Harkko

, Author

Katso myös: Deoksidoitu teräs
Muottiin valetun harkon kiderakenne

Muottiin valetut harkot valmistetaan jäähdyttämällä sulaa nestettä (ns. sulaa) muotissa. Harkkojen valmistuksella on useita tavoitteita.

Ensiksi muotti suunnitellaan siten, että se jähmettyy täydellisesti ja muodostaa sopivan raerakenteen, jota myöhempi käsittely edellyttää, sillä sulan jäähtyessä muodostuva rakenne ohjaa materiaalin fysikaalisia ominaisuuksia.

Toiseksi muotti suunnitellaan muodoltaan ja kooltaan siten, että harkon käsittely ja jatkojalostus on helppoa. Lopuksi muotti suunnitellaan siten, että se minimoi sulan hävikin ja helpottaa harkon poistamista, koska joko sulan tai harkon menettäminen lisää lopputuotteiden valmistuskustannuksia.

Muotille on olemassa erilaisia malleja, jotka voidaan valita nestemäisen sulan fysikaalisten ominaisuuksien ja jähmettymisprosessin mukaan. Muotteja voi olla ylhäältä, vaakatasosta tai alhaalta ylöspäin valettavia ja ne voivat olla uurrettuja tai litteäseinäisiä. Uritettu muotoilu lisää lämmönsiirtoa suuremman kosketuspinta-alan ansiosta. Muotit voivat olla joko kiinteitä ”massiivisia”, hiekkavalettuja (esim. raakarautaa varten) tai vesijäähdytteisiä kuoria lämmönsiirtovaatimuksista riippuen. Harkkomuotit ovat kartiomaisia, jotta estetään epätasaisesta jäähdytyksestä johtuvien halkeamien muodostuminen. Halkeaman tai tyhjiön muodostuminen johtuu siitä, että nesteen ja kiinteän aineen väliseen siirtymiseen liittyy tilavuuden muutos, kun materiaalin massa pysyy vakiona. Näiden valuharkkovikojen muodostuminen voi tehdä valuharkosta käyttökelvottoman, ja se voidaan joutua sulattamaan uudelleen, kierrättämään tai hävittämään.

Valuharkkojen valaminen terästehtaalla

Kiteisen materiaalin fysikaalinen rakenne määräytyy pitkälti sulan metallin jäähdytys- ja saostamismenetelmän mukaan. Valuprosessin aikana harkon seinämien kanssa kosketuksissa oleva metalli jäähtyy nopeasti ja muodostaa joko pylväsmaisen rakenteen tai mahdollisesti ”jäähdytysvyöhykkeen”, jossa on tasakärkisiä dendriittejä, riippuen jäähdytettävästä nesteestä ja muotin jäähdytysnopeudesta.

Päällä valetun harkon osalta nesteen jäähtyessä muotissa tilavuuserovaikutukset aiheuttavat sen, että nesteen yläpinta vetäytyy jättäen muotin yläreunaan kaarevan pinnan, joka saatetaan mahdollisesti vaatia koneistettavaksi harkosta. Muotin jäähtymisvaikutus synnyttää etenevän jähmettymisrintaman, johon liittyy useita vyöhykkeitä: lähempänä seinämää on kiinteä vyöhyke, joka imee lämpöä jähmettyvästä sulasta, seoksissa voi olla ”mössöinen” vyöhyke, joka on seurausta kiinteän ja nestemäisen välisen tasapainon alueista metalliseoksen faasidiagrammissa, ja nestemäinen alue. Rintaman etenemisnopeus säätelee aikaa, joka dendriittien tai ytimien on muodostuttava jähmettymisalueelle. Seoksen mössöalueen leveyttä voidaan hallita säätämällä muotin lämmönsiirto-ominaisuuksia tai säätämällä nestemäisen sulan seosainekoostumuksia.

Harkkojen käsittelyyn on olemassa myös jatkuvatoimisia valumenetelmiä, joissa jähmettymisrintama muodostuu jäähdytetyn kiinteän aineksen jatkuvalla ottamisella ja nestemäisen sulan lisäämisellä valuprosessiin.

Alumiiniharkoista noin 70 prosenttia valetaan Yhdysvalloissa suoralla kylmähitsausvaluprosessilla, joka vähentää halkeilua. Yhteensä 5 prosenttia harkoista joudutaan romuttamaan jännityksen aiheuttamien halkeamien ja tylppämuodonmuutosten vuoksi.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.