1. Klasifikácia a charakteristika defektov pórovitosti
1.1. Intruzívna pórovitosť (lokalizovaná pórovitosť):
Počas tepelného spracovania roztaveného kovu plyny generované formou (alebo jadrom) infiltrujú do železnej kvapaliny, čo vedie k lokalizovanej pórovitosti v určitých oblastiach odliatku počas procesu chladenia. Malo by sa zdôrazniť, že k interakcii medzi roztaveným kovom a formou/jadrom dochádza len počas odlievania, čo umožňuje plynom produkovaným formou/jadrom pri vysokých teplotách infiltrovať do železnej kvapaliny. (Fyzická reakcia)
◆Vlastnosti pórovitosti vniknutia:
- Prejavuje sa ako lokalizovaná pórovitosť vyskytujúca sa v špecifických oblastiach odliatku.
- Povrch pórov je relatívne hladký, prejavuje sa ako jednotlivé alebo voštinové dutiny.
- Farba pórov je biela alebo môže mať tmavú vrstvu, občas pokrytú zoxidovanou šupkou.
- V prípade tvárneného/zhutneného grafitového železa môže vydávať zápach pripomínajúci karbid. Pozri obrázok 1.
Poréznosť zmršťovania:
- Vykazuje vlastnosti zmršťovania a pórovitosti.
- Pozrite si obrázok 2.
1.2 Pórovitosť zrážok (pórovitosť podobná situ):
Plyny rozpustené v kvapaline vytvárajú počas chladiaceho procesu póry, pretože ich rozpustnosť klesá. Tieto póry majú často kruhový, eliptický alebo ihličkovitý tvar. Je dôležité poznamenať, že k tvorbe plynu v železnej kvapaline dochádza počas fáz tavenia a spracovania. Keď teplota tekutého železa stúpa, zvyšuje sa rozpustnosť plynov, čo vedie k zvýšenému obsahu plynu v dôsledku fyzikálnych a chemických reakcií počas procesu tavenia. (Prítomnosť plynu v železnej kvapaline je dôsledkom fyzikálnych a chemických reakcií zahŕňajúcich všetky látky zúčastňujúce sa procesu tavenia).
Charakteristika pórovitosti zrážok:
Charakteristickým znakom je, že je početný, rozptýlený a relatívne rovnomerne rozmiestnený po celom alebo významnej časti prierezu odliatku. Pozri obrázok 3.
1.3 Pórovitosť reakcie:
Pórovitosť vytvorená v dôsledku chemických reakcií medzi roztaveným kovom a rozhraním formy. V tomto procese železná kvapalina prechádza fázou ochladzovania, čo spôsobuje, že sa plyny uvoľňujú a zachytávajú výlučne na povrchu odliatku.
Charakteristiky reakčnej pórovitosti:
Tento typ pórovitosti sa vyskytuje prevažne na povrchu odliatku, približne 1-3 mm od povrchu odliatku. Prejavuje sa ako husto rozmiestnený vzor malých, tesne umiestnených pórov, ktoré sú zreteľnejšie po tepelnom spracovaní a otryskaní. Typicky majú tieto póry ihličkovitý alebo pulcovitý tvar. Je tiež známa ako podpovrchová pórovitosť. Pozri obrázok 4.
A. Typ trosky sferoidizačného činidla**
Charakteristika defektu: Na povrchu odliatku sa objavujú guľovité priehlbiny obsahujúce inklúzie. Tieto priehlbiny sa často vyskytujú v blízkosti systému vnútorných vrát. Skenovacia elektrónová mikroskopia odhaľuje nerovné povrchy vo vnútri pórov. Spektrálna analýza obsahu pórov deteguje Si, Mg, Al, Ba a O. Prítomnosť Mg, ktorá je špecifická pre sféroidizačné činidlá, naznačuje, že inklúzie sú troska vytvorená za účasti sféroidizačných činidiel. Dierky v plyne CO sú výsledkom reakcie medzi uhlíkom v železnej kvapaline a troskou.
B. Typ trosky vyplývajúci z charakteristík defektu očkovacej látky: Prierez vykazuje niekoľko priehlbín. Skenovacia elektrónová mikroskopia a spektrálna analýza odhaľujú nerovnomerné vnútorné povrchy v priehlbinách spolu s prítomnosťou Si, Ca, Ba a O v inklúziách. Ba je jedinečný prvok očkovacej látky. To naznačuje, že zvyškové očkovacie činidlo na báze kremíka a železa vytvára trosku a reakcia medzi uhlíkom v železnej kvapaline a oxidom v troske vedie k tvorbe plynu CO, čo spôsobuje dierkové defekty. Príčina: Neúplné roztavenie očkovacej látky počas toku vedie k tvorbe trosky. Protiopatrenia: Použite suché očkovacie látky, aby ste zabránili striekaniu železnej kvapaliny a pórovitosti trosky počas očkovania.
Chyba C: Typ s inklúziou trosky a piesku Vzhľad chyby: Viacnásobné priehlbiny na povrchu odliatku v blízkosti vtokového kanála. Skenovacia elektrónová mikroskopia ukazuje prítomnosť trosky a piesku v priehlbinách. Spektrálna analýza indikuje prítomnosť Si, O, Al v piesku a prvkov ako Mg, Ce, Mn v troske. To naznačuje, že defekt je vytvorený v dôsledku interakcie medzi očkovacou látkou a pieskom. Riešenie: Zväčšite plochu prierezu kanála vtokového kanála a znížte rýchlosť prúdenia v kanáli.
D Defekt: Defekt pieskovej formy vyvolaný vlhkosťou Vzhľad chyby: Preliačiny na povrchu odliatku po opracovaní. Skenovacia elektrónová mikroskopia neodhalila žiadne defekty v priehlbinách. Spektrálna analýza ukazuje, že hlavnými prvkami sú C, O, Si a Fe. Ide o dierkovú chybu spôsobenú vodnou parou generovanou z vlhkosti vo forme mokrého typu. Riešenie: Znížte obsah vlhkosti v formovacom piesku, zlepšite priepustnosť formovacieho piesku a zvýšte podiel uhoľného prášku v formovacom piesku. Znížte obsah vlhkosti živice v procese výroby jadra chladiaceho boxu.
2.1 Analýza príčin invazívnej pórovitosti:
1. Dôvody invazívnej pórovitosti:
- Nerozumná konštrukcia nalievacieho systému, ktorá vedie k slabému odvádzaniu plynu alebo tvorbe vírov, čo vedie k zachyteniu plynov počas nalievania.
- Prílišná kompaktnosť pieskovej formy, znižujúca jej priepustnosť.
- Nedostatočné odvetrávanie plynu v pieskovom jadre alebo upchatie vzduchových kanálov.
- Vysoký obsah vlhkosti vo formovacom piesku (jadre). Počas vlhkých poveternostných podmienok môže byť vlhký vzduch absorbovaný formou/jadrom a reagovať s roztaveným železom, čo vedie k vytvoreniu veľkého množstva plynu, ktorý sa zachytí v dutine formy.
- Znečistenie nosiča jadra a železného jadra olejom.
- Nadmerné prchavé látky prítomné vo formovacom piesku.
- Vysoký obsah živicového dusíka (N) v obalenom piesku, čo vedie k rozkladu NH3 a tvorbe plynov N a H.
- Nerovnomerné nalievanie, nedostatočné plnenie, čo má za následok vstup veľkého množstva plynu.
- Vysoký obsah ílu vo formovacom piesku, slabá priepustnosť, spôsobujúca „vyfukovanie“ na povrchu odliatku, čo sa tiež považuje za invazívnu pórovitosť.
2.2 Analýza príčin pórovitosti:
1. Vysoký obsah plynu, silná korózia a nadmerné množstvo povrchového mazu vo vsádzke pece majú za následok vyšší obsah plynu v roztavenom železe.
2. Nedostatočné vysušenie roztavenej železnej formy.
3. Nedostatočné vysušenie zliatiny.
4. Kremík a prvky vzácnych zemín v peci môžu ľahko vytvárať diery pre plynný vodík, zatiaľ čo hliník alebo oxid hlinitý môžu vytvárať plyn.
5. Nízka teplota liatia, ktorá spôsobuje, že generovaný plyn nemá dostatok času stúpať a uniknúť.
6. Nestabilné liatie.
7. Vysoká teplota piesku presahujúca 35 stupňov alebo vysoká teplota jadra môže viesť k absorpcii vlhkosti na povrchu dutiny formy a nadmernému obsahu vody v povrchovej vrstve.
8. Pórovitosť reakcie: Plyn produkovaný chemickou reakciou medzi chemickými prvkami roztaveného železa a formou/jadrom infiltruje do kvapaliny. Póry plynu sa tvoria počas procesu chladenia, keď plyn nemá dostatok času na uvoľnenie.
9. Vysoký zvyškový obsah horčíka: Nadmerný obsah horčíka zhoršuje tendenciu roztaveného železa absorbovať vodík. Zvyškový obsah horčíka vyšší ako 0.05 % v roztavenom železe môže spôsobiť podkožnú pórovitosť plynu. Austenitická tvárna liatina s vysokým obsahom niklu so zvyškovým obsahom horčíka väčším ako 0,07 % je náchylnejšia na pórovitosť podkožného plynu.
10. Nízka teplota nalievania.
11. Vysoký obsah síry v roztavenom železe: Keď obsah síry prekročí 0,094 %, objaví sa podkožná pórovitosť plynu a čím vyšší je obsah síry, tým závažnejšia je pórovitosť podkožného plynu.
12. Obsah vzácnych zemín: Nadmerný obsah vzácnych zemín zvyšuje obsah oxidov v roztavenom železe, čo vedie k zvýšeniu jadier cudzích bublín a pórovitosti subkutánneho plynu. Zvyškový obsah vzácnych zemín by sa mal kontrolovať v rámci 0,043 %.
13. Obsah hliníka: Hliník v roztavenom železe je hlavnou príčinou pórovitosti plynného vodíka v odliatkoch. Keď je zvyškový obsah hliníka v tvárnej liatine mokrého typu medzi 0.03 % až 0,05 %, vzniká podkožná plynová pórovitosť.
14. Hrúbka steny odliatku: Tenkostenné odliatky a odliatky s hrubým prierezom sú menej náchylné na pórovitosť podkožného plynu.
15. Obsah vlhkosti v formovacom piesku: So zvyšujúcim sa obsahom vlhkosti sa zvyšuje tendencia tvárnej liatiny vytvárať podkožnú pórovitosť plynov. Keď je obsah vlhkosti vo formovacom piesku regulovaný pod 4,8 %, miera pórovitosti podkožného plynu sa blíži k nule.
Okrem toho zohráva úlohu aj kompaktnosť formovacieho piesku a teplota liatia.
Pary horčíka unikajúce z roztaveného železa a sulfid horečnatý na povrchu roztaveného železa reagujú s vodnou parou vo forme nasledovne: Mg + H2O → MgO + 2[H] a MgS + H2O → MgO + H2O. Generovaný vodík, oxid horečnatý a plynný sulfid horečnatý môžu potenciálne infiltrovať do odliatku cez povrch roztaveného železa.
3. Metódy na predchádzanie defektom pórovitosti:
1. Pred použitím dôkladne vyčistite náplň pece, aby ste odstránili nadmerný obsah plynu, silnú koróziu a mastnotu z povrchu.
2. Pri vyberaní z pece a počas liatia prísne kontrolujte teplotu roztaveného železa. Vyvarujte sa príliš nízkych teplôt liatia.
3. Úplne vysušte téglik pece, panvu a formu na roztavené železo. Pred použitím predhrejte naberačku.
4. Sferoidizačné činidlá a očkovacie látky primerane predhrejte, aby sa znížilo množstvo plynu zavádzaného vzácnymi zeminami a ferosiliciom.
5. Správne navrhnite nalievací systém, aby ste zabezpečili hladké odvetrávanie vo vnútri dutiny formy a stabilný prietok do dutiny.
6. Zabezpečte rovnomernú kompaktnosť formovacieho piesku, vyhýbajte sa nadmernej tesnosti.
7. Vhodne znížte obsah ílu v jadrovom piesku a zvýšte jeho priepustnosť.
8. Zabezpečte správne odvetrávanie pieskového jadra a utesnite medzery medzi jadrami, aby ste zabránili vniknutiu roztaveného železa a blokovaniu vzduchových priechodov.
9. Nastavte stúpačky alebo vetracie otvory na najvyššie body odliatku. Pri odlievaní veľkých odliatkov dbajte na odvzdušnenie.
10. Pri veľkých plochých odliatkoch mierne nakloňte odliatok, pričom vetracie otvory sú umiestnené o niečo vyššie, aby sa uľahčilo odvzdušnenie.
11. Vysušte a vyčistite korunky a chladničku, uistite sa, že sú bez hrdze a kontaminácie olejom.
12. Znížte obsah vlhkosti vo formovacom piesku, vytvorte vetracie štrbiny na deliacich plochách av prípade potreby zvýšte množstvo pridaného uhoľného prášku.
13. Primerane znížte obsah spojiva. Pri veľkých odliatkoch pridajte materiály, ktoré zvyšujú priepustnosť, napríklad piliny.
14. Na zvýšenie priepustnosti použite okrúhle zrná piesku.
15. Znížte zvyškový obsah horčíka a zároveň zabezpečte správnu nodularizáciu. Minimalizujte obsah síry v pôvodnom roztavenom železe.
16. Kontrolujte teplotu piesku a nalejte čo najskôr po uzavretí formy.
17. Použite vysušené pieskové jadrá a zabráňte absorpcii vlhkosti vo vnútri formy. Nepoužívajte pieskové jadrá so silnou absorpciou vlhkosti.
18. Nastriekajte uhlíkaté materiály ako ingotový olej na povrch formy, aby ste vytvorili redukčnú atmosféru medzi roztaveným železom a rozhraním formy. Posypanie malého množstva prášku kazivca alebo fluoridu sodného na rozhranie roztaveného železa a formy môže znížiť alebo odstrániť subkutánnu pórovitosť.
19. V daždivom počasí primerane zvýšte teplotu nalievania.
20. Znížte inklúzie sulfidu horečnatého. Na odsírenie použite surové železo s nízkym obsahom síry alebo pridajte malé množstvo sódy počas sferoidizácie. Po sféroidizácii trosku niekoľkokrát zozbierajte a nechajte ju krátko postáť, aby troska MgS04 vyplávala.
21. Kontrolujte teplotu nalievania. Pre tenkostenné odliatky by teplota nemala byť nižšia ako 1320 stupňov; pre odliatky so strednou hrúbkou steny by nemala byť menšia ako 1300 stupňov; pre hrubostenné komponenty, ako sú vodiace dosky, by nemal byť menší ako 1280 stupňov. Kremíková molybdénová liatina a vysokoniklová austenitická tvárna liatina vyžadujú ešte vyššie teploty.