1. Klassificering og karakteristika af porøsitetsdefekter
1.1. Påtrængende porøsitet (lokaliseret porøsitet):
Under varmebehandlingen af det smeltede metal infiltrerer gasser genereret af formen (eller kernen) ind i jernvæsken, hvilket resulterer i lokaliseret porøsitet i visse områder af støbningen under afkølingsprocessen. Det skal understreges, at vekselvirkningen mellem det smeltede metal og formen/kernen kun sker under støbning, hvilket tillader gasser, der produceres af formen/kernen ved høje temperaturer, at trænge ind i jernvæsken. (fysisk reaktion)
◆Funktioner ved indtrængende porøsitet:
- Manifesteres som lokaliseret porøsitet, der forekommer i specifikke områder af støbningen.
- Overfladen af porerne er relativt glat og fremstår som individuelle eller bikageformede hulrum.
- Farven på porerne er hvid eller kan have et mørkt lag, lejlighedsvis dækket af en oxideret hud.
- I tilfælde af nodulært/komprimeret grafitjern kan det udsende en lugt, der minder om carbid. Se figur 1.
Krympeporøsitet:
- Udviser karakteristika af krympning og porøsitet.
- Se figur 2.
1.2 Udfældningsporøsitet (sigtelignende porøsitet):
Gasser opløst i væsken danner porer under afkølingsprocessen, da deres opløselighed falder. Disse porer har ofte cirkulære, elliptiske eller nålelignende former. Det er væsentligt at bemærke, at gasdannelse i jernvæsken sker under smelte- og forarbejdningsstadierne. Når temperaturen af jernvæsken stiger, stiger opløseligheden af gasser, hvilket resulterer i et øget gasindhold på grund af fysiske og kemiske reaktioner under smeltningsprocessen. (Tilstedeværelsen af gas i jernvæsken er en konsekvens af de fysiske og kemiske reaktioner, der involverer alle stoffer, der deltager i smelteprocessen).
Karakteristika for nedbørsporøsitet:
Det karakteristiske træk er, at det er talrigt, spredt og relativt jævnt fordelt over hele eller en væsentlig del af støbestykkets tværsnit. Se figur 3.
1.3 Reaktionsporøsitet:
Porøsitet genereret som følge af kemiske reaktioner mellem det smeltede metal og formgrænsefladen. I denne proces gennemgår jernvæsken et afkølingstrin, hvilket får gasserne til at blive frigivet og fanget udelukkende på overfladen af støbegodset.
Karakteristika for reaktionsporøsitet:
Denne type porøsitet forekommer overvejende på overfladen af støbegodset, omkring 1-3mm væk fra støbeoverfladen. Det præsenterer sig som et tæt fordelt mønster af små, tætsiddende porer, som bliver mere tydelige efter varmebehandling og skudblæsning. Disse porer udviser typisk en nåle- eller haletudse-lignende form. Det er også kendt som porøsitet under overfladen. Se figur 4.
A. Spheroidizing Agent Slag Type**
Fejlegenskaber: Kugleformede fordybninger vises på støbeoverfladen, der indeholder indeslutninger. Disse fordybninger forekommer ofte nær det indre portsystem. Scanningselektronmikroskopi afslører ujævne overflader inde i porerne. Spektral analyse af poreindholdet påviser Si, Mg, Al, Ba og O. Tilstedeværelsen af Mg, som er specifik for sfæroidiserende midler, indikerer, at indeslutningerne er slagger dannet gennem deltagelse af sfæroidiserende midler. CO-gasnåle huller skyldes reaktionen mellem kulstof i jernvæsken og slagger.
B. Slaggetype som følge af karakteristika af inokulantdefekter: Tværsnittet viser adskillige fordybninger. Scanningelektronmikroskopi og spektralanalyse afslører ujævne indre overflader i fordybningerne sammen med tilstedeværelsen af Si, Ca, Ba og O i indeslutningerne. Ba er et unikt element i podemidlet. Dette indikerer, at resterende silicium-jern-podemiddel danner slagge, og reaktionen mellem kulstof i jernvæsken og oxidet i slaggen fører til dannelse af CO-gas, hvilket forårsager pinhole-defekter. Årsag: Ufuldstændig smeltning af podemidlet under flow resulterer i slaggedannelse. Modforanstaltninger: Brug tørre podemidler for at forhindre sprøjt af jernvæsken og slaggeporøsitet under podning.
C Defekt: Slagge- og sandinklusionstype Defekt Udseende: Flere fordybninger på støbningens overflade nær indløbet. Scanningelektronmikroskopi viser tilstedeværelsen af slagger og sand i fordybningerne. Spektralanalyse indikerer tilstedeværelsen af Si, O, Al i sandet og elementer som Mg, Ce, Mn i slaggen. Dette tyder på, at defekten er dannet på grund af interaktionen mellem podemidlet og sandet. Løsning: Forøg tværsnitsarealet af indløbsløberen og reducer strømningshastigheden i indløbet.
D Defekt: Fugt-induceret sandskimmeldefekt Defekt Udseende: Fordybninger på overfladen af støbegodset efter bearbejdning. Scanningselektronmikroskopi afslører ingen defekter i fordybningerne. Spektralanalyse viser, at hovedelementerne er C, O, Si og Fe. Dette er en pinhole-defekt forårsaget af vanddamp genereret fra fugt i den våde form. Løsning: Reducer fugtindholdet i formsandet, forbedre permeabiliteten af formsandet og øg andelen af kulpulver i formsandet. Reducer harpiksens fugtindhold i køleboksens kernefremstillingsproces.
2.1 Analyse af årsager til invasiv porøsitet:
1. Årsager til invasiv porøsitet:
- Urimeligt design af hældesystemet, hvilket fører til dårlig gasudstødning eller hvirveldannelse, hvilket resulterer i indesluttede gasser under hældning.
- Overdreven kompakthed af sandformen, hvilket reducerer dens permeabilitet.
- Utilstrækkelig gasudluftning i sandkernen eller blokering af luftkanalerne.
- Højt fugtindhold i formsandet (kernen). Under fugtige vejrforhold kan den fugtige luft absorberes af støbeformen/kernen og reagere med det smeltede jern, hvilket resulterer i, at der dannes en stor mængde gas, der fanges i støbeformens hulrum.
- Forurening af kernestøtten og kernejernet med olie.
- For meget flygtige stoffer til stede i formsandet.
- Højt indhold af harpiksnitrogen (N) i belagt sand, hvilket fører til nedbrydning af NH3 og dannelse af N- og H-gasser.
- Ujævn hældning, utilstrækkelig påfyldning, hvilket resulterer i, at der trænger en stor mængde gas ind.
- Højt lerindhold i formsandet, dårlig permeabilitet, hvilket giver "blæsehuller" på overfladen af støbegodset, hvilket også betragtes som invasiv porøsitet.
2.2 Analyse af årsagerne til porøsitet:
1. Højt gasindhold, alvorlig korrosion og for meget overfladefedt i ovnladningen resulterer i et højere gasindhold i det smeltede jern.
2. Utilstrækkelig tørring af den smeltede jernform.
3. Utilstrækkelig tørring af legeringen.
4. Silicium og sjældne jordarter i ovnladningen kan nemt generere brintgashuller, mens aluminium eller aluminiumoxid kan generere gas.
5. Lav hældetemperatur, hvilket bevirker, at den genererede gas ikke har tid nok til at stige og undslippe.
6. Ustabil hældning.
7. Høj sandtemperatur på over 35 grader eller høj kernetemperatur kan føre til fugtoptagelse på formhulens overflade og for højt vandindhold i overfladelaget.
8. Reaktionsporøsitet: Gas produceret fra den kemiske reaktion mellem de kemiske elementer i det smeltede jern og formen/kernen infiltrerer i væsken. Gasporerne dannes under afkølingsprocessen, når gassen ikke har tid nok til at blive frigivet.
9. Højt restmagnesiumindhold: For højt magnesiumindhold forværrer det smeltede jerns brintabsorptionstendens. Resterende magnesiumindhold større end 0.05 % i det smeltede jern kan forårsage subkutan gasporøsitet. Austenitisk duktilt jern med højt nikkelindhold med restmagnesiumindhold større end 0,07 % er mere tilbøjelige til subkutan gasporøsitet.
10. Lav hældetemperatur.
11. Højt svovlindhold i det smeltede jern: Når svovlindholdet overstiger 0.094 %, opstår der subkutan gasporøsitet, og jo højere svovlindholdet er, jo mere alvorlig er den subkutane gasporøsitet.
12. Indhold af sjældne jordarter: For højt indhold af sjældne jordarter øger oxidindholdet i det smeltede jern, hvilket fører til en stigning i fremmede boblekerner og subkutan gasporøsitet. Det resterende indhold af sjældne jordarter bør kontrolleres inden for 0.043 %.
13. Aluminiumindhold: Aluminium i det smeltede jern er hovedårsagen til brintgasporøsitet i støbegods. Når det resterende aluminiumindhold i vådtype duktilt jern er mellem 0.03 % og 0,05 %, opstår der subkutan gasporøsitet.
14. Støbevægstykkelse: Tyndvæggede og tyktskårne støbegods er mindre tilbøjelige til subkutan gasporøsitet.
15. Fugtindhold i formsand: Med en stigning i fugtindholdet øges tendensen hos nodulært støbejern til at producere subkutan gasporøsitet. Når fugtindholdet i formsandet kontrolleres under 4,8 %, nærmer den subkutane gasporøsitet sig nul.
Derudover spiller kompaktheden af formsandet og hældetemperaturen også en rolle.
Magnesiumdamp, der undslipper det smeltede jern og magnesiumsulfid på overfladen af det smeltede jern, reagerer med vanddampen i formen som følger: Mg + H2O → MgO + 2[H] og MgS + H2O → MgO + H2O. De dannede gasser af hydrogen, magnesiumoxid og magnesiumsulfid kan potentielt trænge ind i støbegodset gennem overfladen af det smeltede jern.
3. Metoder til at forhindre porøsitetsdefekter:
1. Rengør ovnladningen grundigt for at fjerne for meget gasindhold, alvorlig korrosion og overfladefedt før brug.
2. Kontroller strengt temperaturen på smeltet jern, når det tages ud af ovnen og under hældning. Undgå for lave hældetemperaturer.
3. Tør ovndigelen, øsen og smeltejernsformen helt. Forvarm skeen før brug.
4. Forvarm sfæroidiserende midler og podemidler tilstrækkeligt for at reducere mængden af gas, der indføres af sjældne jordarter og ferrosilicium.
5. Design hældesystemet korrekt for at sikre jævn udluftning inde i formhulrummet og en jævn strøm ind i hulrummet.
6. Sørg for ensartet kompakthed af formsandet, undgå for stor tæthed.
7. Reducer lerindholdet i kernesandet passende og øg dets permeabilitet.
8. Sørg for korrekt udluftning af sandkernen og forsegl mellemrummene mellem kernerne for at forhindre smeltet jern i at trænge ind og blokere luftpassagerne.
9. Indstil stigrør eller ventiler på de højeste punkter af støbningen. Vær opmærksom på udluftning under udstøbning af store støbegods.
10. Vip støbningen lidt for store flade støbninger, med udluftningshullerne placeret lidt højere for at lette udluftningen.
11. Tør og rengør chaplets og kuldegysninger, og sørg for, at de er fri for rust og olieforurening.
12. Reducer fugtindholdet i formsandet, skab udluftningsåbninger på skilleflader, og øg om nødvendigt mængden af tilsat kulpulver.
13. Reducer bindemiddelindholdet passende. Til store støbegods tilføjes materialer, der øger permeabiliteten, såsom savsmuld.
14. Brug runde sandkorn for at øge permeabiliteten.
15. Reducer resterende magnesiumindhold, mens du sikrer korrekt nodularisering. Minimer svovlindholdet i det originale smeltede jern.
16. Kontroller sandtemperaturen og hæld så hurtigt som muligt efter lukning af formen.
17. Brug tørrede sandkerner og undgå fugtoptagelse inde i formen. Brug ikke sandkerner med kraftig fugtoptagelse.
18. Sprøjt kulstofholdige materialer som ingotolie på formoverfladen for at skabe en reducerende atmosfære mellem det smeltede jern og formgrænsefladen. Drysning af en lille mængde flusspatpulver eller natriumfluorid på grænsefladen mellem smeltet jern og skimmel kan reducere eller eliminere subkutan porøsitet.
19. Øg hældetemperaturen passende i regnvejr.
20. Reducer magnesiumsulfid indeslutninger. Brug råjern med lavt svovlindhold eller tilsæt en lille mængde soda under sfæroidiseringsbehandling til afsvovling. Efter sfæroidisering skal du skumme slaggen flere gange og lade den stå kort for at tillade MgS-slaggen at flyde op.
21. Kontroller hældetemperaturen. For tyndvæggede støbegods bør temperaturen ikke være mindre end 1320 grader; for støbegods med middel vægtykkelse bør den ikke være mindre end 1300 grader; for tykvæggede komponenter som styreplader bør den ikke være mindre end 1280 grader. Siliciummolybdænstøbejern og austenitisk duktilt jern med højt nikkelindhold kræver endnu højere temperaturer.
