Najczęstsze błędy w odlewaniu piaskowym aluminium

Większość wad odlewów piaskowych z aluminium – porowatość, pęcherze, niedolewy, wtrącenia, jamy skurczowe i pęknięcia – ma kilka powtarzających się przyczyn: niewłaściwy piasek i masę formierską, niedokładnie przygotowaną formę, zaniedbany wytop, złą temperaturę zalewania, źle zaprojektowany układ wlewowy i niekontrolowane stygnięcie. Omawiamy najczęstsze błędy w odlewaniu piaskowym aluminium i podpowiadamy, jak ich uniknąć.

W skrócie

• Wilgoć i gazy z masy formierskiej to częsta przyczyna pęcherzy – masa musi mieć właściwą wilgotność i przepuszczalność, a rdzenie – odpowietrzenie.
• Ciekłe aluminium łatwo pochłania wodór i tworzy tlenki, dlatego stop trzeba rafinować i zalewać bez zawirowań.
• Temperaturę zalewania dobiera się do stopu i grubości ścianek – zwykle 680–760 °C; za niska daje niedolewy, za wysoka sprzyja porowatości.
• Jamom skurczowym w grubych przekrojach zapobiegają nadlewy i ukierunkowane krzepnięcie.
• Pęknięciom sprzyjają ostre naroża, sztywne rdzenie i zbyt wczesne wybijanie odlewu.

Nieodpowiednia jakość piasku

Piasek formierski decyduje o przepuszczalności formy, jej wytrzymałości i o powierzchni odlewu. Zbyt drobny piasek daje gładką powierzchnię, ale słabo przepuszcza gazy – rośnie ryzyko pęcherzy. Zbyt gruby dobrze przepuszcza gazy, lecz metal wnika między ziarna i powierzchnia robi się szorstka. Problemem są też zanieczyszczenia i pył w masie obiegowej, które zwiększają ilość gazów i obniżają wytrzymałość formy.

Jak zapobiegać: kontrolować uziarnienie, zawartość spoiwa, wilgotność i przepuszczalność masy, uzupełniać ją świeżym piaskiem i odpylać masę obiegową. Formy na aluminium wykonuje się zwykle z drobniejszego piasku niż na żeliwo, dzięki czemu powierzchnia odlewu jest gładsza – typowo Ra ok. 4–10 µm.

Niewłaściwe proporcje mieszanki

W masach klasycznych, wiązanych bentonitem, kluczowa jest proporcja piasku, spoiwa i wody. Za dużo wody to więcej pary przy zalewaniu – a więc pęcherze i nakłucia na powierzchni odlewu – oraz słabsza forma. Za mało wody sprawia, że masa się kruszy, źle odwzorowuje model, a ziarna odrywane przez strugę metalu tworzą wtrącenia piasku.

W masach samoutwardzalnych odpowiednikiem jest proporcja żywicy i utwardzacza oraz czas między mieszaniem a formowaniem. Za mało spoiwa daje formę słabą i osypującą się, za dużo – więcej gazów przy zalewaniu i trudniejsze wybijanie. Dlatego składniki dozuje się wagowo, najlepiej automatycznie, i regularnie bada właściwości masy. W naszej formierni masę przygotowuje system mieszania z automatycznym dozowaniem, a formy są zagęszczane automatycznie.

Niedokładne przygotowanie formy

• Przestawienie połówek formy – niedokładnie złożone skrzynki dają przesunięcie na płaszczyźnie podziału i wymiary poza tolerancją.
• Przesunięcie lub wypłynięcie rdzenia – rdzeń bez pewnego podparcia w znakach rdzeniowych zmienia grubość ścianek albo zostaje wypchnięty przez metal.
• Zbyt słabe lub nierówne zagęszczenie masy – forma odkształca się pod naporem metalu, a luźne ziarna trafiają do odlewu.
• Brak odpowietrzenia – gazy z formy i rdzeni nie mają ujścia i tworzą pęcherze.
• Zanieczyszczona wnęka – luźny piasek i okruchy formy pozostawione po złożeniu dają wtrącenia i ubytki na powierzchni.

Błąd	Skutek w odlewie
Przestawienie połówek formy	przesunięcie na płaszczyźnie podziału, wymiary poza tolerancją
Przesunięcie rdzenia	nierówne ścianki, przebicia
Zbyt słabe zagęszczenie masy	odkształcenia, wtrącenia piasku
Brak odpowietrzenia	pęcherze gazowe
Luźny piasek we wnęce	wtrącenia piasku, ubytki powierzchni

Zaniedbany wytop – wodór i tlenki

Ciekłe aluminium pochłania wodór – głównie z wilgoci w powietrzu, wsadzie, narzędziach i wyłożeniu pieca. Podczas krzepnięcia rozpuszczalność wodoru gwałtownie spada i gaz wydziela się w postaci drobnych porów. Drugim problemem są tlenki: mieszanie metalu czy przelewanie go z wysoka wciąga do kąpieli błonki tlenkowe, które w odlewie stają się wtrąceniami i zarodkami porów.

Jak zapobiegać: suszyć i podgrzewać wsad i narzędzia, nie przegrzewać metalu, rafinować stop (np. przedmuchiwaniem gazem obojętnym lub środkami rafinującymi), usuwać zgary przed zalaniem i ograniczać przelewanie metalu. W siluminach (stopach Al-Si) stosuje się też modyfikację, która poprawia strukturę i właściwości mechaniczne. W naszej odlewni prowadzimy rafinację i modyfikację stopu.

Nieodpowiednia temperatura odlewania

Temperaturę zalewania dobiera się do stopu, grubości ścianek i wielkości odlewu – dla typowych stopów odlewniczych aluminium mieści się zwykle w przedziale 680–760 °C. Zbyt niska powoduje niedolewy i zimne zlewy, szczególnie w cienkich ściankach i daleko od wlewu. Zbyt wysoka zwiększa pochłanianie wodoru i utlenianie metalu, sprzyja jamom skurczowym i grubszej strukturze odlewu.

Jak zapobiegać: mierzyć temperaturę metalu w piecu i w łyżce bezpośrednio przed zalaniem, skracać czas transportu metalu do formy, zalewać płynnie i bez przerw – przerwanie strugi to prosta droga do zimnego zlewu.

Źle zaprojektowany układ wlewowy i zasilanie

Aluminium jest wrażliwe na burzliwe wypełnianie formy. Zbyt duża prędkość metalu we wlewach powoduje rozbryzgi, zawirowania i zawijanie błonek tlenkowych, a struga spadająca z wysokości porywa powietrze. Układ wlewowy powinien doprowadzać metal spokojnie, najlepiej od dołu wnęki, a filtry zatrzymują tlenki, zanim trafią do odlewu.

Drugim zadaniem technologii jest zasilanie. Metal kurczy się podczas krzepnięcia, więc grube przekroje, które krzepną na końcu, potrzebują nadlewów albo ochładzalników, a krzepnięcie powinno postępować od cienkich części odlewu w stronę nadlewu. Bez tego w węzłach cieplnych powstają jamy i porowatość skurczowa. Układ wlewowy i nadlewy coraz częściej projektuje się z pomocą symulacji komputerowej.

Niewłaściwe chłodzenie odlewów

Odlew stygnie w formie nierównomiernie: cienkie ścianki szybciej, grube przekroje wolniej. Gdy skurcz hamuje sztywny rdzeń lub forma, w gorących jeszcze miejscach powstają pęknięcia na gorąco, a po ostygnięciu – naprężenia i odkształcenia. Zbyt wczesne wybicie odlewu z formy zwiększa ryzyko paczenia się i pęknięć.

Jak zapobiegać: projektować równomierne ścianki i zaokrąglone naroża, stosować rdzenie z masy, która po odlaniu traci wytrzymałość i nie blokuje skurczu, wybijać odlew po odpowiednim czasie stygnięcia. Szybkość krzepnięcia wpływa też na strukturę – cieńsze przekroje mają drobniejszą strukturę i lepsze właściwości. Jeśli odlew wymaga obróbki cieplnej, jej parametry dobiera się do stopu – opisujemy je na stronie obróbka cieplna odlewów.

Najczęstsze wady odlewów piaskowych – przyczyny i zapobieganie

Wada	Najczęstsze przyczyny	Jak zapobiegać
Pęcherze i nakłucia gazowe przy powierzchni	wilgotna masa, słabe odpowietrzenie formy i rdzeni, za dużo spoiwa	kontrola wilgotności i spoiwa, odpowietrzenia
Porowatość gazowa (wodorowa)	wodór w stopie, wilgotny wsad i narzędzia, przegrzanie metalu	suchy wsad, rafinacja, właściwa temperatura
Jamy i porowatość skurczowa	brak zasilania grubych przekrojów, zgrubienia w konstrukcji	nadlewy, ochładzalniki, równomierne ścianki
Niedolewy i zimne zlewy	za niska temperatura metalu, przerwy w zalewaniu, cienkie ścianki daleko od wlewu	temperatura zalewania, układ wlewowy, ciągłe zalewanie
Wtrącenia tlenków i piasku	burzliwe zalewanie, luźny piasek, osypywanie się formy	spokojny układ wlewowy, filtry, właściwe zagęszczenie
Pęknięcia na gorąco	hamowany skurcz, ostre naroża, sztywne rdzenie	zaokrąglenia, podatne rdzenie, równomierne ścianki
Wymiary poza tolerancją	przestawienie formy, przesunięcie rdzenia, słabe zagęszczenie	dokładne składanie formy, podparcie rdzeni, kontrola masy

Jak projektować odlew, żeby ograniczyć ryzyko porowatości i jam skurczowych, opisujemy w poradniku projektowanie odlewów aluminiowych, a o konstrukcji ograniczającej wady – w przewodniku po projektowaniu odlewów aluminiowych.

Najczęściej zadawane pytania

Odlewy piaskowe z aluminium – zapytaj o wycenę

Odlewamy wyłącznie stopy aluminium – w formach piaskowych detale od 1 do 100 kg, w skrzynkach o wymiarach do 1000 mm, z mas samo- i termoutwardzalnych. Prześlij rysunek lub model 3D, a przygotujemy wycenę. Więcej o technologii przeczytasz na stronie odlewanie aluminium w formach piaskowych. Poproś o wycenę.