1. Razvrstitev in značilnosti napak poroznosti
1.1. Intruzivna poroznost (lokalizirana poroznost):
Med toplotno obdelavo staljene kovine se plini, ki jih ustvarja kalup (ali jedro), infiltrirajo v železno tekočino, kar povzroči lokalizirano poroznost na določenih območjih ulitka med procesom ohlajanja. Poudariti je treba, da do interakcije med staljeno kovino in kalupom/jedrom pride le med ulivanjem, kar omogoča, da se plini, ki jih proizvaja kalup/jedro pri visokih temperaturah, infiltrirajo v železno tekočino. (fizična reakcija)
◆ Lastnosti vstopne poroznosti:
- Manifestira se kot lokalizirana poroznost, ki se pojavi v določenih predelih ulitka.
- Površina por je razmeroma gladka, predstavljajo se kot posamezne ali satjaste praznine.
- Barva por je bela ali ima lahko temno plast, občasno prekrita z oksidirano kožo.
- V primeru nodularnega/zgoščenega grafitnega železa lahko oddaja vonj, ki spominja na karbid. Glejte sliko 1.
Poroznost pri krčenju:
- Kaže značilnosti krčenja in poroznosti.
- Glejte sliko 2.
1.2 Poroznost padavin (sitasta poroznost):
Plini, raztopljeni v tekočini, med procesom ohlajanja tvorijo pore, saj se njihova topnost zmanjšuje. Te pore so pogosto okrogle, eliptične ali igličaste oblike. Bistveno je opozoriti, da do tvorbe plina v železovi tekočini pride med stopnjama taljenja in predelave. Ko se temperatura železove tekočine dvigne, se poveča topnost plinov, kar povzroči povečano vsebnost plina zaradi fizikalnih in kemičnih reakcij med procesom taljenja. (Prisotnost plina v železovi tekočini je posledica fizikalnih in kemičnih reakcij, ki vključujejo vse snovi, ki sodelujejo v procesu taljenja).
Značilnosti poroznosti padavin:
Značilno je, da je številna, razpršena in razmeroma enakomerno razporejena po celotnem ali pomembnem delu prereza ulitka. Glej sliko 3.
1.3 Reakcijska poroznost:
Poroznost, ki nastane kot posledica kemičnih reakcij med staljeno kovino in vmesnikom kalupa. V tem procesu je železna tekočina podvržena stopnji ohlajanja, zaradi česar se plini sprostijo in ujamejo izključno na površini ulitka.
Značilnosti reakcijske poroznosti:
Ta vrsta poroznosti se pretežno pojavi na površini ulitka, približno 1-3 mm stran od površine ulitka. Predstavlja se kot gosto razporejen vzorec majhnih, tesno razporejenih por, ki postanejo bolj očitne po toplotni obdelavi in peskanju. Običajno imajo te pore igličasto ali paglavčasto obliko. Znana je tudi kot podpovršinska poroznost. Glej sliko 4.
A. Vrsta žlindre sferoidizirajočega sredstva**
Značilnosti napak: Na površini ulitka se pojavijo sferične vdolbine, ki vsebujejo vključke. Te vdolbine se pogosto pojavijo v bližini notranjega vratnega sistema. Vrstična elektronska mikroskopija razkrije neravne površine znotraj por. Spektralna analiza vsebnosti por zazna Si, Mg, Al, Ba in O. Prisotnost Mg, ki je specifična za sferoidizatorje, kaže, da so vključki žlindra, ki nastane s sodelovanjem sferoidizatorjev. Luknjice v plinu CO so posledica reakcije med ogljikom v tekočini železa in žlindro.
B. Vrsta žlindre, ki je posledica napake cepiva Značilnosti: Prečni prerez prikazuje več vdolbin. Vrstična elektronska mikroskopija in spektralna analiza razkrivata neravne notranje površine znotraj vdolbin, skupaj s prisotnostjo Si, Ca, Ba in O v vključkih. Ba je edinstven element cepiva. To kaže, da ostanki silicijevo-železovega cepiva tvorijo žlindro, reakcija med ogljikom v železovi tekočini in oksidom v žlindri pa povzroči nastajanje plina CO, ki povzroča luknjičaste napake. Vzrok: Nepopolno taljenje cepiva med pretokom povzroči nastanek žlindre. Protiukrepi: Uporabite suha cepiva, da preprečite brizganje tekočine železa in poroznost žlindre med cepljenjem.
Napaka C: vrsta vključkov žlindre in peska Videz napake: Več vdolbin na površini ulitka v bližini smreke. Vrstična elektronska mikroskopija pokaže prisotnost žlindre in peska v vdolbinah. Spektralna analiza kaže prisotnost Si, O, Al v pesku in elemente, kot so Mg, Ce, Mn v žlindri. To nakazuje, da je napaka nastala zaradi interakcije med inokulantom in peskom. Rešitev: Povečajte površino prečnega prereza kanaleta in zmanjšajte hitrost pretoka v kanalu.
D Napaka: Napaka v peščenem kalupu, ki jo povzroča vlaga Napaka Videz: Vdolbine na površini ulitka po strojni obdelavi. Vrstična elektronska mikroskopija ne razkrije nobenih napak znotraj vdolbin. Spektralna analiza kaže, da so glavni elementi C, O, Si in Fe. To je luknjičasta napaka, ki jo povzroči vodna para, ki nastane zaradi vlage v mokrem kalupu. Rešitev: Zmanjšajte vsebnost vlage v kalupnem pesku, izboljšajte prepustnost kalupnega peska in povečajte delež premogovega prahu v kalupnem pesku. Zmanjšajte vsebnost vlage v smoli v procesu izdelave jedra hladne škatle.
2.1 Analiza vzrokov za invazivno poroznost:
1. Razlogi za invazivno poroznost:
- Nerazumna zasnova točilnega sistema, ki vodi do slabega odvoda plinov ali nastajanja vrtincev, kar ima za posledico ujetost plinov med točenjem.
- Prekomerna kompaktnost peščenega kalupa, kar zmanjšuje njegovo prepustnost.
- Neustrezno odzračevanje plina v peščenem jedru ali blokada zračnih prehodov.
- Visoka vsebnost vlage v kalupnem pesku (jedro). V vlažnih vremenskih razmerah lahko kalup/jedro absorbira vlažen zrak in reagira s staljenim železom, kar povzroči nastanek velike količine plina, ki se ujame v votlino kalupa.
- Kontaminacija nosilca jedra in jedra z oljem.
- Prekomerne hlapne snovi v kalupnem pesku.
- Visoka vsebnost smolnega dušika (N) v prevlečenem pesku, kar povzroči razgradnjo NH3 in nastanek plinov N in H.
- Neenakomerno točenje, nezadostno polnjenje, kar povzroči vstop velike količine plina.
- Visoka vsebnost gline v kalupnem pesku, slaba prepustnost, ki povzroča "luknjice" na površini ulitka, kar se prav tako šteje za invazivno poroznost.
2.2 Analiza vzrokov poroznosti:
1. Visoka vsebnost plina, močna korozija in prekomerna površinska maščoba v polnilu peči povzročijo višjo vsebnost plina v staljenem železu.
2. Nezadostno sušenje staljenega železnega kalupa.
3. Nezadostno sušenje zlitine.
4. Silicij in elementi redkih zemelj v polnitvi peči lahko zlahka ustvarijo luknje za plin vodik, medtem ko lahko aluminij ali aluminijev oksid ustvari plin.
5. Nizka temperatura izlivanja, zaradi česar nastali plin nima dovolj časa, da bi se dvignil in ušel.
6. Nestabilno polivanje.
7. Visoka temperatura peska, ki presega 35 stopinj, ali visoka temperatura jedra lahko povzroči vpijanje vlage na površini votline kalupa in prekomerno vsebnost vode v površinski plasti.
8. Reakcijska poroznost: Plin, ki nastane pri kemični reakciji med kemičnimi elementi staljenega železa in kalupa/jedra, se infiltrira v tekočino. Plinske pore nastanejo med procesom ohlajanja, ko plin nima dovolj časa, da bi se sprostil.
9. Visoka vsebnost preostalega magnezija: Prekomerna vsebnost magnezija poslabša nagnjenost staljenega železa k absorpciji vodika. Vsebnost preostalega magnezija, večja od 0.05 % v staljenem železu, lahko povzroči podkožno plinsko poroznost. Avstenitna nodularna litina z visoko vsebnostjo niklja z vsebnostjo preostalega magnezija, večjo od 0,07 %, je bolj nagnjena k podkožni plinski poroznosti.
10. Nizka temperatura izlivanja.
11. Visoka vsebnost žvepla v staljenem železu: Ko vsebnost žvepla preseže 0.094 %, se pojavi podkožna plinska poroznost in višja kot je vsebnost žvepla, hujša je podkožna plinska poroznost.
12. Vsebnost redkih zemelj: Prekomerna vsebnost redkih zemelj poveča vsebnost oksida v staljenem železu, kar povzroči povečanje jeder tujih mehurčkov in poroznost podkožnega plina. Preostalo vsebnost redkih zemelj je treba nadzorovati znotraj 0.043 %.
13. Vsebnost aluminija: Aluminij v staljenem železu je glavni vzrok za poroznost vodikovega plina v ulitkih. Ko je vsebnost preostalega aluminija v mokri nodularni litini med 0.03 % in 0,05 %, se pojavi podkožna plinska poroznost.
14. Debelina stene ulitka: Ulitki s tankimi in debelimi preseki so manj nagnjeni k podkožni plinski poroznosti.
15. Vsebnost vlage v kalupnem pesku: S povečanjem vsebnosti vlage se poveča nagnjenost nodularne litine k ustvarjanju podkožne plinske poroznosti. Ko je vsebnost vlage v kalupnem pesku nadzorovana pod 4,8 %, se stopnja poroznosti podkožnega plina približa ničli.
Dodatno vlogo igrata tudi kompaktnost kalupnega peska in temperatura vlivanja.
Magnezijeve pare, ki uhajajo iz staljenega železa, in magnezijev sulfid na površini staljenega železa reagirajo z vodno paro v kalupu na naslednji način: Mg + H2O → MgO + 2[H] in MgS + H2O → MgO + H2O. Ustvarjeni plini vodik, magnezijev oksid in magnezijev sulfid lahko potencialno prodrejo v ulitek skozi površino staljenega železa.
3. Metode za preprečevanje napak poroznosti:
1. Pred uporabo temeljito očistite polnjenje peči, da odstranite prekomerno vsebnost plina, močno korozijo in površinsko maščobo.
2. Strogo nadzorujte temperaturo staljenega železa, ko ga vzamete iz peči in med vlivanjem. Izogibajte se prenizkim temperaturam izlivanja.
3. Popolnoma posušite lonček peči, zajemalko in kalup staljenega železa. Lonko pred uporabo segrejte.
4. Sredstva za sferoidizacijo in inokulant ustrezno segrejte, da zmanjšate količino plina, ki ga vneseta redka zemlja in ferosilicij.
5. Pravilno načrtujte sistem za izlivanje, da zagotovite nemoteno odzračevanje znotraj votline kalupa in enakomeren pretok v votlino.
6. Zagotovite enakomerno kompaktnost kalupnega peska, pri čemer se izogibajte pretiranemu tesnjenju.
7. Ustrezno zmanjšajte vsebnost gline v jedrnem pesku in povečajte njegovo prepustnost.
8. Zagotovite ustrezno odzračevanje peščene sredice in zatesnite reže med jedri, da preprečite vstop staljenega železa in blokiranje zračnih prehodov.
9. Na najvišjih točkah ulitka nastavite dvižne cevi ali zračnike. Med vlivanjem velikih ulitkov bodite pozorni na odzračevanje.
10. Pri velikih ploščatih odlitkih rahlo nagnite ulitek, tako da so prezračevalne luknje postavljene nekoliko višje, da olajšate prezračevanje.
11. Posušite in očistite venčke in ohlaje ter se prepričajte, da na njih ni rje in olja.
12. Zmanjšajte vsebnost vlage v pesku za oblikovanje, ustvarite reže za zračnike na ločevalnih površinah in po potrebi povečajte količino dodanega premogovega prahu.
13. Ustrezno zmanjšajte vsebnost veziva. Za velike ulitke dodajte materiale, ki povečajo prepustnost, kot je žagovina.
14. Za povečanje prepustnosti uporabite okrogla zrna peska.
15. Zmanjšajte vsebnost preostalega magnezija, hkrati pa zagotovite pravilno nodularizacijo. Zmanjšajte vsebnost žvepla v prvotnem staljenem železu.
16. Nadzorujte temperaturo peska in vlijte čim prej po zaprtju kalupa.
17. Uporabite posušena peščena jedra in preprečite vpijanje vlage v kalup. Ne uporabljajte peščenih jeder z močno absorpcijo vlage.
18. Razpršite ogljikove materiale, kot je ingotno olje, na površino kalupa, da ustvarite redukcijsko atmosfero med staljenim železom in vmesnikom kalupa. Če potresete majhno količino fluoritnega prahu ali natrijevega fluorida na vmesnik staljenega železa in kalupa, lahko zmanjšate ali odpravite podkožno poroznost.
19. V deževnem vremenu primerno zvišajte temperaturo polivanja.
20. Zmanjšajte vključke magnezijevega sulfida. Uporabite grodelj z nizko vsebnostjo žvepla ali dodajte majhno količino natrijevega pepela med obdelavo s sferoidizacijo za razžveplanje. Po sferoidizaciji žlindro večkrat posnemite in pustite na kratko stati, da lahko MgS žlindra splava.
21. Nadzorujte temperaturo izlivanja. Za tankostenske ulitke temperatura ne sme biti nižja od 1320 stopinj; za ulitke srednje debeline stene ne sme biti nižja od 1300 stopinj; za komponente z debelimi stenami, kot so vodilne plošče, ne sme biti nižji od 1280 stopinj. Silicijeva molibdenova litina in avstenitna nodularna litina z visoko vsebnostjo niklja zahtevata še višje temperature.
