بهینه سازی قطعات ریخته گری فولاد ضد زنگ برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی و خواص مکانیکی آن‌ها جنبه‌های زیادی مانند انتخاب مواد، بهینه‌سازی فرآیند ریخته‌گری، فناوری پس از پردازش و تجزیه و تحلیل سناریو کاربرد دارد. موارد زیر اقدامات بهینه سازی خاص و مسیرهای فنی هستند:
مواد فولادی ضد زنگ مناسب را انتخاب کنید
تناسب عناصر اصلی را تنظیم کنید
افزایش محتوای کروم (Cr) (18٪ -25٪): افزایش مقاومت در برابر اکسیداسیون و مقاومت در برابر خوردگی قطعات ریخته گری.
افزایش محتوای نیکل (Ni) (8 تا 12%): مقاومت مواد در برابر ترک خوردگی ناشی از خوردگی استرس را بهبود می بخشد و چقرمگی را بهبود می بخشد.
عناصر کمیاب کلیدی را اضافه کنید
مولیبدن (Mo): به طور قابل توجهی مقاومت در برابر خوردگی حفره ای و شکافی را بهبود می بخشد، به ویژه برای محیط های با کلرید بالا.
نیتروژن (N): استحکام مکانیکی را افزایش می دهد و مقاومت در برابر خوردگی موضعی را بهبود می بخشد.
تیتانیوم (Ti) یا نیوبیم (Nb): از خوردگی بین دانه ای به ویژه پس از جوشکاری جلوگیری می کند.
نوع فولاد را با توجه به سناریوی کاربردی انتخاب کنید
فولاد زنگ نزن آستنیتی (مانند 304، 316): خواص جامع خوبی دارد و برای اکثر محیط ها مناسب است.
فولاد ضد زنگ دوبلکس (مانند 2205): هم دارای استحکام بالا و هم مقاومت در برابر خوردگی عالی است، مناسب برای محیط های شیمیایی و دریایی.
فولاد ضد زنگ سخت شده در اثر بارش (مانند 17-4PH): در استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی عالی است، می تواند در زمینه های هوافضا و پزشکی استفاده شود.
فرآیند ریخته گری را بهینه کنید
بهبود خلوص فلز
از فرآیندهای ذوب خلاء یا ذوب مجدد الکتروسرباره برای کاهش گازها و آخالها در مواد و بهبود چگالی قطعات ریخته گری استفاده کنید.
سیستم ریختن را بهینه کنید
رایزرهای ریخته گری و کانال های اگزوز را به درستی طراحی کنید تا عیوب مانند منافذ و حفره های انقباض را کاهش داده و کیفیت ریخته گری را بهبود بخشد.
کنترل سرعت خنک کننده
با تنظیم مواد قالب یا محیط خنک کننده، می توانیم از دانه های درشت یا ناهموار داخل ریخته گری جلوگیری کنیم و یکنواختی مواد را بهبود ببخشیم.
فناوری شبیه سازی عددی
از نرم افزارهای شبیه سازی کامپیوتری (مانند ProCAST) برای پیش بینی میدان دما و توزیع تنش در طول فرآیند انجماد و بهینه سازی طرح طراحی استفاده کنید.
پالایش دانه
پالایشگرهای غلات (مانند عناصر خاکی کمیاب) در طول فرآیند ریخته‌گری برای بهبود ریزساختار ریخته‌گری اضافه می‌شوند و در نتیجه خواص مکانیکی و مقاومت در برابر خوردگی را بهبود می‌بخشند.
بهبود فرآیند عملیات حرارتی
راه حل درمان
نکات کلیدی فرآیند
ریخته گری تا دمای مناسب (1050-1150 درجه سانتیگراد) گرم می شود، برای مدت زمان کافی نگهداری می شود و سپس به سرعت سرد می شود تا کاربیدها حل شوند و ساختار آستنیت بازسازی شود.
بهبود عملکرد
از بین بردن خوردگی بین دانه ای و بهبود مقاومت در برابر خوردگی.
ریزساختار را همگن می کند، چقرمگی و استحکام کششی را افزایش می دهد.
درمان پیری
دامنه کاربرد
برای فولاد ضد زنگ سخت شده با بارش، عملیات پیری برای رسوب دادن مراحل تقویتی انجام می شود و در نتیجه استحکام و سختی به طور قابل توجهی افزایش می یابد.
دمای معمولی
فرآیند پیری در دمای 450-550 ℃ می تواند خواص مکانیکی را بهبود بخشد و در عین حال چقرمگی خاصی را حفظ کند.
تکنولوژی تصفیه سطح
درمان غیرفعال سازی
اصل
یک فیلم غیرفعال سازی اکسید کروم پایدار بر روی سطح ریخته گری برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی تشکیل می شود.
بهینه سازی فرآیند
از اسید نیتریک، اسید سیتریک یا سایر محلول های غیرفعال سازی سازگار با محیط زیست تحت شرایط دما و زمان کاملاً کنترل شده استفاده کنید.
حفاظت از آبکاری یا پوشش
تکنیک های رایج
آبکاری نیکل یا کروم روی سطح ریخته گری برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی سطح.
برای مقابله با محیط های خورنده شدید از پوشش های فلوئوردار یا پوشش های سرامیکی استفاده کنید.
موارد قابل توجه
ضخامت پوشش باید یکنواخت باشد تا از خوردگی ناشی از ضعف موضعی جلوگیری شود.
تقویت مکانیکی
گلوله پینینگ
با پاشش ذرات با سختی بالا، وضعیت تنش پسماند سطح بهبود می یابد، استحکام خستگی و مقاومت در برابر خوردگی حفره ای بهبود می یابد.
پولیش الکتریکی
پوشش سطح را بهبود می بخشد و ترک های سطحی و عیوب میکروسکوپی را کاهش می دهد و به کاهش احتمال خوردگی موضعی کمک می کند.
تست و کنترل کیفیت
آزمایش غیر مخرب
تست اولتراسونیک: شناسایی عیوب داخلی در قطعات ریخته گری مانند منافذ و ترک ها برای اطمینان از سفتی داخلی.
بازرسی اشعه ایکس: عیوب پنهان در ریخته گری های ساختاری پیچیده را بررسی کنید، به ویژه برای قطعات با دقت بالا.
تست عملکرد خوردگی
تست اسپری نمک: مقاومت در برابر خوردگی را در محیط های بسیار خورنده شبیه سازی می کند.
آزمایش خوردگی الکتروشیمیایی: پارامترهای عملکرد الکتروشیمیایی قطعات ریخته گری (مانند پتانسیل مقاومت در برابر خوردگی حفره ای) را برای ارزیابی مقاومت به خوردگی ماده تعیین کنید.
تست خواص مکانیکی
تست کششی: تست استحکام کششی و شکل پذیری قطعات ریخته گری.
تست ضربه: به ویژه برای محیط های با دمای پایین، برای ارزیابی چقرمگی قطعات ریخته گری.
طراحی اپلیکیشن و بهینه سازی
برای محیط استفاده بهینه شده است
صنایع شیمیایی: از فولاد زنگ نزن آستنیتی با مولیبدن بالا (مانند 316L) برای مقابله با محیط های اسیدی و قلیایی بالا استفاده کنید.
میدان دریایی: از فولاد ضد زنگ دوبلکس برای جلوگیری از خوردگی حفره و شکاف استفاده کنید.
صنایع غذایی: از فولاد ضد زنگ کم کربن (مانند 304L) برای کاهش خوردگی بین دانه ای در ناحیه جوش استفاده کنید.
بهبود طراحی سازه
کاهش تمرکز تنش: شکل ریخته گری را برای جلوگیری از خوردگی موضعی یا ترک در گوشه های تیز و نواحی انتقالی بهینه کنید.
کاهش اختلاف ضخامت دیوار: حفظ ضخامت دیواره یکنواخت و کاهش تاثیر تنش حرارتی بر مقاومت در برابر خوردگی.
با انتخاب علمی مواد، بهبود فرآیندهای ریخته‌گری و تقویت عملیات حرارتی و عملیات سطحی، مقاومت در برابر خوردگی و خواص مکانیکی ریخته‌گری‌های فولاد ضد زنگ می‌تواند به طور قابل توجهی بهبود یابد. در عین حال، راه‌حل‌های بهینه‌سازی باید بر اساس سناریوهای استفاده خاص و الزامات عملکردی برای دستیابی به بهترین تعادل بین مقرون به صرفه بودن و عملکرد تنظیم شوند.
