces moulées inégales et peut entraîner des déchets dans les cas graves.
La ségrégation peut être divisée en deux catégories: la micro-ségrégation et la macro-ségrégation.
La ségrégation intragranulaire (également connue sous le nom de ségrégation de branche) - fait référence à la composition chimique inégale de chaque partie du grain cristallin, qui est une sorte de micro-ségrégation. Dans le processus de cristallisation de l'alliage qui forme une solution solide, ce n'est que lorsque les atomes sont totalement diffusés dans des conditions de refroidissement très lentes que l'on peut obtenir des grains cristallins de composition chimique uniforme. Dans les conditions réelles de coulée, la vitesse de solidification de l'alliage est relativement rapide et les atomes ne peuvent pas être suffisamment diffusés. De cette manière, la composition chimique des grains cultivés de manière dendritique doit être inégale. Afin d'éliminer la ségrégation intragranulaire, la pièce moulée peut être réchauffée à haute température et maintenue pendant une longue période afin que les atomes puissent se diffuser complètement. Cette méthode de traitement thermique est appelée recuit de diffusion.
La ségrégation par densité (anciennement appelée ségrégation par gravité spécifique) - fait référence à la composition chimique inégale des parties supérieure et inférieure de la pièce moulée, qui est une sorte de macro-ségrégation. Lorsque la densité des éléments d'alliage constitutifs est très différente, une fois la coulée complètement solidifiée, la plupart des éléments basse densité sont concentrés dans la partie supérieure, et les éléments haute densité sont plus concentrés dans la partie inférieure. Afin d'éviter la ségrégation de densité, remuez complètement ou accélérez le refroidissement du métal fondu pendant la coulée, de sorte que les éléments de différentes densités ne puissent pas être séparés dans le temps. Il existe de nombreux types de macroségrégation. En plus de la ségrégation par densité, il existe une ségrégation positive, une ségrégation inverse, une ségrégation en forme de V et une ségrégation par bande.
2, stomates
Dans le processus de solidification du métal, la solubilité du gaz diminue fortement et il est difficile de s'échapper du métal solide avec un degré élevé de solidification et de rester dans la masse fondue pour former des pores. Différentes de la forme des cavités de retrait, les stomates sont généralement ronds, ovales ou longs, répartis individuellement ou en série, avec des parois internes lisses. Les gaz communs dans le trou sont H2, CO, H2o, CO2, etc. Selon la position où les pores apparaissent dans le lingot, ils sont divisés en pores internes, pores sous-cutanés et pores de surface. L'existence de pores réduit le volume effectif et la densité du lingot. Bien qu'il puisse être comprimé et déformé après le traitement, il est difficile à souder, ce qui entraîne des défauts tels que la formation de peau, des cloques, des piqûres et des fissures dans le produit.
3. Rétrécissement et rétrécissement
Le métal rétrécit en volume pendant le processus de solidification, la masse fondue ne peut pas être reconstituée à temps et des trous de retrait apparaissent dans le lieu de solidification final, appelé cavité de retrait ou porosité de retrait. Les cavités de retrait grandes et concentrées sont appelées cavités de retrait concentrées, les cavités de retrait petites et dispersées sont appelées porosité de retrait et la porosité de retrait qui apparaît dans les joints de grains et entre les dendrites est appelée porosité de retrait microscopique.
La surface de la cavité de retrait est principalement inégale, approximativement dentelée, et la cavité de retrait entre la limite des grains et les dendrites est souvent angulaire. Certains trous de retrait sont souvent remplis par le gaz précipité et les parois des trous sont relativement lisses. A ce moment, les trous de retrait sont également des pores. Souvent accompagné de substances à bas point de fusion. Des trous de retrait apparaissent dans la zone centrale de la coupe. Les trous de retrait sur la tête du siège sont pour la plupart coniques, avec des surfaces internes inégales ou des structures cristallines grossières. Les cavités de retrait intermittentes situées au milieu sont pour la plupart des pores de forme irrégulière. L'intérieur est parfois rempli de gaz précipité lors de la solidification du métal et la surface est relativement lisse. Il est souvent difficile de souder et de former une délamination et des bulles lors du traitement ultérieur. La proximité de la cavité de retrait est également facile à provoquer une concentration de contraintes et des fissures pendant le traitement.
La porosité de retrait est souvent distribuée près du centre de la section ou de la section entière, et apparaît parfois près de la cavité de retrait, avec de petits pores dispersés répartis dans les joints de grains ou les espaces de dendrite. Certains petits rétrécissements sont difficiles à détecter à l'œil nu et ne peuvent être détectés qu'à l'aide d'un sous-microscope ou d'un test de pression d'eau. La porosité se traduit par une structure métallique non compacte, ce qui réduit considérablement les propriétés mécaniques et la résistance à la corrosion de l'alliage.
La taille de la cavité de retrait et la zone de porosité de retrait sont liées au coefficient de retrait de solidification de l'alliage, à la fluidité du liquide métallique, à la largeur de la plage de température de cristallisation, à la taille de la section transversale du lingot, à la température de coulée et à la solidification conditions. Plus le coefficient de retrait de solidification de l'alliage est grand, plus la taille de la section de lingot est grande, plus la cavité de retrait sera importante. Plus la plage de températures de cristallisation de l'alliage&est étroite et meilleure est sa fluidité, plus la cavité de retrait est concentrée. Inversement, plus la température de cristallisation de l'alliage&est large et plus la zone de transition de cristallisation lors de la solidification est large, plus il est facile de former une porosité de retrait.
Les principales raisons de la cavité de retrait et de la porosité de retrait sont: un processus de fusion déraisonnable, une basse température de coulée, une mauvaise alimentation et une coupure; résistance de refroidissement élevée et vitesse de coulée rapide: conception de moule déraisonnable, capuchon de conservation de la chaleur trop bas et humide: le cristal d'alliage a une large plage de température de peau et une faible fluidité.
4. Inclusion
Les objets métalliques ou non métalliques qui ont une interface évidente avec le substrat et dont les performances diffèrent considérablement sont appelés inclusions.
Selon la nature des inclusions, il peut être divisé en deux types: les inclusions métalliques et les inclusions non métalliques. Les inclusions métalliques se réfèrent aux cristaux primaires de divers composés métalliques qui sont insolubles dans le métal de base et aux particules métalliques pures non fondues à point de fusion élevé et aux métaux étrangers différents; les inclusions non métalliques comprennent les oxydes, les sulfures, les carbures, les fondants, les scories, les revêtements et les revêtements de four. Débris et silicate, etc.
Selon les différentes sources d'inclusions, les inclusions endogènes et les inclusions exogènes peuvent être divisées. Des inclusions endogènes peuvent exister à l'état libre ou dans un état de combinaison avec le métal de base pour former un composé, ou elles peuvent être une combinaison de diverses impuretés.
Les cristaux primaires ou métaux purs de composés métalliques à haut point de fusion précipités dans les inclusions endogènes sont pour la plupart des particules régulières, des blocs, des flocons ou des aiguilles, et leur distribution est extrêmement inégale. Les composés métalliques à bas point de fusion sont souvent précipités le long des joints de grains ou entre l'axe de la dendrite sous la forme de billes, de sphères, de réseaux ou de films. Pendant le traitement sous pression, les inclusions avec une bonne plasticité peuvent être allongées et déformées le long de la direction de traitement, et les inclusions avec une mauvaise plasticité restent sous la forme d'une coulée ou se brisent en particules plus petites, qui sont réparties en chaînes intermittentes le long de la direction de traitement.
Les inclusions étrangères sont décollées du revêtement et des outils du four pendant le processus de production. Ils sont généralement épais et ont des formes incertaines. Parce qu'il a une composition chimique et une organisation complètement différentes de la matrice, il peut être trouvé en fonction de différentes couleurs et conditions de corrosion lors de la fracture ou du découpage.
5. craquer
Les fissures produites lors du processus de solidification du métal sont appelées fissures à chaud; les fissures produites après solidification sont appelées fissures à froid. Les fissures détruisent l'intégrité du métal. À l'exception de quelques-uns qui peuvent être éliminés par un traitement rapide, ils se dilateront généralement le long de la zone de concentration des contraintes lors du traitement et de l'utilisation ultérieurs, et conduiront finalement à des fissures.
La fissuration à chaud se produit lorsque le lingot ne s'est pas complètement solidifié ou s'est solidifié et qu'il y a une petite quantité de phase à bas point de fusion entre les joints de grains et les dendrites, en raison du liquide, du retrait solide et du retrait de solidification du métal sont entravés, lorsque le retrait la contrainte dépasse la résistance ou la ligne actuelle du métal. Elle se forme lorsque le retrait est supérieur à l'allongement de l'alliage. Selon les différents emplacements, les fissures thermiques peuvent être divisées en fissures de surface, fissures centrales, fissures radiales et fissures transversales latérales. Les fissures thermiques s'étendent principalement le long de la limite du grain, avec des torsions et des branches irrégulières, souvent avec des branches, et il peut y avoir un film d'oxyde dans la fissure ou une légère couleur d'oxydation sur la surface.
Les facteurs qui affectent la fissuration thermique comprennent la nature de l'alliage (le coefficient de retrait de solidification de l'alliage&et la peau de résistance à haute température, etc.), le processus de coulée et la structure du lingot. Certains éléments et impuretés insolubles à bas point de fusion dans l'alliage peuvent augmenter considérablement la tendance au craquage à chaud. La vitesse de refroidissement des lingots semi-continus est plus élevée, de sorte qu'ils ont une tendance beaucoup plus grande à la fissuration à chaud que les lingots moulés en fer. L'augmentation de la vitesse de coulée pendant la coulée augmentera également la tendance à la fissuration à chaud. Du point de vue de la structure du lingot, plus la taille de la section transversale est grande, plus elle est facile. Un craquage thermique s'est produit.
La fissuration à froid se produit lorsque le lingot est refroidi à un état élastique avec une température plus basse. S'il y a une grande différence de température entre l'intérieur et l'extérieur du lingot, la contrainte de retrait peut être concentrée dans certaines zones faibles. Une fois que la contrainte dépasse la limite de résistance et de plasticité du métal, le lingot apparaîtra fissuré à froid. Les caractéristiques des fissures à froid sont principalement des fissures trans-cristallines, et la plupart d'entre elles s'étendent en ligne droite. Les fissures sont régulières, droites et droites. Les fissures froides se développent souvent à partir de fissures chaudes.
La cause directe des fissures de coulée est l'existence d'une contrainte de coulée. Les causes sont: une température de coulée inappropriée, une vitesse rapide, une vitesse de refroidissement excessive ou faible, un refroidissement inégal; mauvais processus de coulée continue; l'alliage lui-même a une fragilité et une résistance à chaud. sélection déraisonnable d'agent de couverture ou de lubrifiant; mauvaise conception, déformation ou installation incorrecte des moules, creusets, supports, tuyaux de coulée, etc.
6, partition froide
L'apparition de plis ou de défauts stratifiés à la surface du lingot, ou l'apparition de discontinuité métallique à l'intérieur du lingot est appelée collectivement cloison froide.
La surface externe du lingot espacé à froid est inégale, les couches ne sont pas continues, la section transversale est stratifiée et il y a souvent des défauts tels qu'un film d'oxyde et des trous de gaz associés au milieu.
Selon la forme, la barrière froide peut être divisée en deux types: type serti et type stratifié. Lorsque la température de coulée est basse, le condensat de film produit par la surface du métal fondu ne parvient pas à fusionner avec le métal coulé plus tard, ce qui entraîne une barrière froide ondulée. Les partitions froides empilées sont plus courantes. En effet, la pression statique du métal fondu est supérieure à la tension superficielle du métal et à la résistance du film d'oxyde. Le métal fondu brise le film d'oxyde et pénètre dans la paroi du moule, mais le fort refroidissement au sol rend la fluidité du métal très rapide. Par conséquent, il ne peut pas être fusionné avec le condensat du film d'oxyde pour former une barrière froide stratifiée.
La cloison froide est divisée en cloison froide de surface, cloison froide sous-cutanée et cloison froide centrale selon différentes parties de l'apparence.
La raison de la barrière froide: une température de coulée basse, une pression d'eau de refroidissement élevée, une vitesse de coulée instable, de grandes fluctuations de niveau de liquide, une interruption de débit intermédiaire et une mauvaise alimentation sont des facteurs importants pour la formation d'une barrière froide; une barrière froide de surface sévère s'étend dans le lingot, elle provoque également une cloison froide sous-cutanée: une conception déraisonnable de la paroi intérieure du moule et une mauvaise sélection des matériaux peuvent également conduire à l'apparition d'une cloison froide.
La séparation à froid est l'un des défauts courants des lingots, qui affecte l'intégrité de la surface métallique et interne, et affectera le traitement et l'utilisation, et provoquera des fissures de traitement et d'autres défauts de surface dans les cas graves.
7 grains inégaux
Le phénomène de grandes différences de granulométrie à différentes parties du lingot est appelé irrégularité des grains.
Les plus courants sont: la ligne médiane du cristal de la plaque s'écarte du centre, les cristaux en colonne épais des deux côtés, la différence de direction est grande, les cristaux en colonne sont tordus et la direction est désordonnée; les lingots ronds sont sévèrement excentriques, localement de gros cristaux colonnaires, et les grains de cristaux locaux sont petits; cristaux en suspension ou autres grains anormalement grossiers.
Les principales raisons: la paroi intérieure du moule est rugueuse, le moule est déformé et le revêtement de lubrifiant est inégalement réparti; la différence de force de refroidissement est importante, le débit d'eau de refroidissement est inégal, l'angle de prise de vue est déraisonnable et la direction est désordonnée: long temps de coulée, température de coulée Faible, refroidissement lent, etc.
8. Autres défauts de surface
Les défauts de surface courants des lingots comprennent: les cicatrices, les surfaces piquées, les piqûres, les bavures, les stries longitudinales, les flammèches horizontales, etc.
(1) Nouilles au chanvre
Diverses irrégularités à la surface du lingot sont appelées piqûres. Il y a souvent des saillies granuleuses et des cloques sur la surface piquée, accompagnées de peinture, d'agent de revêtement, d'oxyde et d'autres saletés. Les principales raisons sont la basse température de coulée et la vitesse lente; la paroi intérieure du moule n'est pas lisse ou l'agent de recouvrement n'est pas bon; l'entonnoir est bloqué et ainsi de suite.
(2) bavure
Le phénomène de saillies métalliques pointues sur la surface, les coins et les coins du lingot est appelé bavure. La raison principale est que la paroi intérieure du moule n'est pas lisse; la qualité du mandrin de coulée continue de la brame creuse n'est pas bonne.
(3) Stries longitudinales
Les saillies ou dépressions longitudinales continues ou intermittentes de la bande à la surface du lingot sont appelées stries longitudinales.
La raison principale est que la paroi intérieure du moule est percée de métal ou d'autres oxydes ou rainures qui produisent une abrasion; le jeu de montage de la doublure est grand.
(4) La billette de coulée continue avec un processus d'arrêt d'étirage sur le slub présente de grandes irrégularités périodiques sur la surface, qui est appelée slub.
La raison principale est un processus de tirage et d'arrêt incorrect ou une déformation du cristallisoir et du moule.
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