1. Классификация и характеристика дефектов пористости.
1.1. Интрузивная пористость (локальная пористость):
Во время термической обработки расплавленного металла газы, образующиеся в форме (или стержне), проникают в железную жидкость, что приводит к локализованной пористости в определенных областях отливки в процессе охлаждения. Следует подчеркнуть, что взаимодействие между расплавленным металлом и формой/стержнем происходит только во время литья, позволяя газам, образующимся в форме/стержне при высоких температурах, проникать в жидкость железа. (Физическая реакция)
◆Особенности входной пористости:
- Проявляется в виде локализованной пористости, возникающей в определенных областях отливки.
- Поверхность пор относительно гладкая, представлена в виде отдельных или сотовых пустот.
- Цвет пор белый или может иметь темный слой, изредка покрытый окисленной пленкой.
- В случае чугуна с шаровидным/прессованным графитом он может издавать запах, напоминающий карбид. См. рисунок 1.
Усадочная пористость:
- Обладает характеристиками усадки и пористости.
- См. рисунок 2.
1.2 Пористость осадков (ситообразная пористость):
Газы, растворенные в жидкости, в процессе охлаждения образуют поры, поскольку их растворимость снижается. Эти поры часто имеют круглую, эллиптическую или игольчатую форму. Важно отметить, что газообразование в железосодержащей жидкости происходит на этапах плавки и переработки. По мере повышения температуры жидкого железа растворимость газов увеличивается, что приводит к увеличению содержания газа из-за физических и химических реакций в процессе плавки. (Наличие газа внутри жидкости железа является следствием физических и химических реакций, в которых участвуют все вещества, участвующие в процессе плавки).
Характеристики пористости осадков:
Характерной особенностью является то, что она многочисленна, дисперсна и сравнительно равномерно распределена по всему или значительной части поперечного сечения отливки. См. рисунок 3.
1.3 Реакционная пористость:
Пористость возникает в результате химических реакций между расплавленным металлом и поверхностью раздела формы. В этом процессе жидкость железа подвергается стадии охлаждения, в результате чего газы выделяются и задерживаются исключительно на поверхности отливки.
Характеристики реакционной пористости:
Этот тип пористости преимущественно появляется на поверхности отливки, на расстоянии около 1-3 мм от поверхности отливки. Он представляет собой плотно распределенный узор из мелких, близко расположенных пор, которые становятся более заметными после термической обработки и дробеструйной обработки. Обычно эти поры имеют игольчатую или головастикообразную форму. Это также известно как подповерхностная пористость. См. рисунок 4.
A. Тип шлака сфероидизирующего агента**
Характеристика дефекта: На поверхности отливки появляются сферические углубления, содержащие включения. Эти углубления часто возникают возле внутренней системы ворот. Сканирующая электронная микроскопия выявляет неровные поверхности внутри пор. Спектральный анализ содержимого пор обнаруживает Si, Mg, Al, Ba и O. Наличие Mg, специфичного для сфероидизирующих агентов, указывает на то, что включения представляют собой шлак, образовавшийся при участии сфероидизирующих агентов. Пороги газа CO возникают в результате реакции между углеродом в жидком железе и шлаком.
B. Тип шлака, обусловленный дефектами модификатора. На поперечном сечении имеется несколько впадин. Сканирующая электронная микроскопия и спектральный анализ выявили неровные внутренние поверхности внутри впадин, а также присутствие во включениях Si, Ca, Ba и O. Ba – уникальный элемент инокулянта. Это указывает на то, что остаточный кремний-железный модификатор образует шлак, а реакция между углеродом в железной жидкости и оксидом в шлаке приводит к образованию газообразного CO, вызывая точечные дефекты. Причина: Неполное плавление модификатора во время течения приводит к образованию шлака. Контрмеры: Используйте сухие модификаторы, чтобы предотвратить разбрызгивание жидкости железа и пористость шлака во время модифицирования.
C Дефект: Тип включений шлака и песка. Внешний вид дефекта: Множественные углубления на поверхности отливки возле литника. Сканирующая электронная микроскопия показывает наличие шлака и песка внутри впадин. Спектральный анализ указывает на наличие в песке Si, O, Al, а в шлаке таких элементов, как Mg, Ce, Mn. Это говорит о том, что дефект образуется вследствие взаимодействия модификатора и песка. Решение: Увеличьте площадь поперечного сечения желоба и уменьшите скорость потока в стояке.
D Дефект: Дефект песчаной формы, вызванный влажностью. Внешний вид дефекта: Впадины на поверхности отливки после механической обработки. Сканирующая электронная микроскопия не выявила дефектов внутри впадин. Спектральный анализ показывает, что основными элементами являются C, O, Si и Fe. Это точечный дефект, вызванный водяным паром, образующимся из-за влаги в форме мокрого типа. Решение: снизить содержание влаги в формовочном песке, улучшить проницаемость формовочного песка и увеличить долю угольного порошка в формовочном песке. Уменьшите содержание влаги в смоле в процессе производства сердцевины холодного короба.
2.1 Анализ причин инвазивной пористости:
1. Причины инвазивной пористости:
- Непродуманная конструкция системы заливки, приводящая к плохой отводу газов или образованию вихрей, в результате чего во время заливки задерживаются газы.
- Чрезмерная компактность песчаной формы, снижающая ее проницаемость.
- Недостаточная вентиляция газа в песчаном сердечнике или закупорка воздушных каналов.
- Высокое содержание влаги в формовочном песке (стержне). В условиях влажной погоды влажный воздух может поглощаться формой/стержнем и вступать в реакцию с расплавленным чугуном, что приводит к образованию большого количества газа, задерживаемого в полости формы.
- Загрязнение сердечника и сердечника маслом.
- В формовочном песке присутствует избыточное количество летучих веществ.
- Высокое содержание смоляного азота (N) в песке с покрытием, приводящее к разложению NH3 и образованию газов N и H.
- Неравномерная заливка, недостаточное заполнение, что приводит к попаданию большого количества газа.
- Высокое содержание глины в формовочном песке, плохая проницаемость, вызывающая образование «пузырей» на поверхности отливки, что также считается инвазивной пористостью.
2.2 Анализ причин пористости:
1. Высокое газосодержание, сильная коррозия и избыток поверхностной смазки в шихте приводят к повышенному содержанию газа в расплавленном чугуне.
2. Недостаточная сушка расплавленной чугунной формы.
3. Недостаточная сушка сплава.
4. Кремний и редкоземельные элементы в шихте могут легко образовывать дыры для газообразного водорода, тогда как алюминий или глинозем могут выделять газ.
5. Низкая температура заливки, из-за которой образующийся газ не успевает подняться и выйти.
6. Нестабильное наливание.
7. Высокая температура песка, превышающая 35 градусов, или высокая внутренняя температура могут привести к впитыванию влаги на поверхность полости формы и чрезмерному содержанию воды в поверхностном слое.
8. Реакционная пористость: газ, образующийся в результате химической реакции между химическими элементами расплавленного железа и формой/стержнем, проникает в жидкость. Газовые поры образуются в процессе охлаждения, когда газ не успевает выйти.
9. Высокое остаточное содержание магния. Чрезмерное содержание магния усугубляет склонность расплавленного железа к поглощению водорода. Остаточное содержание магния, превышающее 0.05 % в расплавленном железе, может вызвать образование подкожной газовой пористости. Высоконикелевый аустенитный ковкий чугун с остаточным содержанием магния более 0,07% более склонен к подкожной газовой пористости.
10. Низкая температура заливки.
11. Высокое содержание серы в расплавленном железе: когда содержание серы превышает 0,094%, возникает подкожная газовая пористость, и чем выше содержание серы, тем сильнее подкожная газовая пористость.
12. Содержание редкоземельных элементов. Чрезмерное содержание редкоземельных элементов увеличивает содержание оксидов в расплавленном железе, что приводит к увеличению количества инородных ядер пузырьков и пористости подкожного газа. Остаточное содержание редкоземельных элементов должно контролироваться в пределах 0,043%.
13. Содержание алюминия. Алюминий в расплавленном чугуне является основной причиной пористости газообразного водорода в отливках. Когда остаточное содержание алюминия в ковком чугуне мокрого типа составляет от 0.03% до 0,05%, возникает подкожная газовая пористость.
14. Толщина стенки отливки. Тонкостенные и толстосекционные отливки менее склонны к образованию подкожных газовых пор.
15. Содержание влаги в формовочном песке. С увеличением содержания влаги склонность чугуна с шаровидным графитом к образованию подкожной газовой пористости увеличивается. Когда содержание влаги в формовочном песке поддерживается ниже 4,8%, степень пористости подкожного газа приближается к нулю.
Кроме того, роль играют плотность формовочного песка и температура заливки.
Пары магния, выходящие из жидкого чугуна, и сульфид магния на поверхности жидкого чугуна реагируют с парами воды в форме следующим образом: Mg + H2O → MgO + 2[H] и MgS + H2O → MgO + H2O. Образовавшиеся газы водород, оксид магния и сульфид магния потенциально могут проникнуть в отливку через поверхность расплавленного железа.
3.Методы предотвращения дефектов пористости:
1. Перед использованием тщательно очистите шихту печи от избыточного содержания газа, сильной коррозии и поверхностного жира.
2. Строго контролировать температуру жидкого чугуна при выносе его из печи и во время разливки. Избегайте слишком низких температур заливки.
3. Полностью высушите тигель печи, ковш и форму для расплава чугуна. Перед использованием разогрейте ковш.
4. Предварительно нагрейте сфероидизирующие агенты и модификаторы, чтобы уменьшить количество газа, вносимого редкоземельными элементами и ферросилицием.
5. Правильно спроектируйте систему заливки, чтобы обеспечить плавную вентиляцию внутри полости формы и постоянный поток в полость.
6. Обеспечьте равномерную уплотненность формовочной смеси, не допуская чрезмерной герметичности.
7. Соответствующим образом уменьшите содержание глины в керновом песке и увеличьте его проницаемость.
8. Обеспечьте надлежащую вентиляцию песчаного сердечника и загерметизируйте зазоры между сердечниками, чтобы предотвратить попадание расплавленного железа и блокирование воздушных каналов.
9. Установите стояки или вентиляционные отверстия в самых высоких точках отливки. Обратите внимание на вентиляцию при заливке крупных отливок.
10. Для получения больших плоских отливок слегка наклоните отливку, расположив вентиляционные отверстия немного выше, чтобы облегчить вентиляцию.
11. Высушите и очистите венчики и охлаждающие устройства, убедившись, что на них нет ржавчины и масляных загрязнений.
12. Уменьшите содержание влаги в формовочном песке, создайте вентиляционные щели на разделительных поверхностях и при необходимости увеличьте количество добавляемого угольного порошка.
13. Соответствующим образом уменьшите содержание связующего. Для крупных отливок добавляйте материалы, повышающие проницаемость, например опилки.
14. Используйте круглые песчинки для повышения проницаемости.
15. Уменьшите остаточное содержание магния, обеспечив при этом правильное образование узелков. Минимизируйте содержание серы в исходном расплавленном чугуне.
16. Контролируйте температуру песка и заливайте его как можно скорее после закрытия формы.
17. Используйте высушенные песчаные стержни и не допускайте впитывания влаги внутрь формы. Не используйте песчаные стержни с сильным впитыванием влаги.
18. Распылите углеродсодержащие материалы, такие как масло для слитков, на поверхность формы, чтобы создать восстановительную атмосферу между расплавленным чугуном и поверхностью раздела формы. Посыпание небольшого количества порошка плавикового шпата или фторида натрия на поверхность раздела расплавленного железа и формы может уменьшить или устранить подкожную пористость.
19. В дождливую погоду повышайте температуру заливки соответствующим образом.
20. Уменьшить включения сульфида магния. Используйте чугун с низким содержанием серы или добавьте небольшое количество кальцинированной соды во время сфероидизации для обессеривания. После сфероидизации несколько раз снимите шлак и дайте ему немного постоять, чтобы шлак MgS всплыл.
21. Контролируйте температуру заливки. Для тонкостенных отливок температура не должна быть ниже 1320 градусов; для отливок со средней толщиной стенки она не должна быть менее 1300 градусов; для толстостенных компонентов, таких как направляющие пластины, он не должен быть меньше 1280 градусов. Кремний-молибденовый чугун и аустенитный ковкий чугун с высоким содержанием никеля требуют еще более высоких температур.
