1. Klassifisering og kjennetegn ved porøsitetsdefekter
1.1. Påtrengende porøsitet (lokalisert porøsitet):
Under varmebehandlingen av det smeltede metallet infiltrerer gasser generert av formen (eller kjernen) inn i jernvæsken, noe som resulterer i lokalisert porøsitet i visse områder av støpingen under kjøleprosessen. Det skal understrekes at samspillet mellom det smeltede metallet og formen/kjernen kun skjer under støping, slik at gasser produsert av formen/kjernen ved høye temperaturer kan infiltrere inn i jernvæsken. (Fysisk reaksjon)
◆Funksjoner ved inngående porøsitet:
- Manifesteres som lokalisert porøsitet som forekommer i spesifikke områder av støpingen.
- Overflaten på porene er relativt glatt, og presenterer seg som individuelle eller bikakeformede hulrom.
- Fargen på porene er hvit eller kan ha et mørkt lag, noen ganger dekket med en oksidert hud.
- Når det gjelder nodulært/komprimert grafittjern, kan det avgi en lukt som minner om karbid. Se figur 1.
Krympeporøsitet:
- Viser egenskaper som krymping og porøsitet.
- Se figur 2.
1.2 Nedbørsporøsitet (sillignende porøsitet):
Gasser oppløst i væsken danner porer under kjøleprosessen ettersom løseligheten avtar. Disse porene har ofte sirkulære, elliptiske eller nållignende former. Det er viktig å merke seg at gassdannelse i jernvæsken skjer under smelte- og prosesstrinn. Når temperaturen på jernvæsken stiger, øker løseligheten av gasser, noe som resulterer i økt gassinnhold på grunn av fysiske og kjemiske reaksjoner under smelteprosessen. (Tilstedeværelsen av gass i jernvæsken er en konsekvens av de fysiske og kjemiske reaksjonene som involverer alle stoffer som deltar i smelteprosessen).
Kjennetegn på nedbørsporøsitet:
Det karakteristiske trekk er at det er tallrik, spredt og relativt jevnt fordelt over hele eller en betydelig del av tverrsnittet av støpestykket. Se figur 3.
1.3 Reaksjonsporøsitet:
Porøsitet generert som en konsekvens av kjemiske reaksjoner mellom det smeltede metallet og formgrenseflaten. I denne prosessen gjennomgår jernvæsken et avkjølingstrinn, noe som fører til at gassene frigjøres og fanges utelukkende på overflaten av støpegodset.
Egenskaper for reaksjonsporøsitet:
Denne typen porøsitet vises hovedsakelig på overflaten av støpegodset, rundt 1-3 mm unna støpeoverflaten. Det presenterer seg som et tett fordelt mønster av små, tettliggende porer, som blir mer tydelige etter varmebehandling og kuleblåsing. Vanligvis har disse porene en nål- eller rumpetroll-lignende form. Det er også kjent som porøsitet under overflaten. Se figur 4.
A. Slaggtype for sfæroidiseringsmiddel**
Defektkarakteristikk: Sfæriske fordypninger vises på støpeoverflaten, som inneholder inneslutninger. Disse fordypningene forekommer ofte nær det indre portsystemet. Skanneelektronmikroskopi avslører ujevne overflater inne i porene. Spektralanalyse av poreinnholdet detekterer Si, Mg, Al, Ba og O. Tilstedeværelsen av Mg, som er spesifikt for sfæroidiseringsmidler, indikerer at inneslutningene er slagg dannet gjennom deltakelse av sfæroidiserende midler. CO-gassnålehull er resultatet av reaksjonen mellom karbon i jernvæsken og slagg.
B. Slaggtype som følge av inokulantdefektkarakteristikk: Tverrsnittet viser flere fordypninger. Skanneelektronmikroskopi og spektralanalyse avslører ujevne indre overflater i fordypningene, sammen med tilstedeværelsen av Si, Ca, Ba og O i inneslutningene. Ba er et unikt element i inokuleringsmidlet. Dette indikerer at gjenværende silisium-jernpodemiddel danner slagg, og reaksjonen mellom karbon i jernvæsken og oksidet i slagget fører til dannelse av CO-gass, som forårsaker pinhole-defekter. Årsak: Ufullstendig smelting av inokuleringsmidlet under flyt resulterer i slaggdannelse. Mottiltak: Bruk tørre inokuleringsmidler for å hindre sprut av jernvæsken og slaggporøsitet under inokulering.
C Defekt: Slagg og sand inkludering Type Defekt Utseende: Flere fordypninger på overflaten av støpegodset nær innløpet. Skanneelektronmikroskopi viser tilstedeværelsen av slagg og sand i fordypningene. Spektralanalyse indikerer tilstedeværelsen av Si, O, Al i sanden, og elementer som Mg, Ce, Mn i slagget. Dette antyder at defekten dannes på grunn av samspillet mellom inokuleringsmidlet og sanden. Løsning: Øk tverrsnittsarealet til innløpsløperen og reduser strømningshastigheten i innløpet.
D Defekt: Fuktighetsindusert sandmuggdefekt Defekt Utseende: Fordypninger på overflaten av støpegodset etter maskinering. Skanneelektronmikroskopi avslører ingen defekter i fordypningene. Spektralanalyse viser at hovedelementene er C, O, Si og Fe. Dette er en pinhole-defekt forårsaket av vanndamp generert fra fuktighet i våtformen. Løsning: Reduser fuktighetsinnholdet i formsanden, forbedrer permeabiliteten til formsanden og øk andelen kullpulver i formsanden. Reduser harpiksfuktighetsinnholdet i produksjonsprosessen for kjølebokskjerne.
2.1 Analyse av årsaker til invasiv porøsitet:
1. Årsaker til invasiv porøsitet:
- Urimelig utforming av hellesystemet, som fører til dårlig gasseksos eller virveldannelse, noe som resulterer i innestengte gasser under helle.
- Overdreven kompakthet av sandformen, reduserer dens permeabilitet.
- Utilstrekkelig gassventilasjon i sandkjernen eller blokkering av luftpassasjene.
- Høyt fuktinnhold i formsanden (kjerne). Under fuktige værforhold kan den fuktige luften absorberes av formen/kjernen og reagere med det smeltede jernet, noe som resulterer i at det dannes en stor mengde gass i formhulen.
- Forurensning av kjernestøtten og kjernejernet med olje.
- Overflødig flyktige stoffer i formsanden.
- Høyt innhold av harpiksnitrogen (N) i belagt sand, som fører til nedbrytning av NH3 og dannelse av N- og H-gasser.
- Ujevn helling, utilstrekkelig fylling, noe som resulterer i at det kommer inn store mengder gass.
- Høyt leireinnhold i formsanden, dårlig permeabilitet, forårsaker "blåsehull" på overflaten av støpegodset, som også anses som invasiv porøsitet.
2.2 Analyse av årsakene til porøsitet:
1. Høyt gassinnhold, alvorlig korrosjon og for mye overflatefett i ovnsladningen resulterer i et høyere gassinnhold i det smeltede jernet.
2. Utilstrekkelig tørking av den smeltede jernformen.
3. Utilstrekkelig tørking av legeringen.
4. Silisium og sjeldne jordarter i ovnladningen kan lett generere hydrogengasshull, mens aluminium eller alumina kan generere gass.
5. Lav helletemperatur, noe som gjør at den genererte gassen ikke har nok tid til å stige og unnslippe.
6. Ustabil uthelling.
7. Høy sandtemperatur over 35 grader eller høy kjernetemperatur kan føre til fuktighetsabsorpsjon på formhulens overflate og for høyt vanninnhold i overflatelaget.
8. Reaksjonsporøsitet: Gass produsert fra den kjemiske reaksjonen mellom de kjemiske elementene i det smeltede jernet og formen/kjernen infiltrerer inn i væsken. Gassporene dannes under kjøleprosessen når gassen ikke har nok tid til å slippes ut.
9. Høyt restmagnesiuminnhold: For høyt magnesiuminnhold forverrer hydrogenabsorpsjonstendensen til det smeltede jernet. Resterende magnesiuminnhold større enn 0.05 % i det smeltede jernet kan forårsake subkutan gassporøsitet. Austenittisk duktilt jern med høy nikkel og restmagnesiuminnhold større enn 0,07 % er mer utsatt for subkutan gassporøsitet.
10. Lav helletemperatur.
11. Høyt svovelinnhold i det smeltede jernet: Når svovelinnholdet overstiger 0.094 %, oppstår subkutan gassporøsitet, og jo høyere svovelinnhold, desto mer alvorlig er porøsiteten for den subkutane gassen.
12. Innhold av sjeldne jordarter: For høyt innhold av sjeldne jordarter øker oksidinnholdet i det smeltede jernet, noe som fører til en økning i fremmede boblekjerner og porøsitet for subkutan gass. Det gjenværende innholdet av sjeldne jordarter bør kontrolleres innenfor 0.043 %.
13. Aluminiuminnhold: Aluminium i det smeltede jernet er hovedårsaken til porøsitet av hydrogengass i støpegods. Når det gjenværende aluminiuminnholdet i seigjern av våt type er mellom 0.03 % og 0,05 %, oppstår subkutan gassporøsitet.
14. Støpeveggtykkelse: Tynnveggede og tykke seksjoner er mindre utsatt for subkutan gassporøsitet.
15. Fuktighetsinnhold i formsand: Med en økning i fuktighetsinnhold øker tendensen til nodulært støpejern til å produsere subkutan gassporøsitet. Når fuktighetsinnholdet i formsanden kontrolleres under 4,8 %, nærmer porøsitetshastigheten for subkutan gass null.
I tillegg spiller kompaktheten til støpesanden og helletemperaturen også en rolle.
Magnesiumdamp som slipper ut fra det smeltede jernet og magnesiumsulfid på overflaten av det smeltede jernet reagerer med vanndampen i formen som følger: Mg + H2O → MgO + 2[H] og MgS + H2O → MgO + H2O. De genererte hydrogen-, magnesiumoksid- og magnesiumsulfidgassene kan potensielt infiltrere inn i støpegodset gjennom overflaten av det smeltede jernet.
3. Metoder for å forhindre porøsitetsdefekter:
1. Rengjør ovnsfyllingen grundig for å fjerne for mye gassinnhold, sterk korrosjon og overflatefett før bruk.
2. Kontroller temperaturen på smeltet jern strengt når den tas ut av ovnen og under helling. Unngå for lave helletemperaturer.
3. Tørk ovnsdigelen, øsen og formen for smeltet jern fullstendig. Forvarm øsen før bruk.
4. Forvarm sfæroidiserende midler og inokuleringsmidler tilstrekkelig for å redusere mengden gass som introduseres av sjeldne jordarter og ferrosilisium.
5. Utform hellesystemet riktig for å sikre jevn ventilasjon inne i formhulen og en jevn strøm inn i hulrommet.
6. Sørg for jevn kompakthet av støpesanden, unngå overdreven tetthet.
7. Reduser leireinnholdet i kjernesanden passende og øk dens permeabilitet.
8. Sørg for riktig ventilasjon av sandkjernen og tett gapene mellom kjernene for å forhindre at smeltet jern kommer inn og blokkerer luftpassasjene.
9. Sett stigerør eller ventiler på de høyeste punktene av støpen. Vær oppmerksom på utlufting under støping av store støpegods.
10. Vipp avstøpningen litt for store flate avstøpninger, med ventilasjonshullene plassert litt høyere for å lette utluftingen.
11. Tørk og rengjør chapletene og frysninger, og sørg for at de er fri for rust og oljeforurensning.
12. Reduser fuktighetsinnholdet i formsanden, lag ventilasjonsåpninger på skilleflater, og øk mengden kullpulver som tilsettes om nødvendig.
13. Reduser bindemiddelinnholdet på passende måte. For store støpegods, legg til materialer som øker permeabiliteten, for eksempel sagflis.
14. Bruk runde sandkorn for å øke permeabiliteten.
15. Reduser gjenværende magnesiuminnhold samtidig som du sørger for riktig nodularisering. Minimer svovelinnholdet i det originale smeltede jernet.
16. Kontroller sandtemperaturen og hell så snart som mulig etter at du har lukket formen.
17. Bruk tørkede sandkjerner og hindre fuktopptak inne i formen. Ikke bruk sandkjerner med sterk fuktabsorpsjon.
18. Spray karbonholdige materialer som ingotolje på formoverflaten for å skape en reduserende atmosfære mellom det smeltede jernet og formgrenseflaten. Å drysse en liten mengde flusspatpulver eller natriumfluorid på grensesnittet mellom smeltet jern og mugg kan redusere eller eliminere subkutan porøsitet.
19. Øk skjenketemperaturen passende i regnvær.
20. Reduser magnesiumsulfidinneslutninger. Bruk råjern med lavt svovelinnhold eller tilsett en liten mengde soda under sfæroidiseringsbehandling for avsvovling. Etter sfæroidisering, skumme slagg flere ganger og la det stå kort for å la MgS-slagg flyte opp.
21. Kontroller skjenketemperaturen. For tynnveggede støpegods bør temperaturen ikke være mindre enn 1320 grader; for støpegods med middels veggtykkelse bør den ikke være mindre enn 1300 grader; for tykkveggede komponenter som styreplater bør den ikke være mindre enn 1280 grader. Silisiummolybdenstøpejern og austenittisk duktilt jern med høy nikkel krever enda høyere temperaturer.
