1. Klasifikacija i karakteristike poroznih defekata
1.1. Intruzivna poroznost (lokalizovana poroznost):
Tokom termičke obrade rastopljenog metala, gasovi koje stvara kalup (ili jezgro) infiltriraju se u tečnost gvožđa, što dovodi do lokalizovane poroznosti u određenim delovima odlivaka tokom procesa hlađenja. Treba naglasiti da se interakcija između rastaljenog metala i kalupa/jezgra dešava samo tokom livenja, dozvoljavajući gasovima koje proizvodi kalup/jezgro na visokim temperaturama da se infiltriraju u tečnost gvožđa. (fizička reakcija)
◆ Karakteristike ulazne poroznosti:
- Manifestira se kao lokalizirana poroznost koja se javlja u određenim područjima odljevka.
- Površina pora je relativno glatka, predstavljaju pojedinačne šupljine ili šupljine u obliku saća.
- Boja pora je bijela ili može imati tamni sloj, povremeno prekriven oksidiranom kožom.
- U slučaju nodularnog/sabijenog grafitnog gvožđa, može emitovati miris koji podseća na karbid. Vidi sliku 1.
Poroznost skupljanja:
- Pokazuje karakteristike skupljanja i poroznosti.
- Pogledajte sliku 2.
1.2 Poroznost padavina (poroznost nalik situ):
Gasovi rastvoreni u tečnosti formiraju pore tokom procesa hlađenja kako se njihova rastvorljivost smanjuje. Ove pore često imaju kružni, eliptični ili igličasti oblik. Bitno je napomenuti da se stvaranje gasa u tečnosti gvožđa dešava tokom faza topljenja i obrade. Kako temperatura tečnosti gvožđa raste, rastvorljivost gasova se povećava, što dovodi do povećanog sadržaja gasa usled fizičkih i hemijskih reakcija tokom procesa topljenja. (Prisustvo gasa u tečnosti gvožđa je posledica fizičkih i hemijskih reakcija koje uključuju sve supstance koje učestvuju u procesu topljenja).
Karakteristike poroznosti padavina:
Karakteristična karakteristika je da je brojna, raspršena i relativno ravnomjerno raspoređena po cijelom ili značajnom dijelu poprečnog presjeka odljevka. Vidi sliku 3.
1.3 Poroznost reakcije:
Poroznost nastala kao posljedica kemijskih reakcija između rastaljenog metala i površine kalupa. U ovom procesu, željezna tekućina prolazi fazu hlađenja, uzrokujući oslobađanje plinova i zarobljavanje samo na površini odljevka.
Karakteristike reakcione poroznosti:
Ova vrsta poroznosti se uglavnom pojavljuje na površini odljevka, udaljenoj oko 1-3mm od površine odljevka. Predstavlja se kao gusto raspoređeni uzorak malih, usko raspoređenih pora, koje postaju vidljivije nakon termičke obrade i pjeskarenja. Tipično, ove pore imaju oblik nalik na iglicu ili punoglavac. Poznata je i kao podzemna poroznost. Vidi sliku 4.
A. Sferoidizirajući agens Tip šljake**
Karakteristike defekta: Na površini odlivaka pojavljuju se sferna udubljenja koja sadrže inkluzije. Ova udubljenja se često javljaju u blizini unutrašnjeg sistema vrata. Skenirajuća elektronska mikroskopija otkriva neravne površine unutar pora. Spektralna analiza sadržaja pora detektuje Si, Mg, Al, Ba i O. Prisustvo Mg, koje je specifično za sferoidizatore, ukazuje da su inkluzije šljaka nastala učešćem sferoidizujućih agenasa. Rupe u CO plinu nastaju kao rezultat reakcije između ugljika u tekućini željeza i šljake.
B. Tip šljake kao rezultat karakteristika defekta inokulanta: Poprečni presjek prikazuje nekoliko udubljenja. Skenirajuća elektronska mikroskopija i spektralna analiza otkrivaju neravne unutrašnje površine unutar udubljenja, zajedno sa prisustvom Si, Ca, Ba i O u inkluzijama. Ba je jedinstveni element inokulanta. Ovo ukazuje da rezidualni inokulant silicijum-gvožđe stvara šljaku, a reakcija između ugljenika u tečnosti gvožđa i oksida u šljaci dovodi do stvaranja gasa CO, uzrokujući defekte rupica. Uzrok: Nepotpuno otapanje inokulanta tokom protoka dovodi do stvaranja šljake. Protivmjere: Koristite suve inokulante kako biste spriječili prskanje tekućine željeza i poroznost šljake tokom inokulacije.
C Defekt: Tip inkluzije šljake i pijeska Izgled defekta: Višestruka udubljenja na površini odljevka u blizini spruve. Skenirajuća elektronska mikroskopija pokazuje prisustvo šljake i pijeska unutar udubljenja. Spektralna analiza ukazuje na prisustvo Si, O, Al u pijesku i elemenata poput Mg, Ce, Mn u zguri. Ovo sugerira da je defekt nastao zbog interakcije između inokulanta i pijeska. Rješenje: Povećajte površinu poprečnog presjeka vodilice i smanjite brzinu protoka u izljevu.
D Defekt: Vlaga izazvana peščanim kalupom Defekt defekta Izgled: Udubljenja na površini odlivaka nakon mašinske obrade. Skenirajuća elektronska mikroskopija ne otkriva defekte unutar udubljenja. Spektralna analiza pokazuje da su glavni elementi C, O, Si i Fe. Ovo je rupica defekta uzrokovana vodenom parom stvorenom od vlage u kalupu mokrog tipa. Rješenje: Smanjite sadržaj vlage u pijesku za oblikovanje, poboljšajte propusnost pijeska za kalupljenje i povećajte udio ugljenog praha u pijesku za kalupljenje. Smanjite sadržaj vlage smole u procesu proizvodnje hladne kutije.
2.1 Analiza uzroka invazivne poroznosti:
1. Razlozi invazivne poroznosti:
- Nerazuman dizajn sistema za izlivanje, koji dovodi do lošeg ispuštanja gasova ili formiranja vrtloga, što rezultira zarobljenim gasovima tokom izlivanja.
- Prevelika kompaktnost pješčanog kalupa, smanjujući njegovu propusnost.
- Neadekvatno odzračivanje gasa u jezgru peska ili začepljenje vazdušnih prolaza.
- Visok sadržaj vlage u pesku za oblikovanje (jezgro). Tokom vlažnih vremenskih uslova, vlažan vazduh može biti apsorbovan u kalup/jezgro i reaguje sa rastopljenim gvožđem, što rezultira stvaranjem velike količine gasa zarobljenog u šupljini kalupa.
- Kontaminacija nosača jezgra i gvožđa jezgra uljem.
- Previše isparljivih materija prisutnih u pesku za kalupljenje.
- Visok sadržaj smolenog dušika (N) u obloženom pijesku, što dovodi do razgradnje NH3 i stvaranja N i H plinova.
- Neravnomjerno sipanje, nedovoljno punjenje, što rezultira ulaskom velike količine gasa.
- Visok sadržaj gline u kalupnom pesku, slaba propusnost, izaziva "puhanje" na površini odlivaka, što se takođe smatra invazivnom poroznošću.
2.2 Analiza uzroka poroznosti:
1. Visok sadržaj gasa, jaka korozija i prekomerna površinska masnoća u punjenju peći rezultiraju većim sadržajem gasa u rastopljenom gvožđu.
2. Nedovoljno sušenje kalupa od rastopljenog gvožđa.
3. Nedovoljno sušenje legure.
4. Silicijum i retkozemni elementi u punjenju peći mogu lako da generišu otvore za gas vodonik, dok aluminijum ili glinica mogu da generišu gas.
5. Niska temperatura izlivanja, zbog čega generirani plin nema dovoljno vremena da se podigne i pobjegne.
6. Nestabilno sipanje.
7. Visoka temperatura peska koja prelazi 35 stepeni ili visoka temperatura jezgre može dovesti do apsorpcije vlage na površini šupljine kalupa i prekomernog sadržaja vode u površinskom sloju.
8. Reakciona poroznost: Gas proizveden hemijskom reakcijom između hemijskih elemenata rastopljenog gvožđa i kalupa/jezgra infiltrira se u tečnost. Gasne pore se formiraju tokom procesa hlađenja kada gas nema dovoljno vremena da se oslobodi.
9. Visok sadržaj preostalog magnezijuma: Preveliki sadržaj magnezijuma pogoršava tendenciju apsorpcije vodonika rastopljenog gvožđa. Sadržaj preostalog magnezijuma veći od 0.05% u rastopljenom željezu može uzrokovati poroznost potkožnog plina. Austenitno nodularno gvožđe visokog nikla sa sadržajem zaostalog magnezijuma većim od 0,07% je sklonije poroznosti potkožnog gasa.
10. Niska temperatura izlivanja.
11. Visok sadržaj sumpora u rastopljenom gvožđu: Kada sadržaj sumpora premašuje 0.094%, javlja se poroznost potkožnog gasa, a što je veći sadržaj sumpora, to je veća poroznost potkožnog gasa.
12. Sadržaj retkih zemalja: Prekomerni sadržaj retkih zemalja povećava sadržaj oksida u rastopljenom gvožđu, što dovodi do povećanja stranih jezgri mehurića i poroznosti potkožnog gasa. Zaostali sadržaj rijetkih zemalja treba kontrolisati unutar 0.043%.
13. Sadržaj aluminijuma: Aluminijum u rastopljenom gvožđu je glavni uzrok poroznosti gasovitog vodonika u odlivcima. Kada je sadržaj preostalog aluminijuma u mokrom tipu nodularnog gvožđa između 0.03% i 0,05%, javlja se poroznost potkožnog gasa.
14. Debljina stijenke odljevka: Odljevci tankih stijenki i odljevci debelih presjeka su manje skloni poroznosti potkožnog plina.
15. Sadržaj vlage u pesku za kalupljenje: Sa povećanjem sadržaja vlage, povećava se tendencija nodularnog livenog gvožđa da proizvodi poroznost potkožnog gasa. Kada se sadržaj vlage u pesku za kalupljenje kontroliše ispod 4,8%, stopa poroznosti potkožnog gasa približava se nuli.
Osim toga, kompaktnost kalupnog pijeska i temperatura izlivanja također igraju ulogu.
Para magnezijuma koja izlazi iz rastopljenog gvožđa i magnezijum sulfid na površini rastopljenog gvožđa reaguju sa vodenom parom u kalupu na sledeći način: Mg + H2O → MgO + 2[H] i MgS + H2O → MgO + H2O. Nastali plinovi vodonik, magnezijev oksid i magnezijum sulfid mogu se potencijalno infiltrirati u odljevak kroz površinu rastaljenog željeza.
3. Metode za sprječavanje defekata poroznosti:
1. Temeljno očistite punjenje peći kako biste uklonili višak plina, jaku koroziju i površinsku masnoću prije upotrebe.
2. Strogo kontrolisati temperaturu rastopljenog gvožđa kada se vadi iz peći i tokom sipanja. Izbjegavajte pretjerano niske temperature izlijevanja.
3. Potpuno osušite lončić peći, kutlaču i kalup za rastopljeno željezo. Zagrijte kutlaču prije upotrebe.
4. Prethodno zagrijte agense za sferoidizaciju i inokulanse na adekvatan način da smanjite količinu plina koju unose rijetka zemlja i ferosilicij.
5. Pravilno dizajnirajte sistem za izlivanje kako biste osigurali glatko odzračivanje unutar šupljine kalupa i stabilan protok u šupljinu.
6. Osigurajte ujednačenu kompaktnost kalupnog pijeska, izbjegavajući pretjerano zatezanje.
7. Smanjite sadržaj gline u jezgri pijeska na odgovarajući način i povećajte njegovu propusnost.
8. Osigurajte pravilno odzračivanje pješčanog jezgra i zatvorite praznine između jezgara kako biste spriječili ulazak rastopljenog željeza i blokiranje prolaza za zrak.
9. Postavite uspone ili ventilacione otvore na najvišim tačkama odlivaka. Obratite pažnju na ventilaciju prilikom izlivanja velikih odlivaka.
10. Lagano nagnite odljevak za velike ravne odljevke, s otvorima za ventilaciju postavljenim malo više kako bi se olakšalo odzračivanje.
11. Osušite i očistite kaple i hlađenje, osiguravajući da nisu rđe i zagađene uljem.
12. Smanjite sadržaj vlage u pijesku za oblikovanje, napravite otvore za ventilaciju na površinama za razdvajanje i povećajte količinu dodanog ugljenog praha ako je potrebno.
13. Smanjite sadržaj veziva na odgovarajući način. Za velike odljevke dodajte materijale koji povećavaju propusnost, kao što je piljevina.
14. Koristite okrugla zrna pijeska da poboljšate propusnost.
15. Smanjite sadržaj preostalog magnezijuma istovremeno osiguravajući pravilnu nodularizaciju. Minimizirajte sadržaj sumpora u izvornom rastopljenom željezu.
16. Kontrolišite temperaturu peska i sipajte što je pre moguće nakon zatvaranja kalupa.
17. Koristite osušene pješčane jezgre i spriječite upijanje vlage unutar kalupa. Nemojte koristiti pješčane jezgre koje jako upijaju vlagu.
18. Poprskajte ugljične materijale kao što je ulje ingota na površinu kalupa kako biste stvorili redukcijsku atmosferu između rastaljenog gvožđa i sučelja kalupa. Posipanje male količine praha fluorita ili natrijum fluorida na sučelje rastaljenog željeza i kalupa može smanjiti ili eliminirati potkožnu poroznost.
19. Po kišnom vremenu na odgovarajući način povećajte temperaturu izlijevanja.
20. Smanjite inkluzije magnezijum sulfida. Koristite sirovo gvožđe sa niskim sadržajem sumpora ili dodajte malu količinu sode pepela tokom tretmana sferoidizacije za odsumporavanje. Nakon sferoidizacije, više puta skinite šljaku i ostavite je da kratko odstoji kako bi MgS šljaka isplivala.
21. Kontrolišite temperaturu izlivanja. Za odljevke tankih stijenki, temperatura ne smije biti manja od 1320 stepeni; za odljevke srednje debljine stijenke, ne smije biti manji od 1300 stepeni; za komponente debelih zidova kao što su vodilice, ne bi trebalo da bude manji od 1280 stepeni. Silicijum-molibden liveno gvožđe i austenitno nodularno gvožđe sa visokim sadržajem nikla zahtevaju još više temperature.
