Проведен анализ дефектов литья алюминиевых корпусов компрессоров турбонагнетателей бензиновых двигателей. Проанализированы возможные причины этих дефектов. По результатам анализа качества расплава приведены аргументы в пользу использования керамических пенофильтров для улучшения процесса литья, которые были подтверждены на практике. Использование керамического фильтра при литье металла позволяет значительно снизить процент брака, что эффективно сокращает себестоимость продукции.
Алюминиевый корпус компрессора турбокомпрессора изготавливается методом гравитационного литья, а песчаная сердцевина представляет собой сердцевину из покрытого песка. В связи с быстрым падением температуры во время заливки расплавленного алюминия в металлическую форму требуется быстрое заполнение. Температура заливки составляет 710 °C, температура предварительного нагрева формы — 300–350 °C, время заливки — около 6 с, а у основания литникового канала установлены два слоя волоконных фильтрующих сеток.
В реальных производственных условиях в отливках возникает большое количество дефектов, таких как включения и примеси. В тяжелых случаях окисные включения перекрывают сечение изделия, а образовавшиеся проникающие дефекты приводят к серьезным утечкам воздуха. После дробеструйной обработки поверхности появляются отверстия, а на сечении излома видны оксиды, пронизывающие всю толщину стенки.
Для более подробного анализа типов дефектов и причин их образования были отобраны образцы дефектов отливок для металлографического исследования, в ходе которого было установлено наличие таких дефектов, как оксидные включения, поры и усадочные дефекты. Вышеупомянутые дефекты, как правило, могут быть вызваны некачественной обработкой расплавленного алюминия, неэффективной дегазацией и удалением шлака, в результате чего они попадают в отливку; либо неправильная конструкция литейной системы может привести к турбулентности и разбрызгиванию во время процесса разливки.
В ходе анализа расплава проводится азотная очистка расплавленного алюминия. После обработки расплавленный алюминий проверяется с помощью детектора водорода. Результаты показывают, что содержание H₂ на каждые 100 г алюминия составляет 0,15 мл. Металлографический образец также не выявил наличия шлака. Таким образом, можно сделать вывод, что дефекты в виде газа, шлака и включений не попадают в отливку расплавленного алюминия.
После того как в ходе численного моделирования была устранена причина брака отливок, вызванная расплавленным алюминием, исходный технологический процесс был смоделирован с помощью программного обеспечения MAGMA. Результаты моделирования показывают, что расплавленный алюминий после прохождения через фильтр непосредственно растекается по верхней части отливки, заполняя её, а затем, после частичного заполнения, стекает вниз. Скорость движения высокая, турбулентность, разбрызгивание и унос значительны.
Дефекты литья в основном возникают из-за отсутствия эффективного контроля за процессом заливки. Поэтому регулировка литейной системы с целью обеспечения стабильности заливки позволяет эффективно избежать дефектов. Использование керамического пенофильтра является одним из простых и эффективных способов. Керамический пенофильтр заменяет волокнистый фильтр, применявшийся в исходном технологическом процессе. Процесс заливки становится стабильным, что позволяет избежать турбулентности, увлечения и разбрызгивания; при этом сначала заполняется дно, что гарантирует надёжную подачу металла.
Этот керамический пенопластовый фильтр при литье металлов не только обеспечивает хорошую фильтрацию расплавленного алюминия, но и эффективно предотвращает образование эндогенных окисленных включений.