Production de 410 pièces en acier inoxydable avec sol de silice, pesant 205 grammes, présentant des défauts de points d'oxydation superficiels : causes et solutions

Lors de l'utilisation de poudre/sable de zircon comme couche de surface, des points et des taches d'oxydation apparaissent lors de la production de pièces en acier inoxydable 410 (en particulier de petites pièces pesant environ 200 grammes). Comment devrions-nous enquêter sur les causes et développer des solutions. Analysons les principales conclusions une par une : cette oxydation « ponctuelle » n'est généralement pas causée par un seul facteur, mais plutôt le résultat d'une réaction violente entre un liquide d'acier hautement actif et une interface de coque localement contaminée. La cause première du problème réside principalement dans la « qualité de la coque » et la « réaction de l'interface coque-liquide en acier ».

1、 Les principales raisons de la formation de points/taches d'oxydation sont analysées, combinées aux caractéristiques de la « couche superficielle de poudre de zircon/sable » et de « l'oxydation ponctuelle ». Les principales raisons sont classées par ordre de possibilité comme suit :

1. Contamination de la couche superficielle de la coque (principal suspect) Matériau de zircone lui-même : La poudre/sable de zircone de mauvaise qualité ou humide peut contenir des impuretés telles que de l'oxyde de fer (Fe ₂ O3) et de l'oxyde de titane (TiO ₂). À haute température, ces impuretés réagiront chimiquement avec des éléments tels que le chrome (Cr) et l'aluminium (Al) dans l'acier inoxydable, laissant des marques de réaction localisées (c'est-à-dire des marques d'oxydation) sur la surface de la pièce moulée. Pollution pendant le fonctionnement : Dans l'atelier de fabrication de coques, de la rouille, de la poussière et des matières organiques (telles que des fibres de gants et de la graisse) peuvent être mélangées lors du processus de revêtement de surface ou de ponçage. Ces polluants formeront localement des « points faibles » avec des points de fusion bas ou une activité élevée après la calcination des coquilles. Stabilité du sol de silice : si le sol de silice présente un gel ou une pollution locale, cela affectera l'uniformité du revêtement, entraînant une résistance locale insuffisante ou un enrichissement en impuretés.

2. Torréfaction insuffisante des coques et humidité résiduelle (raison principale) : Les résidus d'humidité sont l'une des raisons les plus courantes de la formation de « points d'oxydation ». Si la température de torréfaction de la coque est insuffisante (<900 ℃) ou si le temps d'isolation n'est pas suffisant, il y aura de l'eau cristalline résiduelle ou de l'eau chimique dans les couches profondes de la coque (en particulier les coques épaisses et grandes). Lorsque de l'acier fondu à haute température est injecté, l'eau s'évapore instantanément et la pression de vapeur est extrêmement élevée, traversant la fine coque solidifiée à l'avant de l'acier fondu, exposant l'acier fondu frais à l'intérieur et subissant une réaction d'oxydation avec la vapeur d'eau : Fe+H ₂ O → FeO+H ₂, formant des points comme des piqûres et des écailles d'oxyde. Résidu de carbone organique : une torréfaction incomplète peut conduire à la carbonisation des composés organiques présents dans le sol de silice et les agents de démoulage au lieu d'une combustion complète, formant ainsi des zones localisées riches en carbone. Lorsque l'acier fondu entre en contact avec cette zone, le carbone réduira SiO ₂ dans la coque, produisant du CO gazeux, ce qui endommagera également la surface de l'acier fondu et provoquera une oxydation et une carburation locales.

3. Protection insuffisante contre la fusion et le versement (raison fondamentale) désoxydation incomplète : le chrome dans l'acier inoxydable 410 est sujet à l'oxydation. Si la désoxydation finale (généralement à l'aide d'aluminium) est insuffisante, la teneur en oxygène dissous dans l'acier fondu sera élevée, et il aura tendance à s'agréger en surface ou à se combiner avec les réactifs de l'enveloppe en fin de solidification, formant des oxydes ponctuels. Débit de protection de coulée insuffisant : Même avec une protection contre le gaz argon, si le flux d'air est trop faible, inégalement dispersé ou perturbé, l'air sera toujours aspiré dans le flux de coulée et la coupelle d'injection, provoquant des éclaboussures et une oxydation des gouttelettes d'acier et pénétrant dans la cavité du moule avec le flux, formant des points d'oxydation dispersés.

4. Inadéquation des paramètres du processus (facteur déclencheur) Inadéquation entre la température de la coque et la température de coulée : La température de préchauffage de la coque est trop basse (par exemple <600 ℃), tandis que la température de coulée de l'acier fondu est trop élevée. La différence de température entre les deux est trop grande, ce qui intensifiera l'explosion du gaz d'interface et le choc thermique, et induira des réactions ponctuelles. Surchauffe de l'acier en fusion : une température de fusion excessive (par exemple dépassant 1 650 ℃) intensifiera la réactivité chimique entre l'acier en fusion et la coque.

2、 Solution systématique (de l'urgence à la cause profonde) Étape 1 : Enquête et traitement d'urgence sur site (exécution immédiate)

1. Vérifiez le four de cuisson des coques : calibrez l'instrument de mesure de la température. Assurez-vous que la température de torréfaction est ≥ 950 ℃ et que le temps de maintien est ≥ 2 heures (en fonction de l'augmentation de l'épaisseur de la coque), et vérifiez la circulation de l'atmosphère du four pour vous assurer que les gaz d'échappement peuvent être évacués.

2. Vérifiez les matières premières : prenez un nouveau lot de poudre/sable de zircon de haute pureté (chimiquement pur ou de première qualité) pour des tests comparatifs. Portez une attention particulière à sa teneur en fer (Fe) et en titane (Ti).

3. Vérifiez l'environnement de fabrication des coques : nettoyez l'atelier de fabrication des coques, assurez-vous que le revêtement de surface est isolé de la zone de ponçage et évitez la pollution par la poussière de rouille. Vérifiez le sol de silice pour les particules ou le gel.

4. Renforcer la protection contre le moulage : augmentez temporairement la résistance du gaz argon pour garantir que le gobelet verseur est complètement recouvert par le gaz argon pendant le moulage.

Étape 2 : Optimisation du processus à court terme (dans un délai de 1 à 2 semaines)

1. Optimiser le processus de torréfaction : mettre en œuvre une « torréfaction par chauffage par étapes » : augmenter le temps d'isolation dans l'étape 400-600 ℃ pour permettre à la matière organique de se décomposer et de s'évaporer complètement ; Maintenir une isolation suffisante au-dessus de 900 ℃ pour expulser l'eau chimique. Pour les composants importants, verser immédiatement après la cuisson ou conserver dans un four à haute température (>200 ℃) pour éviter l'absorption d'humidité.

2. Traitement de fusion de renforcement : Désoxydation finale stricte : Avant de tarauder, insérez le fil d'aluminium dans la partie profonde de l'acier en fusion pour la désoxydation finale et contrôlez la teneur en aluminium résiduel à 0,02 % -0,08 %. Réduisez de manière appropriée la température de coulée : dans le but d'assurer un remplissage complet, réduisez la température de coulée de la surchauffe (par exemple 1 550 ℃) de 10 à 20 ℃ pour réduire les réactions thermiques.

3. Ajustez la température de la coque du moule : raccourcissez l'intervalle entre la sortie de la coque du moule du four et le versement le plus rapidement possible, en veillant à ce que la température à l'intérieur de la coque du moule soit comprise entre 800 et 900 ℃. Les coques à haute température peuvent réduire les différences de température d'interface et assurer une solidification en douceur de l'acier fondu.

Étape 3 : Contrôle systématique à long terme (solution fondamentale)

1. Matériau de la coque et mise à niveau du processus : Test de remplacement du matériau de la couche de surface : Si le problème persiste, envisagez de remplacer le matériau de la couche de surface par de l'alumine fondue plus inerte (Al ₂ O3) ou du « corindon blanc ». Bien que le coût soit plus élevé, la réactivité avec l’acier à haute teneur en chrome est moindre. Introduction du processus de frittage de la couche de surface : après avoir terminé la fabrication de la couche de surface et de la coque de la deuxième couche, un frittage supplémentaire à basse température (800 ℃) est ajouté pour densifier la couche de surface et éliminer à l'avance certaines substances émettant des gaz.

2. Mise à niveau du système de fusion et de coulée : mise en œuvre de la fusion avec protection contre l'argon : utilisation de l'argon gazeux pour couvrir ou souffler pendant la fusion au four à induction. Utilisation de la coulée sous vide ou sous atmosphère protectrice : Pour les produits très demandés, investir dans une coulée par fusion au four à induction sous vide ou dans des boîtes de coulée remplies d'argon est la solution la plus complète.

3. Établir des points de surveillance du processus : Inspection des matières premières : Effectuer un échantillonnage de la teneur en impuretés pour chaque lot de poudre de zircon. Enregistrement de la torréfaction des coquilles : établir un suivi de la courbe de température et de temps pour chaque four de torréfaction. Carte des défauts de coulée : Prendre des photos et archiver la localisation et la morphologie des points d'oxydation, analyser la corrélation avec la position de l'arbre, et tracer la source de pollution.

Résumez le processus de dépannage recommandé pour le problème des « points/taches d'oxydation sur la couche superficielle de sable en poudre de zircon dans une pièce coulée de 205 grammes ». Il est recommandé de prioriser le dépannage comme suit :

1. Premier soupçon : le rôtissage des coquilles est-il suffisant ? Réalisez des expériences comparatives en augmentant la température de torréfaction et le temps de maintien.

2. Suspicion secondaire : le matériau en zircon est-il pur ? Remplacez un lot de matériaux de haute pureté connus pour des tests comparatifs.

3. Vérifiez simultanément : la protection contre le versement est-elle vraiment efficace ? Vérifiez l'état du débit d'air au niveau de la canalisation d'argon, du débitmètre et de la coupelle d'injection.

4. Optimisation finale : Ajustez la correspondance des paramètres du processus, principalement la température de la coque et la température de coulée. Grâce à l'enquête et à l'optimisation systématiques ci-dessus, garantissant en particulier une sécheresse et une propreté absolues de la coque et renforçant la protection de l'interface, les points et les taches d'oxydation sur la surface des pièces moulées de précision en acier inoxydable 410 peuvent être efficacement éliminés.