1. Classificació i característiques dels defectes de porositat
1.1. Porositat intrusiva (porositat localitzada):
Durant el tractament tèrmic del metall fos, els gasos generats pel motlle (o nucli) s'infiltren al líquid de ferro, donant lloc a una porositat localitzada en determinades zones de la fosa durant el procés de refrigeració. Cal destacar que la interacció entre el metall fos i el motlle/nucli només es produeix durant la fosa, permetent que els gasos produïts pel motlle/nucli a altes temperatures s'infiltrin al líquid de ferro. (Reacció física)
◆Característiques de la porositat d'entrada:
- Es manifesta com a porositat localitzada que es produeix en regions específiques de la fosa.
- La superfície dels porus és relativament llisa, presentant-se com a buits individuals o de bresca.
- El color dels porus és blanc o pot tenir una capa fosca, de vegades coberta amb una pell oxidada.
- En el cas de ferro de grafit nodular/compactat, pot emetre una olor que recordi la del carbur. Vegeu la figura 1.
Porositat de contracció:
- Presenta característiques de contracció i porositat.
- Consulteu la figura 2.
1.2 Porositat de la precipitació (porositat semblant a un garbell):
Els gasos dissolts en el líquid formen porus durant el procés de refredament a mesura que disminueix la seva solubilitat. Aquests porus solen tenir formes circulars, el·líptiques o semblants a agulles. És essencial tenir en compte que la formació de gas en el líquid de ferro es produeix durant les etapes de fosa i processament. A mesura que augmenta la temperatura del líquid de ferro, la solubilitat dels gasos augmenta, donant lloc a un augment del contingut de gas a causa de reaccions físiques i químiques durant el procés de fosa. (La presència de gas dins del líquid de ferro és conseqüència de les reaccions físiques i químiques que impliquen totes les substàncies que participen en el procés de fosa).
Característiques de la porositat de la precipitació:
La característica és que és nombrosa, dispersa i relativament uniformement distribuïda per tota la secció transversal o una part important de la fosa. Vegeu la figura 3.
1.3 Porositat de la reacció:
Porositat generada com a conseqüència de reaccions químiques entre el metall fos i la interfície del motlle. En aquest procés, el líquid de ferro passa per una etapa de refredament, provocant que els gasos s'alliberin i quedin atrapats únicament a la superfície de la fosa.
Característiques de la porositat de la reacció:
Aquest tipus de porositat apareix predominantment a la superfície de la fosa, a uns 1-3 mm de distància de la superfície de la fosa. Es presenta com un patró densament distribuït de porus petits i molt espaiats, que es fan més evidents després del tractament tèrmic i el granallat. Normalment, aquests porus presenten una forma d'agulla o capgròs. També es coneix com a porositat subsuperficial. Vegeu la figura 4.
A. Tipus d'escòria d'agent esferoidant**
Característiques del defecte: A la superfície de colada apareixen depressions esfèriques que contenen inclusions. Aquestes depressions sovint es produeixen a prop del sistema de porteria interior. La microscòpia electrònica d'escaneig revela superfícies irregulars dins dels porus. L'anàlisi espectral del contingut de porus detecta Si, Mg, Al, Ba i O. La presència de Mg, que és específica dels agents esferoiditzants, indica que les inclusions són escòries formades per la participació d'agents esferoiditzants. Els forats de gas CO resulten de la reacció entre el carboni del líquid de ferro i l'escòria.
B. Tipus d'escòria resultant del defecte de l'inoculant Característiques: La secció transversal mostra diverses depressions. La microscòpia electrònica d'escaneig i l'anàlisi espectral revelen superfícies internes desiguals dins de les depressions, juntament amb la presència de Si, Ca, Ba i O a les inclusions. Ba és un element únic de l'inoculant. Això indica que l'inoculant residual de silici i ferro forma escòria i la reacció entre el carboni del líquid de ferro i l'òxid de l'escòria condueix a la generació de gas CO, que provoca defectes de forat. Causa: la fusió incompleta de l'inoculant durant el flux provoca la formació d'escòries. Contramesures: Utilitzeu inoculants secs per evitar esquitxades del líquid de ferro i la porositat de l'escòria durant la inoculació.
C Defecte: Tipus d'inclusió d'escòries i sorra Defecte Aspecte: Múltiples depressions a la superfície de la fosa prop del bebedero. La microscòpia electrònica d'escaneig mostra la presència d'escòries i sorra dins de les depressions. L'anàlisi espectral indica la presència de Si, O, Al a la sorra i elements com Mg, Ce, Mn a l'escòria. Això suggereix que el defecte es forma a causa de la interacció entre l'inoculant i la sorra. Solució: augmentar l'àrea de la secció transversal del canal de bebedero i reduir la velocitat del flux al bebedero.
D Defecte: defecte del motlle de sorra induït per la humitat Aspecte del defecte: depressions a la superfície de la fosa després del mecanitzat. La microscòpia electrònica d'escaneig no revela cap defecte dins de les depressions. L'anàlisi espectral mostra que els elements principals són C, O, Si i Fe. Aquest és un defecte de forat causat pel vapor d'aigua generat per la humitat del motlle de tipus humit. Solució: reduir el contingut d'humitat a la sorra de modelat, millorar la permeabilitat de la sorra de modelar i augmentar la proporció de pols de carbó a la sorra de modelar. Disminueix el contingut d'humitat de la resina en el procés de fabricació del nucli de la caixa freda.
2.1 Anàlisi de les causes de la porositat invasiva:
1. Motius de la porositat invasiva:
- Disseny poc raonable del sistema d'abocament, que condueix a una mala sortida de gas o formació de vòrtex, que resulta en gasos atrapats durant l'abocament.
- Excessiva compacitat del motlle de sorra, reduint la seva permeabilitat.
- Inadequada ventilació de gas al nucli de sorra o bloqueig dels passos d'aire.
- Alt contingut d'humitat a la sorra d'emmotllament (nucli). Durant les condicions meteorològiques humides, l'aire humit pot ser absorbit pel motlle/nucli i reaccionar amb el ferro fos, donant lloc a la generació d'una gran quantitat de gas atrapat a la cavitat del motlle.
- Contaminació del nucli de suport i del nucli de ferro amb oli.
- Excés de substàncies volàtils presents a la sorra d'emmotllament.
- Alt contingut de nitrogen (N) de la resina a la sorra recoberta, provocant la descomposició de NH3 i la formació de gasos N i H.
- Abocament desigual, farciment insuficient, provocant l'entrada de gran quantitat de gas.
- Alt contingut d'argila a la sorra d'emmotllament, poca permeabilitat, provocant "bufes" a la superfície de la fosa, que també es considera com a porositat invasiva.
2.2 Anàlisi de les causes de la porositat:
1. L'alt contingut de gas, la corrosió severa i l'excés de greix superficial a la càrrega del forn donen lloc a un contingut de gas més alt en el ferro fos.
2. Assecat insuficient del motlle de ferro fos.
3. Assecat insuficient de l'aliatge.
4. Els elements de silici i terres rares a la càrrega del forn poden generar fàcilment forats de gas d'hidrogen, mentre que l'alumini o l'alúmina poden generar gas.
5. Baixa temperatura d'abocament, fent que el gas generat no tingui prou temps per pujar i escapar.
6. Abocament inestable.
7. La temperatura elevada de la sorra que supera els 35 graus o la temperatura del nucli alta pot provocar l'absorció d'humitat a la superfície de la cavitat del motlle i un contingut excessiu d'aigua a la capa superficial.
8. Porositat de la reacció: El gas produït a partir de la reacció química entre els elements químics del ferro fos i el motlle/nucli s'infiltra al líquid. Els porus del gas es formen durant el procés de refredament quan el gas no té prou temps per ser alliberat.
9. Alt contingut de magnesi residual: un contingut excessiu de magnesi agreuja la tendència a l'absorció d'hidrogen del ferro fos. Contingut de magnesi residual superior a 0.05% en el ferro fos pot provocar porositat subcutània de gas. El ferro dúctil austenític d'alt níquel amb un contingut de magnesi residual superior al 0,07% és més propens a la porositat del gas subcutani.
10. Baixa temperatura d'abocament.
11. Alt contingut de sofre en el ferro fos: quan el contingut de sofre supera el 0,094%, es produeix la porositat del gas subcutani, i com més gran és el contingut de sofre, més severa és la porositat del gas subcutani.
12. Contingut de terres rares: un contingut excessiu de terres rares augmenta el contingut d'òxid en el ferro fos, provocant un augment dels nuclis de bombolles estranyes i la porositat del gas subcutani. El contingut residual de terres rares s'ha de controlar en un 0,043%.
13. Contingut d'alumini: l'alumini en el ferro fos és la principal causa de la porositat del gas d'hidrogen a les peces de fosa. Quan el contingut d'alumini residual en el ferro dúctil de tipus humit està entre 0.03% i 0,05%, es produeix la porositat del gas subcutània.
14. Gruix de la paret de fosa: les peces de fosa de parets primes i de secció gruixuda són menys propenses a la porositat subcutània de gas.
15. Contingut d'humitat a la sorra d'emmotllament: amb un augment del contingut d'humitat, augmenta la tendència del ferro colat nodular a produir porositat de gas subcutani. Quan el contingut d'humitat a la sorra d'emmotllament es controla per sota del 4,8%, la taxa de porositat del gas subcutani s'acosta a zero.
A més, la compacitat de la sorra d'emmotllament i la temperatura d'abocament també tenen un paper important.
El vapor de magnesi que escapa del ferro fos i el sulfur de magnesi a la superfície del ferro fos reaccionen amb el vapor d'aigua del motlle de la següent manera: Mg + H2O → MgO + 2[H] i MgS + H2O → MgO + H2O. Els gasos generats d'hidrogen, òxid de magnesi i sulfur de magnesi poden infiltrar-se potencialment a la fosa a través de la superfície del ferro fos.
3. Mètodes per prevenir defectes de porositat:
1. Netegeu la càrrega del forn a fons per eliminar el contingut excessiu de gas, la corrosió severa i el greix superficial abans d'utilitzar-lo.
2. Controlar estrictament la temperatura del ferro fos quan es treu del forn i durant l'abocament. Eviteu temperatures d'abocament excessivament baixes.
3. Assequeu completament el gresol del forn, el cullerot i el motlle de ferro fos. Preescalfeu el cullerot abans d'utilitzar-lo.
4. Preescalfeu adequadament els agents esferoiditzants i els inoculants per reduir la quantitat de gas introduït per terres rares i ferrosilici.
5. Dissenyeu correctament el sistema d'abocament per garantir una ventilació suau dins de la cavitat del motlle i un flux constant a la cavitat.
6. Assegurar una compacitat uniforme de la sorra d'emmotllament, evitant l'excessiva estanquitat.
7. Reduir adequadament el contingut d'argila a la sorra del nucli i augmentar-ne la permeabilitat.
8. Assegureu-vos d'una correcta ventilació del nucli de sorra i segellar els buits entre els nuclis per evitar que el ferro fos entri i bloquegi els passos d'aire.
9. Col·loqueu aixetes o ventilacions als punts més alts de la fosa. Preste atenció a la ventilació durant l'abocament de peces grans.
10. Inclineu lleugerament la fosa per a peces grans i planes, amb els forats de ventilació posicionats una mica més alt per facilitar la ventilació.
11. Assequeu i netegeu les cordons i els calfreds, assegurant-vos que estiguin lliures d'òxid i contaminació d'oli.
12. Reduïu el contingut d'humitat a la sorra d'emmotllament, creeu ranures de ventilació a les superfícies de separació i augmenteu la quantitat de carbó en pols afegit si cal.
13. Reduïu adequadament el contingut de l'enquadernador. Per a peces de fosa grans, afegiu materials que augmenten la permeabilitat, com ara serradures.
14. Utilitzeu grans de sorra rodons per millorar la permeabilitat.
15. Reduir el contingut de magnesi residual alhora que garanteix una nodularització adequada. Minimitzar el contingut de sofre en el ferro fos original.
16. Controlar la temperatura de la sorra i abocar el més aviat possible després de tancar el motlle.
17. Utilitzeu nuclis de sorra seca i eviteu l'absorció d'humitat dins del motlle. No utilitzeu nuclis de sorra amb una gran absorció d'humitat.
18. Ruixeu materials carbonosos com l'oli de lingot a la superfície del motlle per crear una atmosfera reductora entre el ferro fos i la interfície del motlle. Espolvorear una petita quantitat de pols de flúor o fluorur de sodi a la interfície ferro-motlle fos pot reduir o eliminar la porositat subcutània.
19. Augmenteu la temperatura d'abocament adequadament en temps plujós.
20. Reduir les inclusions de sulfur de magnesi. Utilitzeu ferro brut amb baix contingut en sofre o afegiu una petita quantitat de carbonato de sodi durant el tractament d'esferoidització per a la desulfuració. Després de l'esferoidització, descremeu l'escòria diverses vegades i deixeu-la reposar breument per permetre que l'escòria MgS suri cap amunt.
21. Controlar la temperatura d'abocament. Per a peces de fosa de parets primes, la temperatura no ha de ser inferior a 1320 graus; per a peces de fosa de gruix de paret mitjà, no hauria de ser inferior a 1300 graus; per a components de paret gruixuda com les plaques de guia, no hauria de ser inferior a 1280 graus. El ferro colat de silici molibdè i el ferro dúctil austenític d'alt níquel requereixen temperatures encara més altes.
