Dalam pengecoran pasir, rongga susut dan porositas susut merupakan cacat internal yang paling umum pada pengecoran. Rongga susut biasanya bermanifestasi sebagai rongga besar yang tidak beraturan di area tebal atau zona pusat panas pengecoran, ditandai dengan dinding kasar dan kristal dendritik. Porositas susut muncul sebagai gugusan pori halus yang tersebar, terutama terjadi di sepanjang sumbu pengecoran atau pada sambungan ketebalan. Cacat ini sangat memengaruhi sifat mekanis dan kedap udara, yang berpotensi menyebabkan retakan dan kegagalan dini. Sebagai proses inti dalam alur kerja pengecoran, desain cetakan dan operasi pembuatan inti memainkan peran penting dalam mencegah porositas susut dan rongga. Artikel ini secara sistematis menguraikan langkah-langkah efektif untuk mengurangi tingkat kejadiannya dengan berfokus pada aspek-aspek penting dari prosedur pembuatan cetakan.
I. Mengoptimalkan desain kekakuan pengecoran dan tekanan pengisian
1. Pastikan tinggi kotak atas dan tingkatkan tekanan statis logam
Ketinggian kotak atas yang tidak memadai secara signifikan mengurangi tekanan kontraksi logam selama tahap pemadatan akhir pengecoran, yang mengakibatkan berkurangnya kapasitas pendinginan dan peningkatan kerentanan terhadap porositas susut atau rongga susut pada sambungan termal. Untuk pompa baja cor berstruktur split horizontal (Casing Pompa Split Case Baja Cor), perhatian khusus harus diberikan pada keseimbangan berat antara kotak atas dan bawah: Kotak atas yang terlalu kecil memperparah tekanan kontraksi yang tidak memadai, menyebabkan rongga susut terkonsentrasi di bagian atas flensa pompa. Berat kotak atas harus ≥1,5 kali gaya angkat hidrolik statis logam cair, dengan bobot tambahan bila diperlukan. Praktik produksi harus secara tegas melarang pengurangan ketinggian kotak atas untuk menghemat pasir atau mengurangi biaya cetakan. Untuk struktur yang membutuhkan kotak atas yang dangkal, solusi kompensasi harus mencakup:
Gunakan selongsong riser insulasi atau riser pemanas untuk memperpanjang waktu pemadatan cairan logam di riser;
Gunakan cangkir tuang untuk mengangkat atau terus menambahkan cairan logam bersuhu tinggi ke riser untuk menjaga saluran pengisian dan tekanan pengisian tetap lancar.
2. Meningkatkan kekakuan dan kekompakan pengecoran secara keseluruhan
Kekakuan cetakan yang tidak memadai dapat menyebabkan ekspansi rongga selama proses pra-pengecoran atau tekanan statis dari aliran logam cair, yang mengakibatkan pengisian ulang cairan yang tidak memadai. Bodi Pompa Split Case memerlukan penguatan struktural yang lebih baik karena permukaan runner-nya yang kompleks dan banyaknya inti.
Area tebal flens badan pompa dicor secara lokal dengan material penyimpan panas tinggi seperti pasir kromit untuk mempercepat pemadatan dan mengurangi kecenderungan penyusutan dan pelonggaran;
Rangka besi dingin (seperti batang baja Φ20mm) tertanam di inti saluran aliran untuk meningkatkan kekakuan inti guna mencegah mengambang, dan mempercepat pembuangan panas guna menghindari terjadinya penyusutan mikro pada ketebalan dinding saluran aliran;
Terapkan gaya pra-pengencangan pada baut permukaan pemisah setelah kotak ditutup (≥0,2MPa).
2、Desain ilmiah sistem sprue dan besi dingin
1. Memperkuat pemadatan berurutan dan penyusutan terarah
Desain Pengecoran Khusus: Bodi pompa mid-casing harus memiliki riser yang terlihat di bagian atas flensa inlet/outlet, dengan desain leher kerucut terbalik (lebih besar di bagian atas dan lebih sempit di bagian bawah) untuk memastikan saluran kompensasi penyusutan yang tidak terhalang. Riser tersembunyi dipasang di belakang saluran impeller, memanfaatkan rongga internal inti pasir untuk mengalirkan udara dan mencegah penyusutan aksial akibat pembuangan panas yang lambat di area ini.
Aplikasi Besi Dingin Inovatif: Terapkan besi dingin lengkung konformal (sekitar 0,8 kali ketebalan dinding) pada luas penampang variabel volute pompa. Jarak antar besi dingin dikurangi menjadi 1,5 kali ketebalan dinding, memungkinkan kontrol gradien pendinginan lokal yang presisi. Celah antara besi dingin dan pasir cetak tetap ≤0,5 mm untuk mencegah penetrasi logam cair yang dapat menciptakan jembatan termal yang menyebabkan rongga susut.
Sistem penuangan: Sistem penuangan terbuka dengan injeksi bawah sebaiknya dipilih untuk menghindari erosi rongga yang berlebihan akibat logam cair. Posisi saluran penuangan internal harus kondusif untuk pendinginan titik panas yang memadai, sehingga dapat menghindari pembentukan area panas yang terisolasi dan porositas penyusutan.
2. Hindari sambungan termal dan optimalkan struktur pengecoran/cetakan
Optimalkan struktur pengecoran dengan penyisihan dan koreksi pemrosesan: hindari perubahan ukuran penampang yang drastis (perbedaan ketebalan dinding yang berlebihan) dan kurangi sambungan panas yang terisolasi. Desain transisi digunakan pada sambungan tebal-tipis.
Desain Sudut yang Tepat: Jari-jari (R) yang tidak memadai pada sudut cekung mengurangi efisiensi pendinginan pasir, menunda pemadatan, dan meningkatkan porositas penyusutan udara. Jari-jari (R) yang berlebihan dapat menciptakan zona kejut termal tebal yang menyebabkan porositas penyusutan. Jari-jari sudut yang ideal harus sekitar sepertiga dari ketebalan dinding yang berdekatan.
Perawatan cetakan/rumah: Periksa dan perbaiki cetakan/rumah yang aus secara teratur untuk memastikan ketebalan dinding pengecoran memenuhi persyaratan desain dan hindari penipisan lokal yang menghalangi saluran pengecoran ulang.
III. Kontrol ketat kinerja pasir dan proses pelapisan
1. Kinerja pasir cetak adalah fondasinya
• Permeabilitas udara: Permeabilitas udara yang buruk akan menghambat pembuangan uap air dan gas dalam cetakan, dan tekanan gas dapat menyusup ke dalam cairan logam yang belum padat, sehingga memperparah kecenderungan penyusutan dan membentuk cacat komposit akibat penyusutan gas. Diperlukan deteksi dan penyesuaian berkala.
• Kelembapan dan emisi gas: kontrol kelembapan pasir secara ketat dan kurangi emisi gas. Kelembapan yang berlebihan tidak hanya akan mengurangi kekuatan, meningkatkan emisi gas, tetapi juga memperlambat laju pendinginan lokal dan menyebabkan penyusutan serta pelonggaran.
• Kekuatan dan stabilitas termal: pastikan kekuatan basah/kering dan stabilitas termal yang memadai untuk mencegah dinding cetakan menyerah terlalu dini atau retak, yang akan merusak lingkungan untuk pendinginan tambahan.
2. Optimalisasi proses pelapisan
• Terapkan lapisan pendinginan cepat (misalnya, lapisan bubuk zirkonia) ke area tebal atau titik panas untuk mempercepat pemadatan area tersebut.
• Kontrol konsentrasi dan ketebalan lapisan secara ketat untuk memastikan keseragaman. Lapisan yang terlalu tebal atau tidak rata akan memanaskan insulasi dan memengaruhi gradien pemadatan sekuensial yang ideal.
IV. Fokus pada detail dan kontrol proses operasi pengeboran inti
1. Pembentukan halus dan pembuatan inti
• Standarisasi pengoperasian pencetakan dan pemangkasan untuk menghindari penyiraman air yang berlebihan di area lokal, yang mengakibatkan penumpukan kelembapan pada pasir cetakan dan pendinginan yang tidak merata.
• Pastikan inti pasir benar-benar kering (terutama pada bagian kepala inti), dan saluran ventilasi (kawat lilin, jarum ventilasi) tidak terhalang untuk mencegah gas inti pasir mengganggu proses pemadatan dan penyusutan logam, sehingga mengakibatkan lubang penyusutan yang longgar atau penyusutan udara.
• Pastikan posisi dan kestabilan inti pasir, hindari ketebalan dinding yang tidak rata akibat mengapungnya atau perpindahan inti, dan menghasilkan sambungan panas yang tidak terduga.
2. Persiapan untuk penyegelan dan penuangan kotak
• Kotak diposisikan secara akurat untuk mencegah terbentuknya sambungan panas yang disebabkan oleh penebalan lokal karena jenis yang salah.
• Cangkir tuang dan cincin pengangkat ditempatkan dengan stabil dan disegel dengan baik.
• Untuk pengecoran yang besar dan rumit, pencetakan inti pasir resin lebih disukai untuk meningkatkan presisi dan kekakuan pengecoran secara keseluruhan.
V. Karakteristik operasi dan koordinasi dengan proses lain
Titik operasi khusus pompa bukaan sedang
• Penempatan kombinasi inti pasir: Pelat kartu penempatan pencetakan 3D digunakan untuk merakit kelompok inti saluran aliran, dan celah antara kepala inti kurang dari 0,8 mm untuk mencegah pergeseran inti yang menyebabkan ketebalan dinding tidak merata dan penyusutan serta pelonggaran termal yang tidak disengaja;
• Pertahankan tekanan penutupan kotak: padatkan ketebalan strip penyegel pada permukaan pemisah hingga 80% dari aslinya, dan gunakan tekanan penutupan kotak untuk memadatkan segel, untuk mencegah terangkatnya kotak yang dapat menyebabkan terhentinya pengisian dan terbentuknya lubang susut.
• Berbagi informasi dalam peleburan: Dengan mencocokkan karakteristik logam secara presisi, proses peleburan dapat memberikan umpan balik secara langsung (real-time) mengenai komposisi baja cair (misalnya, kandungan C dan Si) hingga ke tahap pencetakan. Karena baja karbon tinggi menunjukkan kecenderungan penyusutan yang lebih besar, desain cetakan memerlukan peningkatan volume riser untuk kompensasi penyusutan, beserta pendingin tambahan untuk mempercepat pemadatan pada bagian berdinding tebal dan mencegah porositas penyusutan.
• Koordinasi jatuhnya pasir: waktu isolasi lebih dari 500℃ lebih dari 6 jam (2-3 jam untuk komponen konvensional), pendinginan lambat untuk melepaskan tegangan dan menghindari retakan turunan di zona penyusutan.
epilog
Praktik pengendalian penyusutan dan lubang penyusutan pada badan pompa bukaan sedang menunjukkan bahwa pengecoran struktur kompleks perlu menerobos tata letak riser konvensional (seperti riser tersembunyi di belakang runner), kunci untuk mencegah penyusutan pada area berdinding tipis adalah memperkuat kekakuan inti (kerangka besi dingin terintegrasi), dan strategi pendinginan yang dibedakan (besi dingin melengkung + lapisan regional) dapat secara akurat mengendalikan bagian panas.
Pengendalian rongga susut dan porositas dalam pengecoran pasir pada dasarnya bergantung pada pembentukan lingkungan pemadatan tiga cabang melalui proses pencetakan: membangun cetakan kaku, menerapkan besi dingin presisi, dan mempertahankan tekanan berkelanjutan untuk kompensasi susut. Hanya dengan mengintegrasikan teknik pembentukan inti secara mendalam dengan karakteristik struktural pengecoran (seperti leher riser kerucut terbalik pada flensa badan pompa dan besi dingin yang disesuaikan dengan saluran aliran) tingkat cacat dapat dikurangi di bawah 0,5%, sehingga memenuhi persyaratan keselamatan inheren untuk pengecoran yang menahan tekanan.