Einführung des Ventilgussverfahrens

Das Gießen des Ventilkörpers ist ein wichtiger Teil des Ventilherstellungsprozesses, und die Qualität des Ventilgusses bestimmt die Qualität des Ventils. Im Folgenden werden einige in der Ventilindustrie gebräuchliche Gießverfahren vorgestellt:

Sandguss:

In der Ventilindustrie häufig verwendeter Sandguss kann je nach Bindemittel in Grünsand, Trockensand, Wasserglassand und selbsthärtenden Furanharzsand unterteilt werden.

(1) Grünsand ist ein Formgebungsverfahren, bei dem Bentonit als Bindemittel verwendet wird.

Seine Eigenschaften sind:Die fertige Sandform muss nicht getrocknet oder gehärtet werden, die Sandform weist eine gewisse Nassfestigkeit auf und der Sandkern und die Formschale weisen eine gute Ausbeute auf, sodass die Gussteile leicht gereinigt und ausgeschüttelt werden können. Die Produktionseffizienz der Formteile ist hoch, der Produktionszyklus kurz, die Materialkosten niedrig und die Fließbandproduktion lässt sich bequem organisieren.

Seine Nachteile sind:Gussteile sind anfällig für Defekte wie Poren, Sandeinschlüsse und Sandanhaftungen und die Qualität der Gussteile, insbesondere die intrinsische Qualität, ist nicht optimal.

Mengen- und Leistungstabelle von Grünsand für Stahlguss:

(2) Trockensand ist ein Formgebungsverfahren, bei dem Ton als Bindemittel verwendet wird. Durch die Zugabe von etwas Bentonit kann die Nassfestigkeit verbessert werden.

Seine Eigenschaften sind:Die Sandform muss getrocknet werden, weist eine gute Luftdurchlässigkeit auf, ist nicht anfällig für Defekte wie Sandauswaschung, Sandanhaftungen und Poren und die inhärente Qualität des Gussstücks ist gut.

Seine Nachteile sind:Es sind Sandtrocknungsanlagen erforderlich und der Produktionszyklus ist lang.

(3) Wasserglas-Sand ist ein Modellierverfahren, bei dem Wasserglas als Bindemittel verwendet wird. Seine Eigenschaften sind: Wasserglas härtet bei Einwirkung von CO2 automatisch aus und bietet verschiedene Vorteile der Gashärtung für die Modellierung und Kernherstellung. Es gibt jedoch auch Nachteile wie die schlechte Zerlegbarkeit der Formschale, die Schwierigkeit bei der Sandreinigung von Gussteilen und die geringe Regenerations- und Recyclingrate von Altsand.

Mengen- und Leistungstabelle Wasserglas CO2 Härtersand:

(4) Das selbsthärtende Furanharz-Sandformen ist ein Gießverfahren, bei dem Furanharz als Bindemittel verwendet wird. Der Formsand verfestigt sich durch die chemische Reaktion des Bindemittels unter Einwirkung des Härters bei Raumtemperatur. Charakteristisch ist, dass die Sandform nicht getrocknet werden muss, was den Produktionszyklus verkürzt und Energie spart. Harzformsand lässt sich leicht verdichten und hat gute Zerfallseigenschaften. Der Formsand von Gussteilen ist leicht zu reinigen. Die Gussteile weisen eine hohe Maßgenauigkeit und eine gute Oberflächengüte auf, was die Qualität der Gussteile erheblich verbessern kann. Nachteile sind: hohe Qualitätsanforderungen an den Rohsand, leicht stechender Geruch am Produktionsstandort und hohe Harzkosten.

Mengenverhältnis und Mischvorgang der Furanharz-No-Bake-Sandmischung:

Mischvorgang von selbsthärtendem Furanharzsand: Zur Herstellung von selbsthärtendem Harzsand verwenden Sie am besten einen kontinuierlichen Sandmischer. Rohsand, Harz, Härter usw. werden nacheinander hinzugefügt und schnell gemischt. Es kann jederzeit gemischt und verwendet werden.

Die Reihenfolge der Zugabe verschiedener Rohstoffe beim Mischen von Harzsand ist wie folgt:

Rohsand + Härter (wässrige p-Toluolsulfonsäurelösung) – (120 ~ 180S) – Harz + Silan – (60 ~ 90S) – Sandproduktion

(5) Typischer Sandguss-Herstellungsprozess:

Präzisionsguss:

In den letzten Jahren haben Ventilhersteller immer mehr Wert auf die Optikqualität und Maßgenauigkeit von Gussteilen gelegt. Da ein gutes Erscheinungsbild die Grundanforderung des Marktes ist, ist es auch der Maßstab für die Positionierung im ersten Schritt der Bearbeitung.

Der in der Ventilindustrie häufig verwendete Präzisionsguss ist der Feinguss, der im Folgenden kurz vorgestellt wird:

(1) Zwei Verfahren zum Lösungsgießen:

①Unter Verwendung von Niedertemperatur-Formmaterial auf Wachsbasis (Stearinsäure + Paraffin), Niederdruck-Wachseinspritzung, Wasserglasschale, Heißwasserentwachsung, atmosphärisches Schmelz- und Gießverfahren, hauptsächlich verwendet für Gussteile aus Kohlenstoffstahl und niedriglegiertem Stahl mit allgemeinen Qualitätsanforderungen. Die Maßgenauigkeit der Gussteile kann den nationalen Standard CT7~9 erreichen.

② Durch die Verwendung von Formmaterial auf Harzbasis für mittlere Temperaturen, Hochdruck-Wachsinjektion, Kieselsol-Formschalen, Dampfentwachsung und einem schnellen atmosphärischen oder Vakuumschmelzgussverfahren kann die Maßgenauigkeit der Gussteile die Präzisionsgussteile CT4-6 erreichen.

(2) Typischer Prozessablauf beim Feinguss:

(3) Eigenschaften des Feingusses:

①Der Guss hat eine hohe Maßgenauigkeit, eine glatte Oberfläche und eine gute Erscheinungsqualität.

② Es ist möglich, Teile mit komplexen Strukturen und Formen zu gießen, die mit anderen Verfahren nur schwer zu verarbeiten sind.

3. Es gibt keine Einschränkungen bei den Gussmaterialien. Es können verschiedene Legierungsmaterialien verwendet werden, beispielsweise Kohlenstoffstahl, Edelstahl, legierter Stahl, Aluminiumlegierungen, Hochtemperaturlegierungen und Edelmetalle, insbesondere Legierungsmaterialien, die schwer zu schmieden, zu schweißen und zu schneiden sind.

④ Gute Produktionsflexibilität und starke Anpassungsfähigkeit. Es kann in großen Mengen produziert werden und eignet sich auch für die Einzelstück- oder Kleinserienproduktion.

⑤ Auch beim Feinguss gibt es gewisse Einschränkungen, wie z. B. einen umständlichen Prozessablauf und einen langen Produktionszyklus. Aufgrund der begrenzten Einsatzmöglichkeiten bei Gusstechniken kann die Druckbelastbarkeit beim Gießen von drucktragenden Dünnschalen-Ventilgussteilen nicht sehr hoch sein.

Analyse von Gussfehlern

Jedes Gussteil weist innere Defekte auf. Das Vorhandensein dieser Defekte birgt große versteckte Gefahren für die innere Qualität des Gussteils, und die Schweißreparatur zur Beseitigung dieser Defekte im Produktionsprozess stellt ebenfalls eine große Belastung für den Produktionsprozess dar. Insbesondere Ventile sind dünnschalige Gussteile, die Druck und Temperatur standhalten, und die Kompaktheit ihrer inneren Strukturen ist sehr wichtig. Daher werden die inneren Defekte der Gussteile zum entscheidenden Faktor, der die Qualität der Gussteile beeinflusst.

Zu den inneren Defekten von Ventilgussteilen zählen vor allem Poren, Schlackeneinschlüsse, Schwindungsporositäten und Risse.

(1) Poren:Poren werden durch Gas erzeugt, die Oberfläche der Poren ist glatt und sie entstehen im Inneren oder nahe der Oberfläche des Gussstücks und ihre Form ist meist rund oder länglich.

Die wichtigsten Gasquellen, die Poren erzeugen, sind:

① Der im Metall gelöste Stickstoff und Wasserstoff werden während der Erstarrung des Gussstücks im Metall eingeschlossen und bilden geschlossene kreisförmige oder ovale Innenwände mit metallischem Glanz.

② Feuchtigkeit oder flüchtige Substanzen im Formmaterial werden durch Erhitzen gasförmig und bilden Poren mit dunkelbraunen Innenwänden.

3 Während des Gießvorgangs des Metalls kommt es aufgrund des instabilen Flusses zur Bildung von Poren durch Luft.

Vorbeugungsmethode für Stomata-Defekte:

① Beim Schmelzen sollten möglichst wenig oder gar keine rostigen Metallrohstoffe verwendet werden und Werkzeuge und Schöpfkellen sollten gebrannt und getrocknet werden.

②Das Eingießen von geschmolzenem Stahl sollte bei hoher Temperatur und das Eingießen bei niedriger Temperatur erfolgen, und der geschmolzene Stahl sollte richtig beruhigt werden, um das Aufsteigen von Gasen zu erleichtern.

3. Die Prozessgestaltung des Gießsteigrohrs sollte den Druckkopf des geschmolzenen Stahls erhöhen, um Gaseinschlüsse zu vermeiden, und einen künstlichen Gasweg für eine angemessene Abgasführung einrichten.

④Formmaterialien sollten den Wassergehalt und das Gasvolumen kontrollieren, die Luftdurchlässigkeit erhöhen und die Sandform und der Sandkern sollten so weit wie möglich gebrannt und getrocknet werden.

(2) Lunker (lose):Es handelt sich um einen zusammenhängenden oder inkohärenten kreisförmigen oder unregelmäßigen Hohlraum (Hohlraum), der im Inneren des Gussstücks (insbesondere am Hotspot) auftritt und eine raue Innenfläche und eine dunklere Farbe aufweist. Grobe Kristallkörner, meist in Form von Dendriten, sammeln sich an einer oder mehreren Stellen und neigen bei hydraulischen Tests zum Auslaufen.

Der Grund für die Lunkerbildung (Lockerheit):Volumenschrumpfung tritt auf, wenn das Metall vom flüssigen in den festen Zustand erstarrt. Wird zu diesem Zeitpunkt nicht genügend geschmolzener Stahl nachgefüllt, kommt es unweigerlich zu Lunkerbildung. Die Lunkerbildung bei Stahlgussteilen wird im Wesentlichen durch eine unsachgemäße Steuerung des sequentiellen Erstarrungsprozesses verursacht. Mögliche Gründe hierfür sind falsche Steigrohreinstellungen, zu hohe Gießtemperaturen der Stahlschmelze und starke Metallschrumpfung.

Methoden zur Vermeidung von Lunkerbildung (Lockerheit):1. Konzipieren Sie das Gießsystem für Gussteile wissenschaftlich, um eine stufenweise Erstarrung der Stahlschmelze zu erreichen. Die zuerst erstarrenden Teile sollten mit Stahlschmelze aufgefüllt werden. 2. Stellen Sie Steigrohr, Stützrohr sowie inneres und äußeres Kalteisen richtig und sinnvoll ein, um eine stufenweise Erstarrung sicherzustellen. 3. Beim Gießen der Stahlschmelze ist eine obere Einspritzung aus dem Steigrohr von Vorteil, um die Temperatur der Stahlschmelze und die Zuführung sicherzustellen und das Auftreten von Lunkerbildung zu verringern. 4. Hinsichtlich der Gießgeschwindigkeit ist langsames Gießen für eine stufenweise Erstarrung förderlicher als schnelles Gießen. 5. Die Gießtemperatur sollte nicht zu hoch sein. Die Stahlschmelze wird bei hoher Temperatur aus dem Ofen genommen und nach dem Beruhigen gegossen, was der Verringerung von Lunkerbildung zugutekommt.

(3) Sandeinschlüsse (Schlacke):Sandeinschlüsse (Schlacke), allgemein als Blasen bekannt, sind unterbrochene kreisförmige oder unregelmäßige Löcher, die im Inneren von Gussteilen auftreten. Die Löcher sind mit Formsand oder Stahlschlacke vermischt, haben unregelmäßige Größen und sind darin aggregiert. Sie treten an einer oder mehreren Stellen auf, oft mehr im oberen Bereich.

Ursachen für Sandeinschlüsse (Schlackeeinschlüsse):Schlackeneinschlüsse entstehen, wenn beim Schmelzen oder Gießen einzelne Stahlschlacken zusammen mit der Stahlschmelze in das Gussstück gelangen. Sandeinschlüsse entstehen durch die unzureichende Dichtheit des Formhohlraums während des Formens. Beim Einfüllen der Stahlschmelze in den Formhohlraum wird der Formsand von der Stahlschmelze aufgespült und gelangt in das Innere des Gussstücks. Auch unsachgemäße Handhabung beim Beschneiden und Schließen der Box sowie das Phänomen des Sandausfalls können Sandeinschlüsse verursachen.

Methoden zur Vermeidung von Sandeinschlüssen (Schlacke):① Beim Schmelzen von geschmolzenem Stahl sollten Abgase und Schlacke so gründlich wie möglich abgesaugt werden. ② Versuchen Sie, den Gießbeutel für geschmolzenen Stahl nicht umzudrehen. Verwenden Sie stattdessen einen Teekannenbeutel oder einen Bodengießbeutel, um zu verhindern, dass die Schlacke über dem geschmolzenen Stahl zusammen mit dem geschmolzenen Stahl in den Gusshohlraum gelangt. ③ Beim Gießen von geschmolzenem Stahl sollten Maßnahmen ergriffen werden, um zu verhindern, dass Schlacke mit dem geschmolzenen Stahl in den Formhohlraum gelangt. ④ Um die Möglichkeit von Sandeinschlüssen zu verringern, achten Sie beim Modellieren auf die Dichtheit der Sandform. Achten Sie darauf, beim Trimmen keinen Sand zu verlieren, und blasen Sie den Formhohlraum sauber, bevor Sie die Box schließen.

(4) Risse:Bei den meisten Rissen in Gussteilen handelt es sich um Heißrisse mit unregelmäßiger Form, die durchdringend oder nicht durchdringend, durchgehend oder unterbrochen sind. Das Metall an den Rissen ist dunkel oder weist eine Oberflächenoxidation auf.

Gründe für Risse, nämlich Hochtemperaturspannung und Flüssigkeitsfilmverformung.

Hochtemperaturspannung entsteht durch Schrumpfung und Verformung von geschmolzenem Stahl bei hohen Temperaturen. Überschreitet die Spannung die Festigkeits- oder plastische Verformungsgrenze des Metalls bei dieser Temperatur, entstehen Risse. Flüssigkeitsfilmverformung ist die Bildung eines Flüssigkeitsfilms zwischen den Kristallkörnern während des Erstarrungs- und Kristallisationsprozesses von geschmolzenem Stahl. Mit fortschreitender Erstarrung und Kristallisation verformt sich der Flüssigkeitsfilm. Überschreiten Verformungsbetrag und -geschwindigkeit einen bestimmten Grenzwert, entstehen Risse. Der Temperaturbereich thermischer Risse liegt bei etwa 1200–1450 °C.

Faktoren, die Risse beeinflussen:

① S- und P-Elemente in Stahl sind schädliche Faktoren für Risse, und ihre Eutektika mit Eisen verringern die Festigkeit und Plastizität von Stahlguss bei hohen Temperaturen, was zu Rissen führt.

② Schlackeneinschlüsse und Entmischungen im Stahl erhöhen die Spannungskonzentration und somit die Heißrissneigung.

③ Je höher der lineare Schrumpfungskoeffizient der Stahlsorte ist, desto größer ist die Neigung zur Heißrissbildung.

④ Je höher die Wärmeleitfähigkeit der Stahlsorte, desto höher die Oberflächenspannung, desto besser die mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen und desto geringer die Neigung zur Heißrissbildung.

⑤ Die strukturelle Gestaltung von Gussteilen ist schlecht in der Herstellbarkeit, wie zum Beispiel zu kleine abgerundete Ecken, große Unterschiede in der Wandstärke und starke Spannungskonzentration, die Risse verursachen.

⑥Die Kompaktheit der Sandform ist zu hoch und die geringe Ausbeute des Kerns behindert die Schrumpfung des Gussstücks und erhöht die Rissneigung.

⑦Andere Faktoren, wie z. B. eine falsche Anordnung des Steigrohrs, zu schnelles Abkühlen des Gussstücks, übermäßige Spannungen durch das Schneiden des Steigrohrs und die Wärmebehandlung usw., wirken sich ebenfalls auf die Entstehung von Rissen aus.

Je nach Ursachen und Einflussfaktoren der oben genannten Risse können entsprechende Maßnahmen ergriffen werden, um das Auftreten von Rissfehlern zu reduzieren und zu vermeiden.

Basierend auf der obigen Analyse der Ursachen von Gussfehlern, der Ermittlung der bestehenden Probleme und der Ergreifung entsprechender Verbesserungsmaßnahmen können wir eine Lösung für Gussfehler finden, die zur Verbesserung der Gussqualität beiträgt.