1. Klasifikacija i karakteristike nedostataka poroznosti
1.1. Intruzivna poroznost (lokalizirana poroznost):
Tijekom toplinske obrade rastaljenog metala, plinovi koje stvara kalup (ili jezgra) infiltriraju se u tekućinu željeza, što rezultira lokaliziranom poroznošću u određenim područjima odljevka tijekom procesa hlađenja. Treba naglasiti da se interakcija između rastaljenog metala i kalupa/jezgre događa samo tijekom lijevanja, dopuštajući plinovima koje proizvodi kalup/jezgra na visokim temperaturama da se infiltriraju u željeznu tekućinu. (fizička reakcija)
◆Značajke ulazne poroznosti:
- Manifestira se kao lokalizirana poroznost koja se javlja u određenim područjima odljevka.
- Površina pora je relativno glatka, predstavlja pojedinačne ili saćaste šupljine.
- Boja pora je bijela ili može imati tamni sloj, povremeno prekriven oksidiranom kožom.
- U slučaju nodularnog/zbijenog grafitnog željeza, ono može ispuštati miris koji podsjeća na karbid. Pogledajte sliku 1.
Poroznost skupljanja:
- Pokazuje karakteristike skupljanja i poroznosti.
- Pogledajte sliku 2.
1.2 Precipitacijska poroznost (sitasta poroznost):
Plinovi otopljeni u tekućini stvaraju pore tijekom procesa hlađenja jer se njihova topljivost smanjuje. Ove pore često imaju kružni, eliptični ili igličasti oblik. Bitno je napomenuti da se stvaranje plina u tekućini željeza događa tijekom faza taljenja i obrade. Kako temperatura željezne tekućine raste, topljivost plinova se povećava, što rezultira povećanim sadržajem plina zbog fizičkih i kemijskih reakcija tijekom procesa taljenja. (Prisutnost plina unutar tekućine željeza posljedica je fizičkih i kemijskih reakcija koje uključuju sve tvari koje sudjeluju u procesu taljenja).
Karakteristike oborinske poroznosti:
Karakteristično je da je brojan, raspršen i relativno ravnomjerno raspoređen po cijelom ili značajnom dijelu presjeka odljevka. Pogledajte sliku 3.
1.3 Reakcijska poroznost:
Poroznost nastala kao posljedica kemijskih reakcija između rastaljenog metala i površine kalupa. U ovom procesu, tekućina željeza prolazi fazu hlađenja, uzrokujući oslobađanje plinova i njihovo zadržavanje isključivo na površini odljevka.
Karakteristike reakcijske poroznosti:
Ova vrsta poroznosti uglavnom se pojavljuje na površini odljevka, oko 1-3 mm od površine odljevka. Predstavlja se kao gusto raspoređeni uzorak malih, blisko raspoređenih pora, koje postaju vidljivije nakon toplinske obrade i pjeskarenja. Tipično, te pore imaju oblik poput igle ili punoglavca. Također je poznata kao podpovršinska poroznost. Pogledajte sliku 4.
A. Vrsta šljake sferoidizirajućeg sredstva**
Karakteristike kvara: Na površini odljevka pojavljuju se sferna udubljenja koja sadrže uključke. Ova udubljenja često se javljaju u blizini unutarnjeg sustava vrata. Pretražna elektronska mikroskopija otkriva neravne površine unutar pora. Spektralna analiza sadržaja pora otkriva Si, Mg, Al, Ba i O. Prisutnost Mg, koji je specifičan za sferoidizatore, ukazuje da su uključci troska nastala sudjelovanjem sferoidizatora. Iglene rupice u plinu CO rezultat su reakcije između ugljika u tekućini željeza i troske.
B. Vrsta troske koja je rezultat oštećenja inokulanta Karakteristike: Poprečni presjek prikazuje nekoliko udubljenja. Skenirajuća elektronska mikroskopija i spektralna analiza otkrivaju neravne unutarnje površine unutar udubljenja, zajedno s prisutnošću Si, Ca, Ba i O u inkluzijama. Ba je jedinstveni element cjepiva. To ukazuje da zaostali silicij-željezni inokulant stvara trosku, a reakcija između ugljika u tekućini željeza i oksida u troski dovodi do stvaranja plina CO, uzrokujući rupice. Uzrok: Nepotpuno topljenje inokulanta tijekom protoka rezultira stvaranjem troske. Protumjere: Koristite suhe inokulante kako biste spriječili prskanje željezne tekućine i poroznost troske tijekom inokulacije.
C Greška: Vrsta inkluzije troske i pijeska Izgled greške: Višestruka udubljenja na površini odljevka u blizini cijevi. Pretražna elektronska mikroskopija pokazuje prisutnost troske i pijeska unutar udubljenja. Spektralna analiza ukazuje na prisutnost Si, O, Al u pijesku, te elemenata poput Mg, Ce, Mn u troski. To sugerira da je defekt nastao zbog interakcije između inokulanta i pijeska. Rješenje: Povećajte površinu poprečnog presjeka kanala i smanjite brzinu protoka u kanalu.
D Defekt: Defekt pješčanog kalupa izazvan vlagom Defekt Izgled: Udubljenja na površini odljevka nakon strojne obrade. Pretražna elektronska mikroskopija ne otkriva nikakve nedostatke unutar udubljenja. Spektralna analiza pokazuje da su glavni elementi C, O, Si i Fe. Ovo je defekt rupice uzrokovan vodenom parom koja nastaje iz vlage u mokrom kalupu. Rješenje: Smanjite sadržaj vlage u kalupnom pijesku, poboljšajte propusnost kalupnog pijeska i povećajte udio ugljenog praha u kalupnom pijesku. Smanjite sadržaj vlage u smoli u procesu proizvodnje jezgre hladne kutije.
2.1 Analiza uzroka invazivne poroznosti:
1. Razlozi invazivne poroznosti:
- Nerazuman dizajn sustava za izlijevanje, što dovodi do lošeg ispuštanja plinova ili stvaranja vrtloga, što rezultira zarobljenim plinovima tijekom izlijevanja.
- Pretjerana zbijenost pješčanog kalupa, smanjujući njegovu propusnost.
- Neadekvatno ispuštanje plina u jezgru pijeska ili začepljenje zračnih prolaza.
- Visok sadržaj vlage u kalupnom pijesku (jezgri). Tijekom vlažnih vremenskih uvjeta, vlažan zrak može apsorbirati kalup/jezgra i reagirati s rastaljenim željezom, što rezultira stvaranjem velike količine plina zarobljenog u šupljini kalupa.
- Onečišćenje nosača jezgre i željeza jezgre uljem.
- Prekomjerne hlapljive tvari prisutne u kalupnom pijesku.
- Visok sadržaj smole dušika (N) u obloženom pijesku, što dovodi do razgradnje NH3 i stvaranja N i H plinova.
- Neravnomjerno ulijevanje, nedovoljno punjenje, što rezultira ulaskom velike količine plina.
- Visok sadržaj gline u kalupnom pijesku, slaba propusnost, što uzrokuje "rupe" na površini odljevka, što se također smatra invazivnom poroznošću.
2.2 Analiza uzroka poroznosti:
1. Visoki sadržaj plina, jaka korozija i prekomjerna površinska masnoća u šarži peći rezultiraju višim sadržajem plina u rastaljenom željezu.
2. Nedovoljno sušenje rastaljenog željeznog kalupa.
3. Nedovoljno sušenje legure.
4. Silicij i elementi rijetke zemlje u punjenju peći mogu lako stvoriti rupe za vodik, dok aluminij ili glinica mogu generirati plin.
5. Niska temperatura izlijevanja, zbog čega generirani plin nema dovoljno vremena da se podigne i pobjegne.
6. Nestabilno izlijevanje.
7. Visoka temperatura pijeska iznad 35 stupnjeva ili visoka temperatura jezgre može dovesti do upijanja vlage na površini šupljine kalupa i prekomjernog sadržaja vode u površinskom sloju.
8. Reakcijska poroznost: Plin proizveden iz kemijske reakcije između kemijskih elemenata rastaljenog željeza i kalupa/jezgre infiltrira se u tekućinu. Plinske pore nastaju tijekom procesa hlađenja kada plin nema dovoljno vremena da se oslobodi.
9. Visok sadržaj zaostalog magnezija: Pretjerani sadržaj magnezija pogoršava tendenciju apsorpcije vodika rastaljenog željeza. Preostali sadržaj magnezija veći od 0.05% u rastaljenom željezu može uzrokovati poroznost potkožnog plina. Austenitno nodularno željezo s visokim sadržajem nikla s udjelom zaostalog magnezija većim od 0,07% sklonije je poroznosti potkožnog plina.
10. Niska temperatura izlijevanja.
11. Visok sadržaj sumpora u rastaljenom željezu: Kada sadržaj sumpora premaši 0.094%, javlja se poroznost potkožnog plina, a što je veći sadržaj sumpora, to je poroznost potkožnog plina ozbiljnija.
12. Sadržaj rijetkih zemalja: Pretjerani sadržaj rijetkih zemalja povećava sadržaj oksida u rastaljenom željezu, što dovodi do povećanja stranih jezgri mjehurića i poroznosti potkožnog plina. Preostali sadržaj rijetke zemlje treba kontrolirati unutar 0.043%.
13. Sadržaj aluminija: Aluminij u rastaljenom željezu je glavni uzrok poroznosti plinovitog vodika u odljevcima. Kada je sadržaj zaostalog aluminija u mokrom nodularnom livu između 0.03% i 0,05%, javlja se potkožna plinska poroznost.
14. Debljina stjenke odljevka: Odljevci s tankim stijenkama i debelim presjecima manje su skloni potkožnoj plinskoj poroznosti.
15. Sadržaj vlage u kalupnom pijesku: S povećanjem sadržaja vlage, povećava se tendencija nodularnog lijeva da stvara potkožnu plinsku poroznost. Kada se sadržaj vlage u kalupnom pijesku kontrolira ispod 4,8%, stopa poroznosti potkožnog plina približava se nuli.
Dodatno, kompaktnost kalupnog pijeska i temperatura izlijevanja također igraju važnu ulogu.
Magnezijeva para koja izlazi iz rastaljenog željeza i magnezijev sulfid na površini rastaljenog željeza reagiraju s vodenom parom u kalupu na sljedeći način: Mg + H2O → MgO + 2[H] i MgS + H2O → MgO + H2O. Stvoreni plinovi vodik, magnezijev oksid i magnezijev sulfid mogu se potencijalno infiltrirati u odljevak kroz površinu rastaljenog željeza.
3. Metode za sprječavanje nedostataka poroznosti:
1. Prije upotrebe temeljito očistite punjenje peći kako biste uklonili prekomjerni sadržaj plina, jaku koroziju i površinsku masnoću.
2. Strogo kontrolirati temperaturu rastaljenog željeza pri vađenju iz peći i tijekom lijevanja. Izbjegavajte preniske temperature izlijevanja.
3. Potpuno osušite lončić peći, kutlaču i kalup rastaljenog željeza. Zagrijte kutlaču prije upotrebe.
4. Prethodno zagrijte sredstva za sferoidizaciju i inokulante na odgovarajući način kako biste smanjili količinu plina koju uvode rijetke zemlje i ferosilicij.
5. Ispravno projektirajte sustav za izlijevanje kako biste osigurali glatko odzračivanje unutar šupljine kalupa i stabilan protok u šupljinu.
6. Osigurajte jednoliku zbijenost kalupnog pijeska, izbjegavajući pretjeranu nepropusnost.
7. Na odgovarajući način smanjite sadržaj gline u pijesku jezgre i povećajte njegovu propusnost.
8. Osigurajte ispravnu ventilaciju pješčane jezgre i zatvorite praznine između jezgri kako biste spriječili ulazak rastaljenog željeza i blokiranje zračnih prolaza.
9. Postavite uspone ili ventilacijske otvore na najviše točke odljevka. Pazite na odzračivanje tijekom lijevanja velikih odljevaka.
10. Lagano nagnite odljevak za velike ravne odljevke, s otvorima za ventilaciju postavljenim malo više kako bi se olakšalo ventiliranje.
11. Osušite i očistite kaplete i hladnjake, pazeći da na njima nema hrđe i ulja.
12. Smanjite sadržaj vlage u kalupnom pijesku, napravite otvore za ventilaciju na površinama za razdvajanje i povećajte količinu dodanog ugljenog praha ako je potrebno.
13. Na odgovarajući način smanjite sadržaj veziva. Za velike odljevke dodajte materijale koji povećavaju propusnost, poput piljevine.
14. Koristite okrugla zrnca pijeska za povećanje propusnosti.
15. Smanjite sadržaj zaostalog magnezija uz osiguravanje pravilne nodularizacije. Smanjite sadržaj sumpora u izvornom rastaljenom željezu.
16. Kontrolirajte temperaturu pijeska i sipajte što je prije moguće nakon zatvaranja kalupa.
17. Koristite osušene pješčane jezgre i spriječite upijanje vlage unutar kalupa. Nemojte koristiti pješčane jezgre s jakim upijanjem vlage.
18. Raspršite materijale koji sadrže ugljik kao što je ingot ulje na površinu kalupa kako biste stvorili reducirajuću atmosferu između rastaljenog željeza i površine kalupa. Posipanjem male količine praha fluorita ili natrijevog fluorida na dodir rastaljenog željeza i kalupa može se smanjiti ili eliminirati potkožna poroznost.
19. Povećajte temperaturu izlijevanja na odgovarajući način po kišnom vremenu.
20. Smanjite inkluzije magnezijevog sulfida. Koristite sirovo željezo s niskim sadržajem sumpora ili dodajte malu količinu natrijevog pepela tijekom tretmana sferoidizacijom za odsumporavanje. Nakon sferoidizacije više puta skinite trosku i pustite da kratko odstoji kako bi MgS troska isplivala.
21. Kontrolirajte temperaturu izlijevanja. Za odljevke s tankim stijenkama temperatura ne smije biti niža od 1320 stupnjeva; za odljevke srednje debljine stijenke, ne smije biti manji od 1300 stupnjeva; za komponente debelih stijenki kao što su vodeće ploče, ne smije biti manji od 1280 stupnjeva. Silicij-molibden lijevano željezo i austenitno nodularno željezo s visokim sadržajem nikla zahtijevaju još više temperature.