1. Classificatie en kenmerken van porositeitsdefecten
1.1. Intrusieve porositeit (gelokaliseerde porositeit):
Tijdens de warmtebehandeling van het gesmolten metaal infiltreren gassen die door de mal (of kern) worden gegenereerd, in de ijzervloeistof, wat resulteert in plaatselijke porositeit in bepaalde delen van het gietstuk tijdens het koelproces. Benadrukt moet worden dat de interactie tussen het gesmolten metaal en de mal/kern alleen plaatsvindt tijdens het gieten, waardoor gassen die bij hoge temperaturen door de mal/kern worden geproduceerd, in de ijzervloeistof kunnen infiltreren. (Fysieke reactie)
◆Kenmerken van ingangsporositeit:
- Manifesteert zich als plaatselijke porositeit die optreedt in specifieke delen van het gietstuk.
- Het oppervlak van de poriën is relatief glad en presenteert zich als individuele of honingraatvormige holtes.
- De kleur van de poriën is wit of kan een donkere laag hebben, soms bedekt met een geoxideerde huid.
- In het geval van nodulair/gecompacteerd grafietijzer kan dit een geur afgeven die doet denken aan carbide. Zie figuur 1.
Krimpporositeit:
- Vertoont kenmerken van krimp en porositeit.
- Zie Figuur 2.
1.2 Neerslagporositeit (zeefachtige porositeit):
Gassen die in de vloeistof zijn opgelost, vormen tijdens het koelproces poriën naarmate hun oplosbaarheid afneemt. Deze poriën hebben vaak ronde, elliptische of naaldachtige vormen. Het is essentieel op te merken dat gasvorming in de ijzervloeistof plaatsvindt tijdens de smelt- en verwerkingsfasen. Naarmate de temperatuur van de ijzervloeistof stijgt, neemt de oplosbaarheid van gassen toe, wat resulteert in een verhoogd gasgehalte als gevolg van fysische en chemische reacties tijdens het smeltproces. (De aanwezigheid van gas in de ijzervloeistof is een gevolg van de fysische en chemische reacties waarbij alle stoffen betrokken zijn die aan het smeltproces deelnemen).
Kenmerken van neerslagporositeit:
Het karakteristieke kenmerk is dat het talrijk, verspreid en relatief gelijkmatig verdeeld is over de gehele of een aanzienlijk deel van de dwarsdoorsnede van het gietstuk. Zie figuur 3.
1.3 Reactieporositeit:
Porositeit gegenereerd als gevolg van chemische reacties tussen het gesmolten metaal en het grensvlak van de mal. Bij dit proces ondergaat de ijzervloeistof een afkoelfase, waardoor de gassen vrijkomen en uitsluitend op het oppervlak van het gietstuk worden opgevangen.
Kenmerken van reactieporositeit:
Dit type porositeit komt voornamelijk voor op het oppervlak van het gietstuk, op ongeveer 1-3mm afstand van het gietoppervlak. Het presenteert zich als een dicht verdeeld patroon van kleine, dicht bij elkaar gelegen poriën, die duidelijker worden na warmtebehandeling en gritstralen. Meestal vertonen deze poriën een naaldachtige of kikkervisjeachtige vorm. Het wordt ook wel ondergrondse porositeit genoemd. Zie figuur 4.
A. Type sferoïdiserend middel**
Kenmerken van defecten: Er verschijnen bolvormige depressies op het gietoppervlak, die insluitsels bevatten. Deze depressies komen vaak voor in de buurt van het binnenste poortsysteem. Rasterelektronenmicroscopie onthult oneffen oppervlakken in de poriën. Spectrale analyse van het poriëngehalte detecteert Si, Mg, Al, Ba en O. De aanwezigheid van Mg, dat specifiek is voor sferoïdiserende middelen, geeft aan dat de insluitsels slakken zijn die zijn gevormd door de deelname van sferoïdiserende middelen. CO-gasgaatjes zijn het gevolg van de reactie tussen koolstof in de ijzervloeistof en slak.
B. Type slak als gevolg van defecten in het inoculant. Kenmerken: De dwarsdoorsnede vertoont verschillende inzinkingen. Rasterelektronenmicroscopie en spectrale analyse onthullen ongelijkmatige interne oppervlakken binnen de depressies, samen met de aanwezigheid van Si, Ca, Ba en O in de insluitsels. Ba is een uniek element van het inoculant. Dit geeft aan dat het resterende silicium-ijzer-inoculant slakken vormt, en de reactie tussen koolstof in de ijzervloeistof en het oxide in de slakken leidt tot de vorming van CO-gas, waardoor pinhole-defecten ontstaan. Oorzaak: Onvolledig smelten van het entmiddel tijdens de stroming leidt tot slakvorming. Tegenmaatregelen: Gebruik droge inoculanten om spatten van de ijzervloeistof en de porositeit van de slak tijdens de inenting te voorkomen.
C Defect: Insluiting van slak en zand Type defect Uiterlijk: Meerdere inzinkingen op het oppervlak van het gietstuk nabij de aanspuiting. Rasterelektronenmicroscopie toont de aanwezigheid van slakken en zand in de depressies aan. Spectrale analyse wijst op de aanwezigheid van Si, O, Al in het zand, en elementen zoals Mg, Ce, Mn in de slak. Dit suggereert dat het defect wordt gevormd als gevolg van de interactie tussen het inoculant en het zand. Oplossing: Vergroot de dwarsdoorsnede van de spruw en verlaag de stroomsnelheid in de spruw.
D Defect: door vocht veroorzaakte zandvormdefect Defect Uiterlijk: depressies op het oppervlak van het gietstuk na bewerking. Rasterelektronenmicroscopie onthult geen defecten in de depressies. Spectraalanalyse laat zien dat de belangrijkste elementen C, O, Si en Fe zijn. Dit is een pinhole-defect dat wordt veroorzaakt door waterdamp die wordt gegenereerd door vocht in de natte mal. Oplossing: Verlaag het vochtgehalte in het vormzand, verbeter de doorlaatbaarheid van het vormzand en verhoog het aandeel steenkoolpoeder in het vormzand. Verlaag het harsvochtgehalte in het productieproces van de coldbox-kern.
2.1 Analyse van oorzaken van invasieve porositeit:
1. Redenen voor invasieve porositeit:
- Onredelijk ontwerp van het gietsysteem, wat leidt tot slechte gasuitlaat of vortexvorming, wat resulteert in ingesloten gassen tijdens het gieten.
- Overmatige compactheid van de zandvorm, waardoor de doorlaatbaarheid ervan wordt verminderd.
- Onvoldoende gasafvoer in de zandkern of verstopping van de luchtdoorgangen.
- Hoog vochtgehalte in het vormzand (kern). Tijdens vochtige weersomstandigheden kan de vochtige lucht worden geabsorbeerd door de mal/kern en reageren met het gesmolten ijzer, waardoor een grote hoeveelheid gas ontstaat die in de malholte wordt opgesloten.
- Verontreiniging van de kernsteun en het kernijzer met olie.
- Er zijn teveel vluchtige stoffen aanwezig in het vormzand.
- Hoog harsstikstofgehalte (N) in gecoat zand, wat leidt tot de afbraak van NH3 en de vorming van N- en H-gassen.
- Ongelijkmatig gieten, onvoldoende vulling, waardoor een grote hoeveelheid gas binnendringt.
- Hoog kleigehalte in het vormzand, slechte doorlaatbaarheid, waardoor "blaasgaten" op het oppervlak van het gietstuk ontstaan, wat ook als invasieve porositeit wordt beschouwd.
2.2 Analyse van de oorzaken van porositeit:
1. Een hoog gasgehalte, ernstige corrosie en overmatig oppervlaktevet in de ovenvulling resulteren in een hoger gasgehalte in het gesmolten ijzer.
2. Onvoldoende droging van de gesmolten ijzeren mal.
3. Onvoldoende droging van de legering.
4. Silicium- en zeldzame aardelementen in de ovenlading kunnen gemakkelijk waterstofgasgaten genereren, terwijl aluminium of aluminiumoxide gas kunnen genereren.
5. Lage schenktemperatuur, waardoor het gegenereerde gas niet genoeg tijd heeft om op te stijgen en te ontsnappen.
6. Onstabiel gieten.
7. Een hoge zandtemperatuur van meer dan 35 graden of een hoge kerntemperatuur kan leiden tot vochtopname op het oppervlak van de vormholte en een overmatig watergehalte in de oppervlaktelaag.
8. Reactieporositeit: Gas dat ontstaat uit de chemische reactie tussen de chemische elementen van het gesmolten ijzer en de mal/kern, infiltreert in de vloeistof. De gasporiën worden gevormd tijdens het koelproces wanneer het gas niet voldoende tijd heeft om vrij te komen.
9. Hoog restmagnesiumgehalte: Een te hoog magnesiumgehalte verergert de neiging tot waterstofabsorptie van het gesmolten ijzer. Een resterend magnesiumgehalte groter dan 0.05% in het gesmolten ijzer kan onderhuidse gasporositeit veroorzaken. Austenitisch nodulair gietijzer met een hoog nikkelgehalte en een restmagnesiumgehalte van meer dan 0,07% is gevoeliger voor subcutane gasporositeit.
10. Lage giettemperatuur.
11. Hoog zwavelgehalte in het gesmolten ijzer: Wanneer het zwavelgehalte de 0.094% overschrijdt, treedt er onderhuidse gasporositeit op, en hoe hoger het zwavelgehalte, hoe ernstiger de onderhuidse gasporositeit.
12. Gehalte aan zeldzame aardmetalen: Een overmatig gehalte aan zeldzame aardmetalen verhoogt het oxidegehalte in het gesmolten ijzer, wat leidt tot een toename van de kernen van vreemde bellen en de porositeit van het onderhuidse gas. Het resterende gehalte aan zeldzame aardmetalen moet binnen een bereik van 0,043% worden beheerd.
13. Aluminiumgehalte: Aluminium in het gesmolten ijzer is de belangrijkste oorzaak van de porositeit van waterstofgas in gietstukken. Wanneer het resterende aluminiumgehalte in nat nodulair gietijzer tussen 0.03% en 0,05% ligt, treedt er subcutane gasporositeit op.
14. Dikte van de gietwand: Dunwandige en dikwandige gietstukken zijn minder gevoelig voor onderhuidse gasporositeit.
15. Vochtgehalte in vormzand: Met een toename van het vochtgehalte neemt de neiging van nodulair gietijzer om onderhuidse gasporositeit te produceren toe. Wanneer het vochtgehalte in het vormzand onder de 4,8% wordt gehouden, nadert de onderhuidse gasporositeit nul.
Daarnaast spelen ook de compactheid van het vormzand en de giettemperatuur een rol.
Magnesiumdamp die uit het gesmolten ijzer ontsnapt en magnesiumsulfide op het oppervlak van het gesmolten ijzer reageren als volgt met de waterdamp in de mal: Mg + H2O → MgO + 2[H] en MgS + H2O → MgO + H2O. De gegenereerde waterstof-, magnesiumoxide- en magnesiumsulfidegassen kunnen mogelijk via het oppervlak van het gesmolten ijzer in het gietstuk infiltreren.
3. Methoden om porositeitsdefecten te voorkomen:
1. Reinig vóór gebruik de ovenvulling grondig om overmatig gasgehalte, ernstige corrosie en oppervlaktevet te verwijderen.
2. Controleer strikt de temperatuur van het gesmolten ijzer wanneer het uit de oven wordt gehaald en tijdens het gieten. Vermijd te lage giettemperaturen.
3. Droog de ovenkroes, de pollepel en de gesmolten ijzeren mal volledig. Verwarm de pollepel voor gebruik.
4. Verwarm sferoïdiserende middelen en inoculanten voldoende voor om de hoeveelheid gas die door zeldzame aardmetalen en ferrosilicium wordt geïntroduceerd te verminderen.
5. Ontwerp het gietsysteem op de juiste manier om een soepele ontluchting in de vormholte en een gestage stroom in de holte te garanderen.
6. Zorg voor een uniforme compactheid van het vormzand en voorkom overmatige dichtheid.
7. Het kleigehalte in het kernzand op passende wijze verlagen en de doorlatendheid vergroten.
8. Zorg voor een goede ontluchting van de zandkern en dicht de openingen tussen de kernen af om te voorkomen dat gesmolten ijzer binnendringt en de luchtdoorgangen blokkeert.
9. Plaats stijgbuizen of ventilatieopeningen op de hoogste punten van het gietstuk. Let op het ontluchten tijdens het gieten van grote gietstukken.
10. Kantel het gietstuk iets voor grote platte gietstukken, waarbij de ontluchtingsgaten iets hoger zijn geplaatst om de ontluchting te vergemakkelijken.
11. Droog en reinig de rozenkransen en rillen, en zorg ervoor dat ze vrij zijn van roest en olieverontreiniging.
12. Verlaag het vochtgehalte in het vormzand, maak ventilatiesleuven op de scheidingsvlakken en verhoog indien nodig de hoeveelheid toegevoegd steenkoolpoeder.
13. Verminder het bindmiddelgehalte op passende wijze. Voeg voor grote gietstukken materialen toe die de doorlaatbaarheid vergroten, zoals zaagsel.
14. Gebruik ronde zandkorrels om de doorlaatbaarheid te vergroten.
15. Verminder het resterende magnesiumgehalte en zorg tegelijkertijd voor een goede nodularisatie. Minimaliseer het zwavelgehalte in het oorspronkelijke gesmolten ijzer.
16. Controleer de zandtemperatuur en giet het zo snel mogelijk na het sluiten van de mal.
17. Gebruik gedroogde zandkernen en voorkom vochtopname in de mal. Gebruik geen zandkernen met sterke vochtopname.
18. Spuit koolstofhoudende materialen zoals blokolie op het matrijsoppervlak om een reducerende atmosfeer te creëren tussen het gesmolten ijzer en het matrijsgrensvlak. Het strooien van een kleine hoeveelheid vloeispaatpoeder of natriumfluoride op het grensvlak van gesmolten ijzer en mal kan de subcutane porositeit verminderen of elimineren.
19. Verhoog bij regenachtig weer de giettemperatuur op passende wijze.
20. Verminder de insluitsels van magnesiumsulfide. Gebruik laagzwavelig ruwijzer of voeg een kleine hoeveelheid natriumcarbonaat toe tijdens de sferoïdisatiebehandeling voor ontzwaveling. Na de sferoïdisering de slak meerdere keren afscheppen en kort laten staan, zodat de MgS-slak omhoog kan drijven.
21. Controleer de giettemperatuur. Voor dunwandige gietstukken mag de temperatuur niet lager zijn dan 1320 graden; voor gietstukken met gemiddelde wanddikte mag deze niet minder dan 1300 graden zijn; voor dikwandige componenten zoals geleideplaten mag deze niet minder dan 1280 graden zijn. Silicium-molybdeen gietijzer en austenitisch nodulair gietijzer met een hoog nikkelgehalte vereisen zelfs hogere temperaturen.
