1. Klassificering och egenskaper hos porositetsdefekter
1.1. Påträngande porositet (lokaliserad porositet):
Under värmebehandlingen av den smälta metallen infiltrerar gaser som genereras av formen (eller kärnan) in i järnvätskan, vilket resulterar i lokal porositet i vissa områden av gjutgodset under kylningsprocessen. Det bör betonas att växelverkan mellan den smälta metallen och formen/kärnan endast sker under gjutning, vilket tillåter gaser som produceras av formen/kärnan vid höga temperaturer att infiltrera i järnvätskan. (Fysisk reaktion)
◆Funktioner för inträngande porositet:
- Visar sig som lokaliserad porositet som förekommer i specifika områden av gjutgodset.
- Ytan på porerna är relativt slät och uppträder som individuella eller bikakeformade hålrum.
- Färgen på porerna är vit eller kan ha ett mörkt lager, ibland täckt med en oxiderad hud.
- När det gäller nodulärt/komprimerat grafitjärn kan det avge en lukt som påminner om karbid. Se figur 1.
Krympporositet:
- Uppvisar egenskaper som krympning och porositet.
- Se bild 2.
1.2 Nederbördsporositet (silliknande porositet):
Gaser lösta i vätskan bildar porer under kylningsprocessen när deras löslighet minskar. Dessa porer har ofta cirkulära, elliptiska eller nålliknande former. Det är viktigt att notera att gasbildning i järnvätskan sker under smältnings- och bearbetningsstegen. När temperaturen på järnvätskan stiger ökar gasernas löslighet, vilket resulterar i en ökad gashalt på grund av fysikaliska och kemiska reaktioner under smältningsprocessen. (Närvaron av gas i järnvätskan är en konsekvens av de fysikaliska och kemiska reaktionerna som involverar alla ämnen som deltar i smältningsprocessen).
Karakteristika för nederbördsporositet:
Det karakteristiska särdraget är att det är talrik, spridd och relativt jämnt fördelad över hela eller en betydande del av gjutstyckets tvärsnitt. Se figur 3.
1.3 Reaktionsporositet:
Porositet genererad som en konsekvens av kemiska reaktioner mellan den smälta metallen och formgränsytan. I denna process genomgår järnvätskan ett avkylningssteg, vilket gör att gaserna frigörs och fångas enbart på gjutgodsytan.
Egenskaper för reaktionsporositet:
Denna typ av porositet uppträder huvudsakligen på gjutstyckets yta, cirka 1-3 mm från gjutytan. Det presenterar sig som ett tätt fördelat mönster av små, tätt åtskilda porer, som blir tydligare efter värmebehandling och kulblästring. Typiskt uppvisar dessa porer en nålliknande eller grodyngelliknande form. Det är också känt som porositet under ytan. Se figur 4.
A. Sfäroidiseringsmedel slaggtyp**
Defektegenskaper: Sfäriska fördjupningar uppstår på gjutytan, som innehåller inneslutningar. Dessa fördjupningar förekommer ofta nära det inre grindsystemet. Svepelektronmikroskopi avslöjar ojämna ytor inuti porerna. Spektralanalys av porinnehållet detekterar Si, Mg, Al, Ba och O. Närvaron av Mg, som är specifik för sfäroidiseringsmedel, indikerar att inneslutningarna är slagg som bildas genom deltagande av sfäroidiseringsmedel. CO-gaspinhål är resultatet av reaktionen mellan kol i järnvätskan och slagg.
B. Slaggtyp till följd av inokulantdefektegenskaper: Tvärsnittet visar flera fördjupningar. Svepelektronmikroskopi och spektralanalys avslöjar ojämna inre ytor i fördjupningarna, tillsammans med närvaron av Si, Ca, Ba och O i inneslutningarna. Ba är ett unikt inslag i ympmedlet. Detta indikerar att resterande kisel-järn ympmedel bildar slagg, och reaktionen mellan kol i järnvätskan och oxiden i slaggen leder till generering av CO-gas, vilket orsakar pinhole-defekter. Orsak: Ofullständig smältning av ympmedlet under flöde resulterar i slaggbildning. Motåtgärder: Använd torra ympmedel för att förhindra stänk av järnvätskan och slaggporositet under ympningen.
C Defekt: Slagg och sandinneslutning Typ Defekt Utseende: Flera fördjupningar på ytan av gjutgodset nära inloppet. Svepelektronmikroskopi visar närvaron av slagg och sand i fördjupningarna. Spektralanalys indikerar närvaron av Si, O, Al i sanden och element som Mg, Ce, Mn i slaggen. Detta tyder på att defekten bildas på grund av interaktionen mellan ympmedlet och sanden. Lösning: Öka inloppskanalens tvärsnittsarea och minska flödeshastigheten i inloppet.
D Defekt: Fuktinducerad sandmögeldefekt Defekt Utseende: Fördjupningar på gjutgodsytan efter bearbetning. Svepelektronmikroskopi avslöjar inga defekter i fördjupningarna. Spektralanalys visar att huvudelementen är C, O, Si och Fe. Detta är en pinhole-defekt som orsakas av vattenånga som genereras av fukt i våtformen. Lösning: Minska fukthalten i formsanden, förbättra permeabiliteten för formsanden och öka andelen kolpulver i formsanden. Minska hartsets fukthalt i tillverkningsprocessen för kylboxens kärna.
2.1 Analys av orsaker till invasiv porositet:
1. Orsaker till invasiv porositet:
- Orimlig utformning av hällsystemet, vilket leder till dåliga gasavgaser eller virvelbildning, vilket resulterar i instängda gaser under hällning.
- Överdriven kompakthet av sandformen, vilket minskar dess permeabilitet.
- Otillräcklig gasventilation i sandkärnan eller blockering av luftkanalerna.
- Hög fukthalt i formsanden (kärna). Under fuktiga väderförhållanden kan den fuktiga luften absorberas av formen/kärnan och reagera med det smälta järnet, vilket resulterar i att en stor mängd gas fångas i formhåligheten.
- Kontaminering av kärnstödet och kärnjärnet med olja.
- För mycket flyktiga ämnen i formsanden.
- Hög kvävehalt (N) av harts i belagd sand, vilket leder till nedbrytning av NH3 och bildning av N- och H-gaser.
- Ojämn hällning, otillräcklig fyllning, vilket resulterar i att en stor mängd gas tränger in.
- Hög lerhalt i formsanden, dålig permeabilitet, orsakar "blåshål" på ytan av gjutgodset, vilket också betraktas som invasiv porositet.
2.2 Analys av orsakerna till porositet:
1. Högt gasinnehåll, kraftig korrosion och överdrivet ytfett i ugnsladdningen resulterar i en högre gashalt i det smälta järnet.
2. Otillräcklig torkning av den smälta järnformen.
3. Otillräcklig torkning av legeringen.
4. Kisel och sällsynta jordartsmetaller i ugnsladdningen kan lätt generera vätgashål, medan aluminium eller aluminiumoxid kan generera gas.
5. Låg hälltemperatur, vilket gör att den genererade gasen inte har tillräckligt med tid för att stiga och fly.
6. Instabil hällning.
7. Hög sandtemperatur som överstiger 35 grader eller hög kärntemperatur kan leda till fuktabsorption på formhålans yta och för högt vatteninnehåll i ytskiktet.
8. Reaktionsporositet: Gas som produceras från den kemiska reaktionen mellan de kemiska elementen i det smälta järnet och formen/kärnan infiltrerar in i vätskan. Gasporerna bildas under kylningsprocessen när gasen inte hinner släppas ut.
9. Hög kvarvarande magnesiumhalt: För hög magnesiumhalt förvärrar väteabsorptionstendensen hos det smälta järnet. Resterande magnesiumhalt större än 0.05 % i det smälta järnet kan orsaka subkutan gasporositet. Austenitiskt segjärn med hög nickelhalt och kvarvarande magnesiuminnehåll större än 0,07 % är mer benägna att få subkutan gasporositet.
10. Låg hälltemperatur.
11. Hög svavelhalt i det smälta järnet: När svavelhalten överstiger 0.094 % uppstår subkutan gasporositet, och ju högre svavelhalten är, desto svårare blir den subkutana gasporositeten.
12. Innehåll av sällsynta jordartsmetaller: För högt innehåll av sällsynta jordartsmetaller ökar oxidhalten i det smälta järnet, vilket leder till en ökning av främmande bubbelkärnor och subkutan gasporositet. Det kvarvarande innehållet av sällsynta jordartsmetaller bör kontrolleras inom 0,043 %.
13. Aluminiuminnehåll: Aluminium i det smälta järnet är den främsta orsaken till vätgasporositet i gjutgods. När den kvarvarande aluminiumhalten i segjärn av våt typ är mellan 0.03 % och 0,05 %, uppstår subkutan gasporositet.
14. Gjutgodstjocklek: Tunnväggiga och tjocka gjutgods är mindre benägna att få subkutan gasporositet.
15. Fukthalt i formsand: Med en ökning av fukthalten ökar tendensen hos nodulärt gjutjärn att producera subkutan gasporositet. När fukthalten i formsanden kontrolleras under 4,8 %, närmar sig den subkutana gasporositeten noll.
Dessutom spelar formsandens kompakthet och gjuttemperatur också en roll.
Magnesiumånga som läcker ut från det smälta järnet och magnesiumsulfiden på ytan av det smälta järnet reagerar med vattenångan i formen enligt följande: Mg + H2O → MgO + 2[H] och MgS + H2O → MgO + H2O. De genererade väte-, magnesiumoxid- och magnesiumsulfidgaserna kan potentiellt infiltrera in i gjutgodset genom ytan av det smälta järnet.
3. Metoder för att förhindra porositetsdefekter:
1. Rengör ugnsladdningen noggrant för att ta bort överdriven gashalt, kraftig korrosion och ytfett före användning.
2. Kontrollera noggrant temperaturen på det smälta järnet när det tas ut ur ugnen och under hällning. Undvik för låga hälltemperaturer.
3. Torka ugnsdegeln, skänken och den smälta järnformen helt. Förvärm skänken före användning.
4. Förvärm sfäroidiseringsmedel och ympmedel tillräckligt för att minska mängden gas som introduceras av sällsynta jordartsmetaller och ferrokisel.
5. Konstruera hällsystemet på rätt sätt för att säkerställa jämn ventilering inuti formkaviteten och ett jämnt flöde in i kaviteten.
6. Säkerställ enhetlig kompakthet hos formsanden, undvik överdriven täthet.
7. Minska lerhalten i kärnsanden på lämpligt sätt och öka dess permeabilitet.
8. Se till att sandkärnan ventileras ordentligt och täta mellanrummen mellan kärnorna för att förhindra att smält järn kommer in i och blockerar luftpassagerna.
9. Ställ in stigare eller ventiler på de högsta punkterna av gjutgodset. Var uppmärksam på ventilering vid gjutning av stora gjutgods.
10. Luta gjutstycket något för stora platta gjutgods, med ventilationshålen placerade något högre för att underlätta ventileringen.
11. Torka och rengör chaplets och frossa, se till att de är fria från rost och oljeföroreningar.
12. Minska fukthalten i formsanden, skapa ventilationsöppningar på skiljeytorna och öka mängden kolpulver som tillsätts vid behov.
13. Minska bindemedelsinnehållet på lämpligt sätt. För stora gjutgods, lägg till material som ökar permeabiliteten, såsom sågspån.
14. Använd runda sandkorn för att förbättra permeabiliteten.
15. Minska kvarvarande magnesiumhalt samtidigt som du säkerställer korrekt nodularisering. Minimera svavelhalten i det ursprungliga smältjärnet.
16. Kontrollera sandtemperaturen och häll så snart som möjligt efter att du har stängt formen.
17. Använd torkade sandkärnor och förhindra fuktupptagning inuti formen. Använd inte sandkärnor med kraftig fuktupptagning.
18. Spraya kolhaltiga material som götolja på formytan för att skapa en reducerande atmosfär mellan det smälta järnet och formgränsytan. Strö en liten mängd flusspatpulver eller natriumfluorid på gränsytan mellan smält järn och mögel kan minska eller eliminera subkutan porositet.
19. Öka hälltemperaturen på lämpligt sätt i regnigt väder.
20. Minska magnesiumsulfidinneslutningar. Använd lågsvavligt tackjärn eller tillsätt en liten mängd soda under sfäroidiseringsbehandlingen för avsvavling. Efter sfäroidisering, skumma slagg flera gånger och låt den stå en kort stund så att MgS-slagg kan flyta upp.
21. Kontrollera hälltemperaturen. För tunnväggiga gjutgods bör temperaturen inte vara lägre än 1320 grader; för gjutgods med medeltjocklek bör den inte vara mindre än 1300 grader; för tjockväggiga komponenter som styrplattor bör den inte vara mindre än 1280 grader . Kiselmolybdengjutjärn och austenitiskt segjärn med hög nickelhalt kräver ännu högre temperaturer.