علل و اقدامات پیشگیری برای نقص های تخلخل

1. طبقه بندی و ویژگی های عیوب تخلخل

1.1. تخلخل نفوذی (تخلخل موضعی):

در طی عملیات حرارتی فلز مذاب، گازهای تولید شده توسط قالب (یا هسته) به داخل مایع آهن نفوذ می‌کنند و در نتیجه تخلخل موضعی در مناطق خاصی از ریخته‌گری در طول فرآیند خنک‌سازی ایجاد می‌شود. باید تاکید کرد که برهمکنش بین فلز مذاب و قالب/هسته فقط در هنگام ریخته‌گری اتفاق می‌افتد و به گازهای تولید شده توسط قالب/هسته در دماهای بالا اجازه می‌دهد تا به مایع آهن نفوذ کنند. (واکنش فیزیکی)

◆ویژگی های Ingress Porosity:

- به صورت تخلخل موضعی که در نواحی خاصی از ریخته گری رخ می دهد، ظاهر می شود.

- سطح منافذ نسبتاً صاف است و به صورت حفره های منفرد یا لانه زنبوری ظاهر می شود.

- رنگ منافذ سفید یا ممکن است دارای یک لایه تیره باشد که گاهی اوقات با پوست اکسیده پوشیده شده است.

- در مورد آهن گرافیت ندولار/فشرده، ممکن است بویی شبیه کاربید متصاعد کند. شکل 1 را ببینید.

تخلخل انقباضی:

- ویژگی های انقباض و تخلخل را نشان می دهد.

- به شکل 2 مراجعه کنید.

1.2 تخلخل بارشی (تخلخل غربال مانند):

گازهای حل شده در مایع در طول فرآیند سرد شدن با کاهش حلالیت آنها منافذ تشکیل می دهند. این منافذ اغلب دارای اشکال دایره ای، بیضوی یا سوزنی مانند هستند. ذکر این نکته ضروری است که تشکیل گاز در مایع آهن در مراحل ذوب و فرآوری اتفاق می افتد. با افزایش دمای مایع آهن، حلالیت گازها افزایش می یابد و در نتیجه به دلیل واکنش های فیزیکی و شیمیایی در طی فرآیند ذوب، مقدار گاز افزایش می یابد. (وجود گاز در مایع آهن نتیجه واکنش های فیزیکی و شیمیایی است که شامل تمام مواد شرکت کننده در فرآیند ذوب می شود).

ویژگی های تخلخل بارش:

ویژگی مشخصه آن این است که متعدد، پراکنده و نسبتاً یکنواخت در کل یا بخش قابل توجهی از مقطع ریخته گری توزیع شده است. شکل 3 را ببینید.

1.3 تخلخل واکنش:

تخلخل ایجاد شده در نتیجه واکنش های شیمیایی بین فلز مذاب و رابط قالب. در این فرآیند، مایع آهن در مرحله سرد شدن قرار می‌گیرد و باعث می‌شود که گازها آزاد شده و تنها در سطح ریخته‌گری به دام بیفتند.

ویژگی های تخلخل واکنش:

این نوع تخلخل عمدتاً در سطح ریخته‌گری، در حدود 1-3 میلی‌متر دورتر از سطح ریخته‌گری ظاهر می‌شود. این به عنوان یک الگوی پراکنده از منافذ کوچک با فاصله نزدیک نشان داده می شود که پس از عملیات حرارتی و انفجار شات آشکارتر می شود. به طور معمول، این منافذ شکل سوزنی یا قورباغه ای را نشان می دهند. همچنین به عنوان تخلخل زیرسطحی شناخته می شود. شکل 4 را ببینید.

الف. نوع سرباره عامل کروی**

ویژگی های نقص: فرورفتگی های کروی بر روی سطح ریخته گری ظاهر می شوند که حاوی آخال ها هستند. این فرورفتگی ها اغلب در نزدیکی سیستم دروازه داخلی ایجاد می شوند. میکروسکوپ الکترونی روبشی سطوح ناهموار داخل منافذ را نشان می دهد. آنالیز طیفی محتوای منافذ، Si، Mg، Al، Ba، و O را شناسایی می‌کند. حضور منیزیم، که مخصوص عوامل کروی است، نشان می‌دهد که آخال‌ها از طریق مشارکت عوامل کروی تشکیل شده‌اند. سوراخ های گاز CO از واکنش بین کربن موجود در مایع آهن و سرباره ایجاد می شود.

ب. نوع سرباره ناشی از خصوصیات نقص مایه تلقیح: سطح مقطع چندین فرورفتگی را نشان می دهد. میکروسکوپ الکترونی روبشی و تجزیه و تحلیل طیفی سطوح داخلی ناهموار درون فرورفتگی‌ها را به همراه حضور Si، Ca، Ba، و O در آخال‌ها نشان می‌دهد. Ba یک عنصر منحصر به فرد از تلقیح است. این نشان می دهد که باقیمانده تلقیح سیلیکون-آهن سرباره را تشکیل می دهد و واکنش بین کربن موجود در مایع آهن و اکسید موجود در سرباره منجر به تولید گاز CO می شود که باعث ایجاد نقص سوراخ سوزنی می شود. علت: ذوب ناقص مایه تلقیح در حین جریان منجر به تشکیل سرباره می شود. اقدامات متقابل: برای جلوگیری از پاشیدن مایع آهن و تخلخل سرباره در حین تلقیح از تلقیح خشک استفاده کنید.

C عیب: سرباره و شن و ماسه نوع عیب ظاهر: فرورفتگی های متعدد در سطح ریخته گری در نزدیکی اسپرو. میکروسکوپ الکترونی روبشی وجود سرباره و ماسه را در فرورفتگی ها نشان می دهد. آنالیز طیفی وجود Si، O، Al در ماسه و عناصری مانند منیزیم، Ce، منگنز را در سرباره نشان می‌دهد. این نشان می دهد که نقص به دلیل تعامل بین تلقیح و ماسه ایجاد شده است. راه حل: سطح مقطع اسپرو رانر را افزایش دهید و سرعت جریان در اسپرو را کاهش دهید.

D عیب: نقص در قالب ماسه ناشی از رطوبت ظاهر: فرورفتگی های سطح ریخته گری پس از ماشین کاری. میکروسکوپ الکترونی روبشی هیچ نقصی را در فرورفتگی ها نشان نمی دهد. تجزیه و تحلیل طیفی نشان می دهد که عناصر اصلی C، O، Si و Fe هستند. این یک نقص سوراخ سوزنی ناشی از بخار آب تولید شده از رطوبت در قالب مرطوب است. راه حل: کاهش رطوبت در ماسه قالب گیری، بهبود نفوذپذیری ماسه قالب گیری و افزایش نسبت پودر زغال سنگ در ماسه قالب گیری. میزان رطوبت رزین را در فرآیند تولید هسته سرد کاهش دهید.

2.1 تجزیه و تحلیل علل تخلخل تهاجمی:

1. دلایل تخلخل تهاجمی:

- طراحی نامعقول سیستم ریختن، منجر به خروج گاز ضعیف یا تشکیل گرداب و در نتیجه گازها در حین ریختن به دام می‌افتد.

- فشردگی بیش از حد قالب ماسه، کاهش نفوذپذیری آن.

- تهویه ناکافی گاز در هسته شنی یا مسدود شدن مجرای هوا.

- رطوبت بالا در ماسه قالب گیری (هسته). در شرایط آب و هوایی مرطوب، هوای مرطوب می تواند توسط قالب/هسته جذب شود و با آهن مذاب واکنش دهد و در نتیجه مقدار زیادی گاز در حفره قالب به دام افتاده باشد.

- آلودگی ساپورت هسته و آهن هسته با روغن.

- مواد فرار بیش از حد موجود در ماسه قالب گیری.

- محتوای نیتروژن رزینی (N) بالا در ماسه پوشش داده شده، منجر به تجزیه NH3 و تشکیل گازهای N و H می شود.

- ریختن یکنواخت، پر نشدن کافی و در نتیجه ورود مقدار زیادی گاز.

- میزان رس زیاد در ماسه قالب گیری، نفوذپذیری ضعیف، ایجاد سوراخ های دمنده در سطح ریخته گری که به عنوان تخلخل تهاجمی نیز محسوب می شود.

2.2 تجزیه و تحلیل علل تخلخل:

1. محتوای گاز زیاد، خوردگی شدید و چربی سطحی بیش از حد در شارژ کوره منجر به محتوای گاز بیشتر در آهن مذاب می شود.

2. خشک شدن ناکافی قالب آهن مذاب.

3. خشک شدن ناکافی آلیاژ.

4. سیلیکون و عناصر خاکی کمیاب در شارژ کوره می توانند به راحتی سوراخ های گاز هیدروژن ایجاد کنند، در حالی که آلومینیوم یا آلومینا می توانند گاز تولید کنند.

5. دمای ریختن پایین، باعث می شود گاز تولید شده زمان کافی برای بالا آمدن و خروج نداشته باشد.

6. ریختن ناپایدار.

7. دمای بالای ماسه بیش از 35 درجه یا دمای هسته بالا می تواند منجر به جذب رطوبت در سطح حفره قالب و محتوای آب بیش از حد در لایه سطحی شود.

8. تخلخل واکنش: گاز حاصل از واکنش شیمیایی بین عناصر شیمیایی آهن مذاب و قالب/هسته به داخل مایع نفوذ می کند. منافذ گاز در طول فرآیند خنک سازی زمانی که گاز زمان کافی برای رها شدن ندارد تشکیل می شود.

9. مقدار بالای منیزیم باقیمانده: محتوای بیش از حد منیزیم تمایل به جذب هیدروژن آهن مذاب را تشدید می کند. مقدار منیزیم باقیمانده بیشتر از 0.05% در آهن مذاب می‌تواند باعث تخلخل گاز زیر جلدی شود. آهن داکتیل آستنیتی با نیکل بالا با مقدار منیزیم باقیمانده بیشتر از 0.07 درصد بیشتر مستعد تخلخل گاز زیر جلدی است.

10. دمای ریختن پایین.

11. محتوای گوگرد بالا در آهن مذاب: وقتی میزان گوگرد از 0.094% بیشتر شود، تخلخل گاز زیر جلدی رخ می دهد و هر چه میزان گوگرد بیشتر باشد، تخلخل گاز زیر جلدی شدیدتر می شود.

12. محتوای خاکی کمیاب: محتوای بیش از حد خاک کمیاب باعث افزایش محتوای اکسید در آهن مذاب می شود که منجر به افزایش هسته های حباب خارجی و تخلخل گاز زیر جلدی می شود. محتوای خاکی کمیاب باقیمانده باید در محدوده 0.043% کنترل شود.

13. محتوای آلومینیوم: آلومینیوم موجود در آهن مذاب عامل اصلی تخلخل گاز هیدروژن در ریخته گری است. زمانی که میزان آلومینیوم باقیمانده در چدن داکتیل نوع مرطوب بین 0 باشد.03% تا 0.05%، تخلخل گاز زیر جلدی رخ می‌دهد.

14. ضخامت دیواره ریخته گری: ریخته گری های جدار نازک و با مقطع ضخیم کمتر در معرض تخلخل گاز زیرپوستی هستند.

15. میزان رطوبت در ماسه قالب گیری: با افزایش رطوبت، تمایل چدن گره ای به تولید تخلخل گاز زیر جلدی افزایش می یابد. هنگامی که میزان رطوبت در ماسه قالب گیری زیر 4.8٪ کنترل می شود، نرخ تخلخل گاز زیر جلدی به صفر نزدیک می شود.

علاوه بر این، فشردگی ماسه قالب گیری و دمای ریختن نیز نقش دارند.

بخار منیزیم که از آهن مذاب خارج می شود و سولفید منیزیم روی سطح آهن مذاب با بخار آب موجود در قالب به صورت زیر واکنش می دهند: Mg + H2O → MgO + 2[H] و MgS + H2O → MgO + H2O. گازهای هیدروژن، اکسید منیزیم و سولفید منیزیم تولید شده می توانند به طور بالقوه از طریق سطح آهن مذاب به درون ریخته گری نفوذ کنند.

3. روش های جلوگیری از نقص تخلخل:

1. شارژ کوره را به طور کامل تمیز کنید تا محتوای گاز بیش از حد، خوردگی شدید و گریس سطح را قبل از استفاده از بین ببرید.

2. دمای آهن مذاب را هنگام بیرون آوردن از کوره و در هنگام ریختن به شدت کنترل کنید. از دمای ریختن بیش از حد پایین خودداری کنید.

3. بوته کوره، ملاقه و قالب آهن مذاب را کاملا خشک کنید. قبل از استفاده ملاقه را از قبل گرم کنید.

4. مواد کروی و تلقیح کننده ها را به اندازه کافی گرم کنید تا مقدار گاز وارد شده توسط خاک کمیاب و فروسیلیسیم را کاهش دهید.

5. سیستم ریختن را به درستی طراحی کنید تا از تهویه صاف در داخل حفره قالب و جریان ثابت به داخل حفره اطمینان حاصل کنید.

6. از فشردگی یکنواخت ماسه قالب گیری اطمینان حاصل کنید، از سفتی بیش از حد اجتناب کنید.

7. میزان رس در ماسه هسته را به طور مناسب کاهش دهید و نفوذپذیری آن را افزایش دهید.

8. از تهویه مناسب هسته ماسه اطمینان حاصل کنید و شکاف های بین هسته ها را ببندید تا از ورود آهن مذاب و مسدود شدن مسیرهای هوا جلوگیری شود.

9. رایزرها یا دریچه ها را در بالاترین نقاط ریخته گری قرار دهید. در هنگام ریختن ریخته گری های بزرگ به هواگیری توجه کنید.

10. ریخته گری را برای ریخته گری های مسطح بزرگ کمی کج کنید، در حالی که سوراخ های هواکش کمی بالاتر قرار گرفته اند تا تهویه راحت شود.

11. شاخک ها و سرما را خشک و تمیز کنید، مطمئن شوید که آنها از زنگ زدگی و آلودگی روغن پاک نمی شوند.

12. میزان رطوبت را در ماسه قالب گیری کاهش دهید، شکاف های دریچه ای را روی سطوح جداکننده ایجاد کنید و در صورت لزوم مقدار پودر زغال سنگ اضافه شده را افزایش دهید.

13. محتوای کلاسور را به طور مناسب کاهش دهید. برای ریخته گری های بزرگ، موادی مانند خاک اره که نفوذپذیری را افزایش می دهند، اضافه کنید.

14. از دانه های گرد ماسه برای افزایش نفوذپذیری استفاده کنید.

15. کاهش محتوای منیزیم باقی مانده در حالی که اطمینان از گره سازی مناسب. میزان گوگرد را در آهن مذاب اصلی به حداقل برسانید.

16. دمای ماسه را کنترل کرده و پس از بستن قالب در اسرع وقت بریزید.

17. از هسته های ماسه ای خشک شده استفاده کنید و از جذب رطوبت در داخل قالب جلوگیری کنید. از هسته های ماسه ای با جذب رطوبت شدید استفاده نکنید.

18. مواد کربن دار مانند روغن شمش را بر روی سطح قالب اسپری کنید تا یک فضای کاهش دهنده بین آهن مذاب و رابط قالب ایجاد شود. پاشیدن مقدار کمی پودر فلورسپار یا سدیم فلوراید روی سطح مذاب آهن و قالب می تواند تخلخل زیر جلدی را کاهش داده یا از بین ببرد.

19. دمای ریختن را به طور مناسب در هوای بارانی افزایش دهید.

20. ادخال سولفید منیزیم را کاهش دهید. از آهن خام با گوگرد کم استفاده کنید یا مقدار کمی خاکستر سودا را در طی عملیات کروی سازی برای گوگرد زدایی اضافه کنید. پس از کروی شدن، سرباره را چندین بار کم چرب کنید و بگذارید برای مدت کوتاهی بماند تا سرباره MgS شناور شود.

21. دمای ریختن را کنترل کنید. برای ریخته گری های جدار نازک، دما نباید کمتر از 1320 درجه باشد. برای ریخته گری با ضخامت دیواره متوسط، نباید کمتر از 1300 درجه باشد. برای قطعات جدار ضخیم مانند صفحات راهنما نباید کمتر از 1280 درجه باشد. چدن سیلیکون مولیبدن و چدن داکتیل آستنیتی با نیکل بالا نیاز به دمای بالاتری دارند.