أنواع المسامية في الصب

تكاد المسامية في المسبوكات المعدنية تكون دائمًا نتيجة لعمليتين أساسيتين — احتباس أو تطور الغاز في المعدن السائل، وعدم كفاية التغذية أثناء التصلب مما ينتج عنه فراغات انكماشية. معظم مشاكل المسامية في المسبوكات الألومنيوم هي مزيج أو متغيرات من هاتين الآليتين. مع التحضير المنضبط للصهر (إزالة الغازات والترشيح)، والتصميم الجيد للممرات والتغذية، والتهوية المناسبة، والاستخدام الموجه للمواد الاستهلاكية مثل فلاتر رغوة السيراميك وبفضل استخدام المواد المضافة والفلوكس، يمكن للمسابك تقليل معدلات المسامية بشكل كبير والوفاء بمواصفات مقاومة الضغط والقوة الهيكلية بشكل موثوق. توفر AdTech أنظمة إزالة الغازات, ، والكيمياء الحبيبية والانسيابية، والمرشحات الرغوية الخزفية التي تتكامل مع ضوابط العمليات القياسية لتقليل المسامية المرتبطة بالغاز والشوائب وتخفيف الانكماش من خلال تحسين جودة الصهر.

1. ما هي المسامية ولماذا هي مهمة

المسامية هي أي فراغ أو تجويف أو شبكة من الثقوب الصغيرة داخل أو على سطح المسبوكات التي تقلل الكثافة محليًا وقد تضعف الخصائص الميكانيكية أو مقاومة الضغط أو العمر الافتراضي أو المظهر الجمالي. في العديد من تطبيقات السيارات والهيدروليك والفضاء والاستهلاك، يمكن أن تتسبب المسام الدقيقة في رفض المنتج لأنها تقلل العمر الافتراضي أو تسمح بالتسرب أو تتداخل مع الطلاء والتشغيل الآلي. لذلك، يعد تقليل المسامية تحديًا أساسيًا للجودة بالنسبة للمسابك، ويتم التعامل معه بشكل أكثر فعالية من خلال الجمع بين المعادن والتحكم الحراري والمعالجة الموجهة للصهر.

2. التصنيف العام لأنواع المسامية

على مستوى عالٍ، يتم تصنيف المسامية في المسبوكات المعدنية حسب الأصل والشكل.

حسب الأصل

• مسامية الغاز: مسام تتشكل من الغاز المذاب أو المحبوس الذي يتبلور وينمو مع تصلب المعدن. الهيدروجين هو السبب الرئيسي في سبائك الألومنيوم.

• مسامية الانكماش: فراغات تظهر بسبب عدم قدرة المعدن السائل على تغذية التغير في الحجم أثناء التجميد؛ وتوجد عادة في النقاط الساخنة التي تتصلب أخيرًا.

• التفاعل أو مسامية الإدماج: تجاويف تحدث عندما تتفاعل مواد القوالب أو الطلاءات أو الملوثات مع الذوبان مكونة غازات موضعية أو جيوب غير معدنية.

حسب الشكل والتأثير الخدمي (فئات هندسية شائعة)

• ال مسامية العمياء: تبدأ من السطح وتنتهي داخليًا.

• من خلال المسامية: تفتح على أكثر من سطح واحد وتخلق مسارات تسرب.

• مسامية مغلقة بالكامل: داخلية ومغلقة بالمعدن المحيط بها؛ غالبًا ما تظهر فقط بعد المعالجة الآلية أو عن طريق التصوير الشعاعي.

تتداخل هذه الفئات في الممارسة العملية؛ فقد تظهر في صب معين مزيج من خصائص الغاز والانكماش التي تتطلب تشخيصًا متعدد الطبقات لفصلها.

3. أنواع المسامية التفصيلية ومظاهرها وأسبابها الجذرية

فيما يلي تصنيف عملي سيجده مصممو ومهندسو العمليات قابلاً للتطبيق. تدرج كل مدخلة المظهر النموذجي والأسباب الجذرية والأدلة على الأصل.

3.1 مسامية الغاز (مسام كروية أو ذات جدران ناعمة)

المظهر: فراغات مستديرة إلى شبه كروية، أسطح داخلية ناعمة، تتجمع أحيانًا في المناطق بين التشعبات.
السبب الرئيسي: الغاز الزائد المذاب في المادة المنصهرة (الهيدروجين في الألومنيوم)، أو انجراف الهواء/الغازات أثناء التعبئة المضطربة. تنخفض قابلية ذوبان الهيدروجين بشكل حاد عند التصلب، مما يؤدي إلى تكوّن فقاعات.
أدلة شائعة: تاريخ المعادن المشحونة بالغاز (خردة معاد تسخينها، تدفق ملوث بالرطوبة)، نقص في إزالة الغازات من الصهر، اضطراب عالٍ في الصب، جدران مسام داخلية رمادية بسبب وجود أكسيد.
حيث يظهر: موزعة في جميع الأقسام، ومركزة في الفراغات بين التشعبات والأجزاء المركزية التي تتصلب في وقت متأخر.

3.2 مسامية الانكماش (تجويفات شجرية أو غير منتظمة)

المظهر: تجاويف غير منتظمة الشكل ذات حواف خشنة، غالبًا ما تكون متصلة أو تشكل شبكات؛ تميل إلى احتلال المناطق الساخنة.
السبب الرئيسي: عدم كفاية تغذية المعدن السائل لتعويض انكماش التصلب في المناطق التي تتصلب أخيرًا. تؤدي الهندسة والتدرجات الحرارية إلى ظهور نقاط ساخنة.
أدلة شائعة: موقع ثابت عبر الأجزاء، مرتبط بأقسام سميكة أو ميزات ذات تصميم تغذية/تبريد رديء.
حيث يظهر: مناطق التصلب الأخيرة، انتقالات المقاطع، تقاطعات القلب.

3.3 المسامية الدقيقة (الانكماش الدقيق)

المظهر: مسام دقيقة جدًا، أحيانًا أقل من ميكرون في المناطق بين التشعبات؛ تبدو مثل قرص العسل عند حفرها ومراقبتها مجهريًا.
السبب الرئيسي: مزيج من الانكماش وتطور الغاز الموضعي خلال المراحل المتأخرة من التصلب الشجيري. ترتبط الآليات الميكانيكية بنمو الانكماش على المستوى الميكروي.
أدلة شائعة: يمكن رؤيته تحت المجهر الإلكتروني الماسح أو بالأشعة المقطعية؛ يحد من الليونة ومقاومة التعب حتى لو لم يكن مرئيًا بالعين المجردة.

3.4 مسامية السطح أو الجلد

المظهر: حفر صغيرة أو بثور على سطح الصب.
السبب الرئيسي: احتباس الغاز بالقرب من سطح القالب، تفاعلات بين مواد القالب والمعدن، أو أبخرة من الطلاءات والمواد الرابطة.
أدلة شائعة: يقتصر على المناطق القريبة من النوى أو الفتحات أو أسطح القوالب. غالبًا ما يصاحبه تغير في اللون عند حافة المسام.

3.5 مسامية الامتصاص العكسي

المظهر: تجاويف غير منتظمة بالقرب من واجهات البوابات أو المرتفعات.
السبب الرئيسي: التغيرات السريعة في الضغط أثناء التصلب أو تصميم غير كافٍ للممرات التي تسمح بامتصاص المعدن من التجويف.
أدلة شائعة: مرتبط بهندسة البوابة، وسوء وضع القناة الصاعدة، وتقطع إمداد المعدن أثناء التصلب.

3.6 الهواء المحبوس أو مسامية الطيات

المظهر: أنفاق تشبه الأسبوع أو فراغات ممدودة غالبًا ما تكون مبطنة بطبقة من أكسيد.
السبب الرئيسي: تدفق مضطرب يطوي الأسطح المحملة بالأكسيد في الصهر أثناء التعبئة. يفصل غشاء الأكسيد المحبوس المعدن ويخلق جيوبًا ممدودة.
أدلة شائعة: عند الفحص، تظهر طبقات أكسيد وفيلم داكن داخل الفراغات.

3.7 مسامية التفاعل

المظهر: ثقوب غير منتظمة موضعية، غالبًا بالقرب من النوى أو واجهات الطلاء.
السبب الرئيسي: تفاعل كيميائي بين المعدن المنصهر والقالب/مادة رابطة القلب أو المواد المتطايرة المحبوسة ينتج عنه غاز محلي.
أدلة شائعة: تقع في نقاط التلامس مع الرمل المطلي أو بقايا المادة الرابطة أو المناطق الأساسية التي تم إصلاحها.

4. كيف تتشكل المسامية أثناء التصلب

تصلب السبائك هو تفاعل ديناميكي بين استخلاص الحرارة وإعادة توزيع المذاب وتغيرات قابلية الذوبان في الغاز. هناك آليتان رئيسيتان:

تكوين ونمو الغاز: مع انخفاض درجة الحرارة، تنخفض قابلية ذوبان الهيدروجين في الألومنيوم السائل بشكل خطي تقريبًا مع انخفاض درجة الحرارة؛ وبالتالي، يتشبع الهيدروجين المذاب ويشكل فقاعات. إذا لم تتمكن الفقاعات من الهروب أو الذوبان في السائل المتبقي، فإنها تبقى على شكل مسام. يساعد التبريد السريع على تكوين العديد من المسام الصغيرة؛ بينما يسمح التبريد البطيء للفقاعات بالنمو. يقلل تفريغ الغازات من التركيز الأولي للهيدروجين ويخفض القوة الدافعة لتكوين الفقاعات.

فشل التغذية والانكماش: جميع المعادن تتقلص عند التصلب. إذا لم يتمكن إمداد المعدن السائل من الوصول إلى المناطق التي تتصلب أخيرًا بسبب عرقلة الشبكة الشجرية للتدفق، تتشكل تجاويف. تتحكم هندسة الصب والتدرجات الحرارية وتصميم القناة/البوابة في ذلك. غالبًا ما تنشأ المسامية الدقيقة عندما يصبح السائل بين الشجيرات معزولًا في مرحلة متأخرة من التصلب ولا يمكنه تعويض الحجم.

من المهم جدًا معرفة ما إذا كانت المسامات ناتجة عن الغاز أم عن الانكماش، لأن الإجراءات التصحيحية تختلف باختلاف السبب. فمشاكل الغاز يمكن معالجتها عن طريق التنظيف بالذوبان وإزالة الغازات، بينما مشاكل الانكماش تتطلب تصحيحات حرارية وتصحيحات تدفق المعدن، مثل إعادة تصميم القناة الصاعدة والتبريد الموضعي.

5. طرق التشخيص وما تكشفه كل منها

لا توجد طريقة فحص واحدة تكتشف جميع حالات المسامية. استخدم نهجًا متعدد المستويات.

5.1 الفحص البصري والفحص المجهري

سريع ومنخفض التكلفة؛ جيد لمسامية السطح وكشف شكل المسام على نطاق صغير بعد التقطيع.

5.2 التصوير الشعاعي والفحص بالأشعة السينية

مناسب للمسام الداخلية الأكبر من دقة النظام. يمكنه إظهار ما إذا كانت المسام معزولة أو متصلة أو تشكل شبكات.

5.3 التصوير المقطعي المحوسب (CT)

رسم خرائط ثلاثية الأبعاد لتوزيع المسامية والمورفولوجيا. موصى به بشدة للأجزاء الحساسة من حيث السلامة وتحليل الأعطال. يمكن للتصوير المقطعي المحوسب (CT) فصل المسام الكروية الشبيهة بالغاز عن شبكات الانكماش.

5.4 التقطيع المعدني والمجهر الإلكتروني الماسح

يكشف عن المسامية الدقيقة والبنية المجهرية. استخدم SEM/EDS للتحقق من وجود طبقات أكسيد داخل التجاويف التي تشير إلى وجود انجراف.

5.5 تحليل الهيدروجين وأخذ عينات من المادة المنصهرة

يقيس مباشرة تركيز الهيدروجين المذاب في المادة المنصهرة. إذا كانت المستويات أعلى من الحدود الموصى بها، فمن المرجح أن تكون هناك مسامية غازية.

5.6 اختبار الضغط وكشف التسرب

بالنسبة للأجزاء المقاومة للضغط، يحدد اختبار التسرب بسرعة المسامية ومسارات التسرب الخفية.

عادةً ما يقترن سير العمل التشخيصي بالتصوير المقطعي المحوسب أو الأشعة السينية مع الفحص المعدني واختبار الهيدروجين المنصهر لعزل الأسباب الجذرية.

6 - استراتيجيات الوقاية والسيطرة (العمليات والمواد الاستهلاكية)

الوقاية من المسامية هي جهد نظامي. تنقسم الحلول إلى أربعة أركان: جودة الصهر، التصميم الحراري وتصميم البوابات، ممارسات القوالب/التهوية، والإصلاح بعد الصب عند الحاجة.

6.1 جودة الصهر: إزالة الغازات والترشيح

• إزالة الغازات: إزالة الغازات بالفراغ أو بالغاز الخامل لإزالة الهيدروجين المذاب، مع استخدام مادة تذويب لإزالة الأكاسيد والشوائب غير المعدنية. تقلل إزالة الغازات بشكل صحيح من مخاطر مسامية الغاز بشكل كبير.

• الترشيح: تعمل المرشحات الرغوية الخزفية والمرشحات العميقة على إزالة طبقات الأكسيد والشوائب الخبثية التي تسبب عيوب الانجراف ومواقع تكوين المسام. كما أن المرشح الرغوي الخزفي المثبت في المكان المناسب يعمل على تسهيل تدفق المعدن وتقليل الاضطراب. تم تصميم المرشحات الرغوية الخزفية من AdTech بحيث تعمل على الاحتجاز على مستوى الميكرون وانخفاض الضغط، مما يجعلها فعالة في أنظمة البوابات.

6.2 البوابات والارتفاعات والتحكم الحراري

• موضع وحجم الرافعة: صمم رافعات لتغذية المناطق التي تتصلب أخيرًا. استخدم الأسطح الساخنة أو الرافعات الداخلية أو المبردات للتحكم في مسار التصلب.

• قشعريرة: تعمل البرودة المحلية على تسريع التصلب في الأماكن المطلوبة لنقل النقاط الساخنة أو الانكماش بعيدًا عن الأسطح الحساسة.

• التحكم في التعبئة: قلل من الاضطراب باستخدام هندسة بوابة مناسبة وسرعة صب مناسبة. يقلل التدفق الطبقي السلس من طبقات الأكسيد الملتصقة.

6.3 إدارة القوالب واللب والطلاء

• التنفيس: توفير مسارات هروب مناسبة للغاز المتولد أثناء الصب. يؤدي التهوية السيئة إلى احتباس الغازات التي تتحول إلى مسام.

• اختيار القلب والموثق: استخدم مواد رابطة منخفضة التقلب وتأكد من أن القلب قد تم معالجته وخالٍ من المواد المتقلبة المتبقية. تحكم في رطوبة الرمل.

• اختيار الرش والطلاء: تجنب الطلاءات التي تنتج مواد متطايرة عند درجة حرارة الصب.

6.4 مراقبة العمليات والتغذية الراجعة

• تتبع الهيدروجين: إجراء فحوصات منتظمة للهيدروجين الذائب. الاحتفاظ بالسجلات وبدء عملية إزالة الغازات التصحيحية عندما تتجاوز المستويات المستهدفة.

• المحاكاة الحرارية: استخدم برنامج محاكاة الصب لتحديد النقاط الساخنة وتحسين تصميم البوابات والرافعات بشكل متكرر قبل البدء في تصنيع الأدوات.

• الاختبار غير المتلف: التصوير الشعاعي الدوري أو أخذ عينات بالأشعة المقطعية للمكونات الحيوية لضمان المراقبة المستمرة.

6.5 العلاجات بعد الصب

• التشريب بالفراغ: بالنسبة للأجزاء التي يجب أن تكون مانعة للتسرب ولكنها تحتوي على مسامات عمياء، يمكن أن يؤدي التشريب بالبوليمرات في الفراغ إلى سد مسارات التسرب. هذا إجراء تصحيحي وليس بديلاً عن التحكم السليم في العملية.

7. كيف تتناسب منتجات AdTech مع برنامج التحكم في المسامية

تنتج AdTech معدات ومواد استهلاكية تتكامل مع الركائز الأربع المذكورة أعلاه. فيما يلي بعض الاقتراحات العملية حول كيفية استخدام هذه المنتجات للتحكم في المسامية.

7.1 أنظمة إزالة الغازات AdTech

• استخدم أجهزة إزالة الغازات الدوارة أو إزالة الغازات بالفراغ حسب السعة والسبائك. استهدف مستويات هيدروجين أقل من الحدود القصوى المحددة للصناعة (عادةً ما تكون أقل من 0.10-0.15 مل/100 جم للعديد من سبائك الألومنيوم، ولكن تحقق من متطلبات الأجزاء). إزالة الغازات هي الدفاع الأساسي ضد مسامية الغاز. اجمع بين إزالة الغازات وملفات التحريك المُحسّنة حسب السبائك ووقت الانتظار.

7.2 AdTech التدفقات وحقن التدفق

• تحسن تركيبات AdTech granular flux و cover flux نظافة المعدن وتحمي سطح الصهر أثناء التخزين والنقل. تساعد المواد المساعدة على إزالة الشوائب والحد من دخول الهواء إلى سطح المعدن. استخدم المواد المساعدة أثناء خطوات السكب والنقل. يمكن لمعدات حقن المواد المساعدة توفير جرعات متسقة لعمليات الصب المتكررة.

7.3 مرشحات الرغوة الخزفية AdTech

• ضع مرشحات الرغوة الخزفية في نظام البوابة أعلى القالب لإزالة طبقات الأكسيد والشوائب وتهدئة التدفق. تعمل المرشحات أيضًا كعازل حراري ويمكن تحديدها حسب معدل المسامية (ppi أو المسام لكل بوصة) اعتمادًا على السبائك ومنطقة البوابة.

7.4 النهج المركب

• للحصول على أفضل النتائج، استخدم الترشيح أولاً، ثم إزالة الغازات، ثم حماية التدفق كلمسة نهائية. في الممارسة العملية: اسكب المعدن من خلال مرشح رغوي خزفي في وعاء نقل؛ قم بإزالة الغازات من وعاء النقل باستخدام فراغ دوار أو تطهير خامل؛ قم بتغطية التدفق بين الصب وإزالة الغازات للحد من إعادة التغويز؛ اسكب من خلال مرشح ثانٍ إذا كانت درجة التعقيد أو مخاطر التضمين عالية.

8- جداول مرجعية سريعة

الجدول 1. أنواع المسامية، الدلائل البصرية، الأسباب الجذرية المحتملة

الجدول 2: المؤشرات النموذجية وطريقة التشخيص

الجدول 3. سلم الوقاية: الإجراءات ذات الأولوية والأثر المتوقع

9. قائمة مراجعة العملية لتقليل المسامية في مصانع الألمنيوم

1. قياس خط الأساس لذوبان الهيدروجين وتسجيله.

2. قم بتركيب مرشحات رغوية خزفية مناسبة لتدفق الذوبان والسبائك.

3. ديغاس بعد إضافة الحرارة بشكل كبير وقبل الصب. استخدم غاز خامل دوار أو فراغ حسب الاقتضاء.

4. ضع غطاء التدفق أثناء التثبيت والنقل للحد من إعادة التغويز. قم بالجرعات بشكل متسق.

5. تحقق من استراتيجية البوابات والرافعات عن طريق المحاكاة الحرارية؛ ضع مبردات لتغيير النقاط الساخنة.

6. تقليل اضطراب الصب: قنوات مدببة، صب مغمور عند الاقتضاء.

7. تأكد من أن القوالب والأساسات جافة ومُعالجة، واستخدم مواد رابطة منخفضة التقلب للمسبوكات الهامة.

8. تنفيذ أخذ عينات NDT مجدولة (التصوير الشعاعي أو التصوير المقطعي المحوسب) لعمليات الإنتاج.

9. إذا استمرت المسامية بعد إجراء الضوابط، قم بإجراء دراسة الأسباب الجذرية: علم المعادن، اتجاه الهيدروجين، وتصور التدفق.

10. عندما يكون إحكام الضغط إلزاميًا والإصلاح مقبولًا، استخدم التشريب بالفراغ فقط بعد معالجة المشكلات الأولية.

11. التوصيات النهائية وخطة العمل باستخدام حلول AdTech

1. قياس خط الأساس: إجراء اختبارات الهيدروجين على المادة المنصهرة لمدة أسبوع لتحديد المتوسط الحالي. إذا كان أعلى من الهدف، إعطاء الأولوية لإزالة الغازات.

2. تحديث نظام الترشيح: أضف مرشح رغوة سيراميك قبل صب القالب الأول لإزالة طبقات الأكسيد على الفور وتقليل الانجراف. حدد دقة المرشح (ppi) بناءً على مساحة البوابة والسبائك.

3. برنامج إزالة الغازات: قم بتركيب أو تحسين نظام إزالة الغازات الدوارة/الفراغية. قم بدمج إزالة الغازات مع نظام جرعات التدفق المتحكم فيه من AdTech لتقليل إعادة التلوث.

4. التحقق من التصميم: استخدم المحاكاة الحرارية لتصحيح تصميم الناهض والمبرد في حالة وجود مسامية انكماش متكررة.

5. المراقبة والتكرار: استخدم عينات التصوير المقطعي المحوسب/التصوير الشعاعي للمسبوكات الهامة وتتبع مقاييس المسامية. استخدم التجارب الخاضعة للرقابة لتأكيد فعالية كل تغيير.

يمكن أن توفر AdTech حلولاً متكاملة تجمع بين معدات الترشيح والكيمياء التدفقية وإزالة الغازات بالإضافة إلى إرشادات التطبيق للمساعدة في تحسين العمليات المتكاملة التي تقلل مستويات المسامية في بيئات التشغيل الحقيقية.