La fundición del cuerpo de la válvula es una parte importante del proceso de fabricación, y su calidad determina la calidad de la válvula. A continuación, se presentan varios métodos de fundición comúnmente utilizados en la industria de las válvulas:
Fundición en arena:
La fundición en arena comúnmente utilizada en la industria de las válvulas se puede dividir en arena verde, arena seca, arena de vidrio soluble y arena autoendurecible de resina de furano según diferentes aglutinantes.
(1) La arena verde es un proceso de moldeo que utiliza bentonita como aglutinante.
Sus características son:El molde de arena terminado no requiere secado ni endurecimiento, posee cierta resistencia en húmedo, y el núcleo y la carcasa de arena ofrecen un buen rendimiento, lo que facilita la limpieza y el desmoldeo de las piezas fundidas. La producción de moldeo es altamente eficiente, el ciclo de producción es corto, el costo del material es bajo y facilita la organización de la producción en línea de ensamblaje.
Sus desventajas son:Las piezas fundidas son propensas a defectos como poros, inclusiones de arena y adhesión de arena, y la calidad de las piezas fundidas, especialmente la calidad intrínseca, no es ideal.
Tabla de proporción y rendimiento de arena verde para piezas fundidas de acero:
(2) La arena seca es un proceso de moldeo que utiliza arcilla como aglutinante. Añadir un poco de bentonita puede mejorar su resistencia en húmedo.
Sus características son:El molde de arena debe secarse, tiene buena permeabilidad al aire, no es propenso a defectos como lavado de arena, adherencia de arena y poros, y la calidad inherente de la fundición es buena.
Sus desventajas son:Requiere equipos de secado de arena y el ciclo de producción es largo.
(3) La arena de vidrio soluble es un proceso de modelado que utiliza vidrio soluble como aglutinante. Sus características son: el vidrio soluble se endurece automáticamente al exponerse al CO2 y ofrece diversas ventajas con respecto al método de endurecimiento por gas para el modelado y la fabricación de machos. Sin embargo, presenta desventajas como la baja colapsabilidad de la carcasa del molde, la dificultad para limpiar las piezas fundidas con arena y la baja tasa de regeneración y reciclaje de la arena vieja.
Tabla de proporciones y rendimiento de la arena endurecedora de CO2 para vidrio de agua:
(4) El moldeo en arena autoendurecible con resina de furano es un proceso de fundición que utiliza resina de furano como aglutinante. La arena de moldeo se solidifica mediante la reacción química del aglutinante bajo la acción del agente de curado a temperatura ambiente. Se caracteriza por no necesitar secado, lo que acorta el ciclo de producción y ahorra energía. La arena de moldeo de resina es fácil de compactar y presenta buenas propiedades de desintegración. La arena de moldeo de las piezas fundidas es fácil de limpiar. Las piezas fundidas presentan una alta precisión dimensional y un buen acabado superficial, lo que mejora considerablemente su calidad. Sus desventajas son: altos requisitos de calidad para la arena cruda, un ligero olor acre en la planta de producción y un alto costo de la resina.
Proceso de proporción y mezcla de la mezcla de arena sin cocción de resina de furano:
Proceso de mezcla de arena autoendurecible de resina de furano: Se recomienda utilizar una mezcladora de arena continua para preparar arena autoendurecible de resina. La arena cruda, la resina, el agente de curado, etc., se añaden secuencialmente y se mezclan rápidamente. Se puede mezclar y usar en cualquier momento.
El orden de adición de diversas materias primas al mezclar arena de resina es el siguiente:
Arena cruda + agente de curado (solución acuosa de ácido p-toluenosulfónico) – (120 ~ 180S) – resina + silano – (60 ~ 90S) – producción de arena
(5) Proceso típico de producción de fundición en arena:
Fundición de precisión:
En los últimos años, los fabricantes de válvulas han prestado cada vez más atención a la calidad estética y la precisión dimensional de las piezas fundidas. Dado que una buena apariencia es un requisito fundamental del mercado, también es el punto de referencia para el primer paso del mecanizado.
La fundición de precisión comúnmente utilizada en la industria de las válvulas es la fundición de inversión, que se presenta brevemente a continuación:
(1) Dos métodos de proceso de fundición de solución:
①Utilizando material de molde a base de cera de baja temperatura (ácido esteárico + parafina), inyección de cera a baja presión, carcasa de vidrio soluble, desparafinado con agua caliente, proceso de fusión y vertido atmosférico, utilizado principalmente para fundiciones de acero al carbono y acero de baja aleación con requisitos de calidad generales. La precisión dimensional de las piezas fundidas puede alcanzar el estándar nacional CT7~9.
② Utilizando material de molde a base de resina de temperatura media, inyección de cera a alta presión, carcasa de molde de sol de sílice, desparafinado con vapor y proceso de fundición rápida por fusión atmosférica o al vacío, la precisión dimensional de las piezas fundidas puede alcanzar las piezas fundidas de precisión CT4-6.
(2) Flujo de proceso típico de fundición de inversión:
(3) Características de la fundición de inversión:
①La fundición tiene una alta precisión dimensional, una superficie lisa y una buena calidad de apariencia.
② Es posible fundir piezas con estructuras y formas complejas que son difíciles de procesar con otros procesos.
③ Los materiales de fundición no están limitados, varios materiales de aleación como: acero al carbono, acero inoxidable, acero de aleación, aleación de aluminio, aleación de alta temperatura y metales preciosos, especialmente materiales de aleación que son difíciles de forjar, soldar y cortar.
④ Buena flexibilidad de producción y gran adaptabilidad. Se puede producir en grandes cantidades y también es adecuado para la producción de piezas individuales o lotes pequeños.
⑤ La fundición a la cera perdida también presenta ciertas limitaciones, como un proceso complejo y un ciclo de producción prolongado. Debido a las limitadas técnicas de fundición disponibles, su capacidad de soportar presión no es muy alta cuando se utiliza para fundir piezas de válvulas de carcasa delgada resistentes a la presión.
Análisis de defectos de fundición
Toda pieza fundida presenta defectos internos. La presencia de estos defectos conlleva graves riesgos ocultos para la calidad interna de la pieza, y la reparación mediante soldadura para eliminarlos durante el proceso de producción también supone una carga considerable para el proceso. En particular, las válvulas son piezas fundidas de carcasa delgada que soportan presión y temperatura, y la compacidad de sus estructuras internas es fundamental. Por lo tanto, los defectos internos de las piezas fundidas se convierten en un factor decisivo que afecta a su calidad.
Los defectos internos de las piezas fundidas de válvulas incluyen principalmente poros, inclusiones de escoria, porosidad por contracción y grietas.
(1) Poros:Los poros son producidos por el gas, la superficie de los poros es lisa y se generan dentro o cerca de la superficie de la pieza fundida y sus formas son en su mayoría redondas u oblongas.
Las principales fuentes de gas que generan poros son:
① El nitrógeno y el hidrógeno disueltos en el metal quedan contenidos en el metal durante la solidificación de la pieza fundida, formando paredes internas cerradas circulares u ovaladas con brillo metálico.
②La humedad o las sustancias volátiles en el material de moldeo se convertirán en gas debido al calentamiento, formando poros con paredes internas de color marrón oscuro.
③ Durante el proceso de vertido del metal, debido al flujo inestable, el aire participa en la formación de poros.
Método de prevención del defecto estomático:
① En la fundición, se deben utilizar lo menos posible o no utilizar materias primas de metal oxidado, y las herramientas y cucharones se deben hornear y secar.
②El vertido del acero fundido debe realizarse a alta temperatura y a baja temperatura, y el acero fundido debe estar adecuadamente sedado para facilitar la flotación del gas.
③ El diseño del proceso del tubo ascendente de vertido debe aumentar la carga de presión del acero fundido para evitar que queden gases atrapados y establecer una ruta de gas artificial para un escape razonable.
④Los materiales de moldeo deben controlar el contenido de agua y el volumen de gas, aumentar la permeabilidad al aire y el molde de arena y el núcleo de arena deben hornearse y secarse tanto como sea posible.
(2) Cavidad de contracción (suelta):Se trata de una cavidad circular o irregular, coherente o incoherente, que se forma dentro de la pieza fundida (especialmente en el punto caliente), con una superficie interior rugosa y un color más oscuro. Los granos de cristal grueso, principalmente en forma de dendritas, se agrupan en uno o más puntos, lo que los hace propensos a fugas durante la prueba hidráulica.
La causa de la contracción de la cavidad (flojedad):La contracción volumétrica se produce cuando el metal se solidifica de líquido a sólido. Si no se repone suficiente acero fundido en este momento, inevitablemente se formará una cavidad de contracción. La cavidad de contracción en las piezas fundidas de acero se debe principalmente a un control inadecuado del proceso de solidificación secuencial. Las razones pueden incluir ajustes incorrectos del tubo de mazarota, una temperatura de vertido del acero fundido demasiado alta y una contracción importante del metal.
Métodos para evitar cavidades por contracción (flojedad):① Diseñar científicamente el sistema de vertido de las piezas fundidas para lograr la solidificación secuencial del acero fundido, y las piezas que solidifiquen primero deben reponerse con acero fundido. ② Ajustar correcta y razonablemente el tubo ascendente, el subsidio, el hierro frío interno y externo para asegurar la solidificación secuencial. ③ Al verter el acero fundido, la inyección superior desde el tubo ascendente es beneficiosa para asegurar la temperatura del acero fundido y la alimentación, y reducir la aparición de cavidades por contracción. ④ En términos de velocidad de vertido, el vertido a baja velocidad es más propicio para la solidificación secuencial que el vertido a alta velocidad. ⑸ La temperatura de vertido no debe ser demasiado alta. El acero fundido se extrae del horno a alta temperatura y se vierte después de la sedación, lo que es beneficioso para reducir las cavidades por contracción.
(3) Inclusiones de arena (escoria):Las inclusiones de arena (escoria), comúnmente conocidas como ampollas, son orificios circulares o irregulares discontinuos que aparecen en el interior de las piezas fundidas. Estos orificios se mezclan con arena de moldeo o escoria de acero, de tamaño irregular, y se acumulan en ellos. Se encuentran en uno o más puntos, generalmente más en la parte superior.
Causas de la inclusión de arena (escoria):La inclusión de escoria se produce por la entrada de escoria de acero discreta en la pieza fundida junto con el acero fundido durante el proceso de fundición o vertido. La inclusión de arena se debe a la falta de estanqueidad de la cavidad del molde durante el moldeo. Al verter acero fundido en la cavidad del molde, la arena de moldeo es arrastrada por este y penetra en el interior de la pieza. Además, el manejo inadecuado durante el recorte y el cierre de la caja, y la caída de arena, también son causas de la inclusión de arena.
Métodos para prevenir inclusiones de arena (escoria):① Al fundir el acero fundido, se debe extraer el escape y la escoria lo más completamente posible. ② Evite voltear la bolsa de colada de acero fundido; utilice una bolsa de colada tipo tetera o una bolsa de colada inferior para evitar que la escoria que se encuentra sobre el acero fundido entre en la cavidad de colada junto con este. ③ Al verter acero fundido, se deben tomar medidas para evitar que la escoria entre en la cavidad del molde junto con el acero fundido. ④ Para reducir la posibilidad de inclusión de arena, asegúrese de que el molde de arena esté bien apretado al modelar, tenga cuidado de no perder arena al recortar y limpie la cavidad del molde con aire comprimido antes de cerrar la caja.
(4) Grietas:La mayoría de las grietas en las piezas fundidas son grietas calientes, con formas irregulares, penetrantes o no penetrantes, continuas o intermitentes y el metal en las grietas es oscuro o tiene oxidación superficial.
Razones de las grietas, a saber, estrés por alta temperatura y deformación de la película líquida.
La tensión de alta temperatura es la tensión generada por la contracción y la deformación del acero fundido a altas temperaturas. Cuando la tensión supera el límite de resistencia o deformación plástica del metal a esta temperatura, se producen grietas. La deformación por película líquida es la formación de una película líquida entre los granos cristalinos durante el proceso de solidificación y cristalización del acero fundido. Con el avance de la solidificación y la cristalización, la película líquida se deforma. Cuando la magnitud y la velocidad de la deformación superan un límite determinado, se generan grietas. El rango de temperatura de las grietas térmicas es de aproximadamente 1200 a 1450 °C.
Factores que afectan las grietas:
① Los elementos S y P del acero son factores perjudiciales para las grietas, y sus eutécticos con el hierro reducen la resistencia y la plasticidad del acero fundido a altas temperaturas, lo que produce grietas.
2 La inclusión y segregación de escoria en el acero aumenta la concentración de tensiones, incrementando así la tendencia al agrietamiento en caliente.
③ Cuanto mayor sea el coeficiente de contracción lineal del tipo de acero, mayor será la tendencia al agrietamiento en caliente.
④ Cuanto mayor sea la conductividad térmica del tipo de acero, mayor será la tensión superficial, mejores serán las propiedades mecánicas de alta temperatura y menor será la tendencia al agrietamiento en caliente.
5. El diseño estructural de las piezas fundidas es deficiente en cuanto a capacidad de fabricación, como esquinas redondeadas demasiado pequeñas, gran disparidad en el espesor de las paredes y una concentración severa de tensiones, lo que provocará grietas.
⑥La compacidad del molde de arena es demasiado alta y el bajo rendimiento del núcleo dificulta la contracción de la pieza fundida y aumenta la tendencia a las grietas.
⑦Otros factores, como la disposición incorrecta del tubo ascendente, el enfriamiento demasiado rápido de la pieza fundida, el estrés excesivo causado por el corte del tubo ascendente y el tratamiento térmico, etc., también afectarán la generación de grietas.
Según las causas y los factores que influyen en las grietas mencionadas anteriormente, se pueden tomar las medidas correspondientes para reducir y evitar la aparición de defectos de grietas.
Con base en el análisis anterior de las causas de los defectos de fundición, descubriendo los problemas existentes y tomando las medidas de mejora correspondientes, podemos encontrar una solución a los defectos de fundición, lo que favorece la mejora de la calidad de la fundición.
Hora de publicación: 31 de agosto de 2023