Przyczyny i środki zapobiegawcze w przypadku defektów porowatości

1. Klasyfikacja i charakterystyka wad porowatości

1.1. Porowatość inwazyjna (porowatość zlokalizowana):

Podczas obróbki cieplnej roztopionego metalu gazy wytwarzane przez formę (lub rdzeń) przedostają się do ciekłego żelaza, powodując lokalną porowatość w niektórych obszarach odlewu podczas procesu chłodzenia. Należy podkreślić, że interakcja pomiędzy roztopionym metalem a formą/rdzeniem zachodzi jedynie podczas odlewania, umożliwiając infiltrację gazów wytwarzanych przez formę/rdzeń w wysokich temperaturach do ciekłego żelaza. (Reakcja fizyczna)

◆Cechy porowatości wnikającej:

- Objawia się lokalną porowatością występującą w określonych obszarach odlewu.

- Powierzchnia porów jest stosunkowo gładka i przedstawia się jako pojedyncze lub przypominające plaster miodu puste przestrzenie.

- Kolor porów jest biały lub może mieć ciemną warstwę, czasami pokrytą utlenionym naskórkiem.

- W przypadku żeliwa sferoidalnego/zagęszczonego może wydzielać zapach przypominający węglik. Patrz rysunek 1.

Porowatość skurczowa:

- Wykazuje cechy skurczu i porowatości.

- Patrz rysunek 2.

1.2 Porowatość opadowa (porowatość sitowa):

Gazy rozpuszczone w cieczy tworzą pory podczas procesu chłodzenia, gdy ich rozpuszczalność maleje. Pory te często mają kształt okrągły, eliptyczny lub igłowy. Należy pamiętać, że tworzenie się gazu w płynnym żelazie następuje na etapach wytapiania i przetwarzania. Wraz ze wzrostem temperatury ciekłego żelaza wzrasta rozpuszczalność gazów, co powoduje zwiększoną zawartość gazu w wyniku reakcji fizycznych i chemicznych zachodzących w procesie wytapiania. (Obecność gazu w cieczy żelaznej jest konsekwencją reakcji fizykochemicznych, w których biorą udział wszystkie substancje biorące udział w procesie wytapiania).

Charakterystyka porowatości opadowej:

Cechą charakterystyczną jest to, że jest on liczny, rozproszony i stosunkowo równomiernie rozmieszczony na całym lub znacznej części przekroju odlewu. Zobacz rysunek 3.

1.3 Porowatość reakcyjna:

Porowatość powstająca w wyniku reakcji chemicznych pomiędzy roztopionym metalem a powierzchnią styku formy. W tym procesie płynne żelazo przechodzi etap chłodzenia, w wyniku którego gazy zostają uwolnione i uwięzione wyłącznie na powierzchni odlewu.

Charakterystyka porowatości reakcyjnej:

Ten typ porowatości pojawia się głównie na powierzchni odlewu, w odległości około 1-3 mm od powierzchni odlewu. Występuje jako gęsto rozmieszczony wzór małych, blisko siebie rozmieszczonych porów, które stają się bardziej widoczne po obróbce cieplnej i śrutowaniu. Zazwyczaj pory te mają kształt igieł lub kijanek. Nazywa się ją również porowatością podpowierzchniową. Zobacz rysunek 4.

A. Typ żużla środka sferoidyzującego**

Charakterystyka wady: Na powierzchni odlewu pojawiają się kuliste wgłębienia zawierające wtrącenia. Zagłębienia te często występują w pobliżu wewnętrznego układu wlewowego. Skaningowa mikroskopia elektronowa ujawnia nierówne powierzchnie wewnątrz porów. Analiza spektralna zawartości porów wykrywa Si, Mg, Al, Ba i O. Obecność Mg, specyficzna dla środków sferoidyzujących, wskazuje, że wtrącenia są żużlem powstałym w wyniku udziału środków sferoidyzujących. Dziury w gazie CO powstają w wyniku reakcji pomiędzy węglem zawartym w płynnym żelazie i żużlem.

B. Rodzaj żużla wynikający z charakterystyki defektu modyfikatora: Na przekroju poprzecznym widać kilka wgłębień. Skaningowa mikroskopia elektronowa i analiza widmowa ujawniają nierówne powierzchnie wewnętrzne w zagłębieniach, a także obecność Si, Ca, Ba i O we wtrąceniach. Ba jest unikalnym elementem modyfikatora. Wskazuje to, że resztkowy modyfikator krzemowo-żelazowy tworzy żużel, a reakcja pomiędzy węglem w płynnym żelazie i tlenkiem w żużlu prowadzi do wytworzenia gazowego CO, powodując defekty typu pinhole. Przyczyna: Niecałkowite stopienie modyfikatora podczas przepływu powoduje powstawanie żużla. Środki zaradcze: Stosować suche modyfikatory, aby zapobiec rozpryskiwaniu się cieczy żelaznej i powstawaniu porowatości żużla podczas zaszczepiania.

C Wada: Typ wtrąceń żużla i piasku. Wygląd: Liczne wgłębienia na powierzchni odlewu w pobliżu wlewu. Skaningowa mikroskopia elektronowa wykazuje obecność żużla i piasku w zagłębieniach. Analiza spektralna wskazuje na obecność Si, O, Al w piasku oraz pierwiastków takich jak Mg, Ce, Mn w żużlu. Sugeruje to, że defekt powstaje w wyniku interakcji modyfikatora z piaskiem. Rozwiązanie: Zwiększ pole przekroju poprzecznego wlewu i zmniejsz prędkość przepływu w wlewku.

D Wada: Wada formy piaskowej wywołana wilgocią. Wygląd wady: Wgłębienia na powierzchni odlewu po obróbce. Skaningowa mikroskopia elektronowa nie ujawnia żadnych defektów w zagłębieniach. Analiza spektralna pokazuje, że głównymi pierwiastkami są C, O, Si i Fe. Jest to wada otworkowa spowodowana przez parę wodną wytwarzaną z wilgoci w formie mokrej. Rozwiązanie: Zmniejszyć zawartość wilgoci w masie formierskiej, poprawić jej przepuszczalność i zwiększyć udział proszku węglowego w masie formierskiej. Zmniejsz zawartość wilgoci w żywicy w procesie produkcji rdzenia w komorze zimnej.

2.1 Analiza przyczyn inwazyjnej porowatości:

1. Przyczyny inwazyjnej porowatości:

- Nierozsądna konstrukcja systemu nalewania, prowadząca do słabego odprowadzania gazów lub tworzenia się wirów, co skutkuje uwięzieniem gazów podczas zalewania.

- Nadmierna zwartość formy piaskowej, zmniejszająca jej przepuszczalność.

- Nieodpowiednie odprowadzenie gazu z rdzenia piaskowego lub zablokowanie kanałów powietrznych.

- Wysoka zawartość wilgoci w masie formierskiej (rdzeniu). Podczas wilgotnej pogody wilgotne powietrze może zostać wchłonięte przez formę/rdzeń i wejść w reakcję ze stopionym żelazem, powodując wytworzenie dużej ilości gazu uwięzionego we wnęce formy.

- Zanieczyszczenie podłoża rdzenia i żelaza rdzenia olejem.

- Nadmiar substancji lotnych w masie formierskiej.

- Wysoka zawartość azotu w żywicy (N) w piasku powlekanym, prowadząca do rozkładu NH3 i tworzenia gazów N i H.

- Nierówne nalewanie, niedostateczne napełnienie, skutkujące przedostawaniem się dużej ilości gazu.

- Wysoka zawartość gliny w masie formierskiej, słaba przepuszczalność, powodująca powstawanie „pęcherzyków” na powierzchni odlewu, co jest również uznawane za porowatość inwazyjną.

2.2 Analiza przyczyn porowatości:

1. Wysoka zawartość gazu, silna korozja i nadmierny tłuszcz powierzchniowy we wsadzie pieca powodują wyższą zawartość gazu w roztopionym żelazie.

2. Niewystarczające suszenie formy ze stopionego żelaza.

3. Niedostateczne wysuszenie stopu.

4. Krzem i pierwiastki ziem rzadkich we wsadzie pieca mogą z łatwością wytwarzać dziury wodorowe, podczas gdy aluminium lub tlenek glinu mogą wytwarzać gaz.

5. Niska temperatura zalewania, powodująca, że ​​wytworzony gaz nie ma wystarczająco dużo czasu na uniesienie się i ucieczkę.

6. Niestabilne nalewanie.

7. Wysoka temperatura piasku przekraczająca 35 stopni lub wysoka temperatura rdzenia może prowadzić do wchłaniania wilgoci na powierzchni wnęki formy i nadmiernej zawartości wody w warstwie wierzchniej.

8. Porowatość reakcyjna: Gaz powstający w wyniku reakcji chemicznej pomiędzy pierwiastkami chemicznymi roztopionego żelaza a formą/rdzeniem przenika do cieczy. Pory gazu powstają podczas procesu chłodzenia, gdy gaz nie ma wystarczająco dużo czasu na uwolnienie.

9. Wysoka zawartość resztkowa magnezu: Nadmierna zawartość magnezu zwiększa tendencję do absorpcji wodoru przez roztopione żelazo. Resztkowa zawartość magnezu większa niż 0.05% w stopionym żelazie może powodować podskórną porowatość gazową. Żeliwo sferoidalne austenityczne o wysokiej zawartości niklu i resztkowej zawartości magnezu większej niż 0,07% jest bardziej podatne na podskórną porowatość gazową.

10. Niska temperatura zalewania.

11. Wysoka zawartość siarki w roztopionym żelazie: Gdy zawartość siarki przekracza 0,094%, pojawia się podskórna porowatość gazowa, a im wyższa zawartość siarki, tym większa jest podskórna porowatość gazowa.

12. Zawartość pierwiastków ziem rzadkich: Nadmierna zawartość pierwiastków ziem rzadkich zwiększa zawartość tlenków w roztopionym żelazie, co prowadzi do wzrostu liczby obcych jąder pęcherzyków i porowatości gazu podskórnego. Pozostałą zawartość pierwiastków ziem rzadkich należy kontrolować w zakresie 0,043%.

13. Zawartość aluminium: Aluminium w stopionym żelazie jest główną przyczyną porowatości wodorowej w odlewach. Gdy resztkowa zawartość aluminium w żeliwie sferoidalnym typu mokrego mieści się w zakresie od 0.03% do 0,05%, pojawia się podskórna porowatość gazowa.

14. Grubość ścianki odlewu: Odlewy cienkościenne i grubowarstwowe są mniej podatne na podskórną porowatość gazową.

15. Zawartość wilgoci w masie formierskiej: Wraz ze wzrostem zawartości wilgoci wzrasta tendencja żeliwa sferoidalnego do wytwarzania podskórnej porowatości gazowej. Gdy zawartość wilgoci w masie formierskiej jest kontrolowana poniżej 4,8%, stopień porowatości gazu podskórnego zbliża się do zera.

Dodatkowo znaczenie ma również zwartość masy formierskiej i temperatura zalewania.

Opary magnezu ulatniające się ze stopionego żelaza i siarczek magnezu na powierzchni roztopionego żelaza reagują z parą wodną w formie w następujący sposób: Mg + H2O → MgO + 2[H] i MgS + H2O → MgO + H2O. Wytworzony wodór, tlenek magnezu i gazy siarczku magnezu mogą potencjalnie przedostać się do odlewu przez powierzchnię roztopionego żelaza.

3. Metody zapobiegania defektom porowatości:

1. Przed użyciem dokładnie oczyść wsad pieca, aby usunąć nadmierną zawartość gazu, silną korozję i tłuszcz powierzchniowy.

2. Ściśle kontroluj temperaturę stopionego żelaza po wyjęciu z pieca i podczas zalewania. Unikać zbyt niskich temperatur zalewania.

3. Całkowicie osusz tygiel pieca, kadź i formę roztopionego żelaza. Przed użyciem rozgrzej chochelkę.

4. Odpowiednio podgrzać środki sferoidyzujące i modyfikatory, aby zmniejszyć ilość gazu wprowadzanego przez pierwiastki ziem rzadkich i żelazokrzem.

5. Prawidłowo zaprojektuj system nalewania, aby zapewnić płynne odpowietrzanie wnętrza formy i stały przepływ do gniazda.

6. Dbać o równomierną zwartość masy formierskiej, unikając nadmiernego dokręcania.

7. Odpowiednio zmniejszyć zawartość gliny w masie rdzeniowej i zwiększyć jej przepuszczalność.

8. Zapewnij odpowiednią wentylację rdzenia piaskowego i uszczelnij szczeliny pomiędzy rdzeniami, aby zapobiec przedostawaniu się stopionego żelaza i blokowaniu kanałów powietrznych.

9. Ustaw piony lub otwory wentylacyjne w najwyższych punktach odlewu. Podczas zalewania dużych odlewów należy zwrócić uwagę na odpowietrzenie.

10. W przypadku dużych, płaskich odlewów lekko przechylić odlew, z otworami wentylacyjnymi umieszczonymi nieco wyżej, aby ułatwić odpowietrzanie.

11. Wysuszyć i oczyścić koronki i drzazgi, upewniając się, że są wolne od rdzy i zanieczyszczeń olejowych.

12. Zmniejszyć wilgotność masy formierskiej, utworzyć szczeliny wentylacyjne na powierzchniach podziału iw razie potrzeby zwiększyć ilość dodawanego miału węglowego.

13. Odpowiednio zmniejszyć zawartość spoiwa. W przypadku dużych odlewów należy dodać materiały zwiększające przepuszczalność, takie jak trociny.

14. Użyj okrągłych ziaren piasku, aby zwiększyć przepuszczalność.

15. Zmniejszyć resztkową zawartość magnezu, zapewniając jednocześnie odpowiednią nodularyzację. Zminimalizuj zawartość siarki w pierwotnym stopionym żelazie.

16. Kontroluj temperaturę piasku i wylewaj go jak najszybciej po zamknięciu formy.

17. Używaj rdzeni z suszonego piasku i zapobiegaj wchłanianiu wilgoci wewnątrz formy. Nie stosować rdzeni piaskowych o dużej absorpcji wilgoci.

18. Natryskiwać materiały zawierające węgiel, takie jak olej wlewkowy, na powierzchnię formy, aby wytworzyć atmosferę redukującą pomiędzy roztopionym żelazem a powierzchnią styku formy. Posypanie niewielką ilością proszku fluorytu lub fluorku sodu na styku roztopionego żelaza i formy może zmniejszyć lub wyeliminować porowatość podskórną.

19. W przypadku deszczowej pogody odpowiednio zwiększyć temperaturę zalewania.

20. Zmniejsz wtrącenia siarczku magnezu. Użyj surówki o niskiej zawartości siarki lub dodaj niewielką ilość sody kalcynowanej podczas obróbki sferoidyzacji w celu odsiarczenia. Po sferoidyzacji należy kilkakrotnie odtłuszczyć żużel i pozostawić go na chwilę, aby umożliwić wypłynięcie żużla MgS.

21. Kontroluj temperaturę zalewania. W przypadku odlewów cienkościennych temperatura nie powinna być niższa niż 1320 stopni; w przypadku odlewów o średniej grubości ścianki nie powinna być mniejsza niż 1300 stopni; w przypadku elementów grubościennych, takich jak płyty prowadzące, nie powinna być mniejsza niż 1280 stopni. Jeszcze wyższe temperatury wymagają żeliwa krzemowo-molibdenowego i austenitycznego żeliwa sferoidalnego o wysokiej zawartości niklu.