1. Porainības defektu klasifikācija un raksturojums
1.1. Uzmācīga porainība (lokalizēta porainība):
Izkausētā metāla termiskās apstrādes laikā pelējuma (vai serdes) radītās gāzes iesūcas dzelzs šķidrumā, radot lokalizētu porainību noteiktās lējuma vietās dzesēšanas procesa laikā. Jāuzsver, ka mijiedarbība starp izkausētu metālu un veidni/serdi notiek tikai liešanas laikā, ļaujot gāzēm, ko veidne/serdenis rada augstā temperatūrā, iefiltrēties dzelzs šķidrumā. (Fiziskā reakcija)
◆Ieplūdes porainības iezīmes:
- Izpaužas kā lokalizēta porainība, kas rodas noteiktos lējuma reģionos.
- Poru virsma ir samērā gluda, veidojot atsevišķus vai šūnveida tukšumus.
- Poru krāsa ir balta vai ar tumšu slāni, kas dažkārt pārklāts ar oksidētu ādu.
- Ja tiek izmantots mezglains/blīvēts grafīts, tas var izdalīt karbīda smaku. Skatiet 1. attēlu.
Saraušanās porainība:
- Uzrāda saraušanās un porainības īpašības.
- Skatiet 2. attēlu.
1.2. Nokrišņu porainība (sietam līdzīga porainība):
Šķidrumā izšķīdušās gāzes dzesēšanas procesā veido poras, jo samazinās to šķīdība. Šīm porām bieži ir apļveida, eliptiskas vai adatas formas. Ir svarīgi atzīmēt, ka gāzes veidošanās dzelzs šķidrumā notiek kausēšanas un apstrādes stadijās. Paaugstinoties dzelzs šķidruma temperatūrai, palielinās gāzu šķīdība, kā rezultātā palielinās gāzes saturs kausēšanas procesā notiekošo fizikālo un ķīmisko reakciju dēļ. (Gāzes klātbūtne dzelzs šķidrumā ir fizikālo un ķīmisko reakciju sekas, kurās iesaistītas visas kausēšanas procesā iesaistītās vielas).
Nokrišņu porainības raksturojums:
Raksturīga iezīme ir tā, ka tas ir daudz, izkliedēts un samērā vienmērīgi sadalīts visā lējuma šķērsgriezumā vai ievērojamā tā daļā. Skatīt 3. attēlu.
1.3. Reakcijas porainība:
Porainība, kas rodas ķīmisko reakciju rezultātā starp izkausētu metālu un veidnes saskarni. Šajā procesā dzelzs šķidrums tiek pakļauts dzesēšanas stadijai, izraisot gāzu izdalīšanos un iesprostotu tikai uz lējuma virsmas.
Reakcijas porainības raksturojums:
Šāda veida porainība pārsvarā parādās uz lējuma virsmas, aptuveni 1-3 mm attālumā no lējuma virsmas. Tas parādās kā blīvi izkliedēts mazu, cieši izvietotu poru raksts, kas kļūst pamanāmāks pēc termiskās apstrādes un skrošu strūklas. Parasti šīm porām ir adatai vai kurkulim līdzīga forma. To sauc arī par pazemes porainību. Skatīt 4. attēlu.
A. Sferoidizējošā līdzekļa izdedžu veids**
Defektu raksturojums: uz liešanas virsmas parādās sfēriskas ieplakas, kas satur ieslēgumus. Šīs ieplakas bieži rodas iekšējās vārtu sistēmas tuvumā. Skenējošā elektronu mikroskopija atklāj nelīdzenas virsmas poru iekšpusē. Poru satura spektrālā analīze nosaka Si, Mg, Al, Ba un O. Sferoidizatoriem raksturīgā Mg klātbūtne liecina, ka ieslēgumi ir izdedži, kas veidojas, piedaloties sferoidizējošajiem aģentiem. CO gāzes caurumi rodas reakcijā starp oglekli dzelzs šķidrumā un izdedžiem.
B. Sārņu tips, kas izriet no inokulanta defekta raksturlielumiem: Šķērsgriezumā ir redzamas vairākas ieplakas. Skenējošā elektronu mikroskopija un spektrālā analīze atklāj nelīdzenas iekšējās virsmas padziļinājumos, kā arī Si, Ca, Ba un O klātbūtni ieslēgumos. Ba ir unikāls inokulanta elements. Tas norāda, ka atlikušais silīcija-dzelzs inokulants veido izdedžus, un reakcija starp oglekli dzelzs šķidrumā un oksīdu izdedžos izraisa CO gāzes veidošanos, izraisot caurumu defektus. Iemesls: Sējmateriāla nepilnīga kušana plūsmas laikā izraisa izdedžu veidošanos. Pretpasākumi: izmantojiet sausos inokulanti, lai novērstu dzelzs šķidruma izšļakstīšanos un izdedžu porainību inokulācijas laikā.
C defekts: izdedžu un smilšu ieslēguma veida defekts Izskats: vairākas ieplakas uz lējuma virsmas pie sprauslas. Skenējošā elektronu mikroskopija parāda izdedžu un smilšu klātbūtni padziļinājumos. Spektrālā analīze norāda uz Si, O, Al klātbūtni smiltīs un tādus elementus kā Mg, Ce, Mn izdedžos. Tas liek domāt, ka defekts veidojas sējvielas un smilšu mijiedarbības dēļ. Risinājums: Palieliniet sprauslas sliedes šķērsgriezuma laukumu un samaziniet plūsmas ātrumu caurulē.
D Defekts: mitruma izraisīts smilšu pelējuma defekts. Defekts Izskats: iespiedumi uz lējuma virsmas pēc apstrādes. Skenējošā elektronu mikroskopija neatklāj nekādus defektus padziļinājumos. Spektrālā analīze parāda, ka galvenie elementi ir C, O, Si un Fe. Tas ir cauruma defekts, ko izraisa ūdens tvaiki, kas rodas no mitruma slapjā tipa veidnē. Risinājums: samaziniet mitruma saturu formēšanas smiltīs, uzlabojiet formēšanas smilšu caurlaidību un palieliniet ogļu pulvera īpatsvaru formēšanas smiltīs. Samaziniet sveķu mitruma saturu aukstumkastes serdes ražošanas procesā.
2.1. Invazīvās porainības cēloņu analīze:
1. Invazīvās porainības iemesli:
- Nesaprātīga izliešanas sistēmas konstrukcija, kas izraisa vāju gāzes izplūdi vai virpuļu veidošanos, kā rezultātā izliešanas laikā tiek iesprostoti gāzes.
- Pārmērīgs smilšu veidnes kompaktums, samazinot tās caurlaidību.
- Nepietiekama gāzes izvadīšana smilšu serdeņā vai gaisa kanālu aizsprostošanās.
- Augsts mitruma saturs formēšanas smiltīs (kodolā). Mitros laika apstākļos mitrais gaiss var tikt absorbēts veidnē/serdenī un reaģēt ar izkusušo dzelzi, kā rezultātā veidnes dobumā tiek ieslodzīts liels daudzums gāzes.
- Serdes balsta un serdes dzelzs piesārņojums ar eļļu.
- Formēšanas smiltīs ir pārāk daudz gaistošu vielu.
- Augsts sveķu slāpekļa (N) saturs pārklātajās smiltīs, kas izraisa NH3 sadalīšanos un N un H gāzu veidošanos.
- Nevienmērīga izliešana, nepietiekams pildījums, kā rezultātā ieplūst liels daudzums gāzes.
- Augsts mālu saturs formēšanas smiltīs, slikta caurlaidība, radot "izpūtienus" uz lējuma virsmas, kas arī tiek uzskatīta par invazīvu porainību.
2.2. Porainības cēloņu analīze:
1. Augsts gāzes saturs, spēcīga korozija un pārmērīga virsmas smērviela krāsns lādiņā rada lielāku gāzes saturu izkausētajā dzelzē.
2. Nepietiekama izkausētās dzelzs veidnes žāvēšana.
3. Nepietiekama sakausējuma žāvēšana.
4. Silīcija un retzemju elementi krāsns lādiņā var viegli radīt ūdeņraža gāzes caurumus, savukārt alumīnijs vai alumīnija oksīds var radīt gāzi.
5. Zema liešanas temperatūra, kā rezultātā radītajai gāzei nav pietiekami daudz laika pacelties un izplūst.
6. Nestabila liešana.
7. Augsta smilšu temperatūra, kas pārsniedz 35 grādus, vai augsta serdes temperatūra var izraisīt mitruma uzsūkšanos uz pelējuma dobuma virsmas un pārmērīgu ūdens saturu virsmas slānī.
8. Reakcijas porainība: gāze, kas rodas ķīmiskās reakcijas rezultātā starp izkausētā dzelzs ķīmiskajiem elementiem un veidni/serdi, infiltrējas šķidrumā. Gāzes poras veidojas dzesēšanas procesā, kad gāzei nav pietiekami daudz laika, lai izdalītos.
9. Augsts atlikušā magnija saturs: pārmērīgs magnija saturs saasina izkausētā dzelzs ūdeņraža absorbcijas tendenci. Magnija atlikuma saturs, kas lielāks par 0.05% izkausētā dzelzē var izraisīt zemādas gāzes porainību. Augsta niķeļa austenīta kaļamais čuguns ar atlikušo magnija saturu, kas pārsniedz 0,07%, ir vairāk pakļauts zemādas gāzes porainībai.
10. Zema liešanas temperatūra.
11. Augsts sēra saturs izkausētajā dzelzē: ja sēra saturs pārsniedz 0,094%, rodas zemādas gāzes porainība, un jo lielāks sēra saturs, jo smagāka ir zemādas gāzes porainība.
12. Retzemju saturs: pārmērīgs retzemju metālu saturs palielina oksīdu saturu izkausētajā dzelzē, kā rezultātā palielinās svešzemju burbuļu kodoli un zemādas gāzes porainība. Atlikušais retzemju saturs ir jākontrolē 0,043% robežās.
13. Alumīnija saturs: alumīnijs izkausētajā dzelzē ir galvenais ūdeņraža gāzes porainības cēlonis lējumos. Ja alumīnija atlikuma saturs slapjā kaļamā čugunā ir no 0.03% līdz 0,05%, rodas zemādas gāzes porainība.
14. Lējuma sieniņu biezums: plānsienu un biezu sekciju lējumi ir mazāk pakļauti zemādas gāzes porainībai.
15. Mitruma saturs formēšanas smiltīs: palielinoties mitruma saturam, palielinās mezglainā čuguna tendence radīt zemādas gāzes porainību. Ja mitruma saturs formēšanas smiltīs tiek kontrolēts zem 4,8%, zemādas gāzes porainības līmenis tuvojas nullei.
Turklāt nozīme ir arī formēšanas smilšu kompaktumam un liešanas temperatūrai.
Magnija tvaiki, kas izplūst no izkausētās dzelzs, un magnija sulfīds uz izkausētās dzelzs virsmas reaģē ar ūdens tvaikiem veidnē šādi: Mg + H2O → MgO + 2[H] un MgS + H2O → MgO + H2O. Radītās ūdeņraža, magnija oksīda un magnija sulfīda gāzes var potenciāli iefiltrēties lējumā caur izkausētā dzelzs virsmu.
3. Porainības defektu novēršanas metodes:
1. Pirms lietošanas rūpīgi notīriet krāsns lādiņu, lai noņemtu pārmērīgu gāzes saturu, smagu koroziju un virsmas taukus.
2. Stingri kontrolējiet izkausētā dzelzs temperatūru, kad to izņem no krāsns un ielejot. Izvairieties no pārāk zemas liešanas temperatūras.
3. Pilnībā izžāvējiet krāsns tīģeli, kausu un izkausētu dzelzs veidni. Pirms lietošanas kausu uzkarsē.
4. Atbilstoši uzkarsējiet sferoidizējošos līdzekļus un inokulanti, lai samazinātu retzemju un ferosilīcija ievadītās gāzes daudzumu.
5. Pareizi projektējiet izliešanas sistēmu, lai nodrošinātu vienmērīgu ventilāciju veidnes dobumā un vienmērīgu plūsmu dobumā.
6. Nodrošiniet vienmērīgu formēšanas smilšu blīvumu, izvairoties no pārmērīgas necaurlaidības.
7. Atbilstoši samaziniet mālu saturu smiltīs un palieliniet to caurlaidību.
8. Nodrošiniet pareizu smilšu serdeņa ventilāciju un noblīvējiet spraugas starp serdeņiem, lai novērstu kausēta dzelzs iekļūšanu un bloķēšanu gaisa kanālos.
9. Iestatiet stāvvadus vai ventilācijas atveres lējuma augstākajos punktos. Lielu lējumu liešanas laikā pievērsiet uzmanību ventilācijai.
10. Lai iegūtu lielus plakanus lējumus, nedaudz sasveriet lējumu, lai ventilācijas atveres būtu nedaudz augstākas, lai atvieglotu ventilāciju.
11. Nosusiniet un notīriet plāksnītes un vēsus, nodrošinot, ka tiem nav rūsas un eļļas piesārņojuma.
12. Samaziniet mitruma saturu formēšanas smiltīs, izveidojiet ventilācijas atveres uz atdalīšanas virsmām un, ja nepieciešams, palieliniet pievienotā ogļu pulvera daudzumu.
13. Atbilstoši samaziniet saistvielas saturu. Lieliem lējumiem pievienojiet materiālus, kas palielina caurlaidību, piemēram, zāģu skaidas.
14. Lai uzlabotu caurlaidību, izmantojiet apaļus smilšu graudus.
15. Samaziniet atlikušā magnija saturu, vienlaikus nodrošinot pareizu mezgliņu veidošanos. Samaziniet sēra saturu sākotnējā izkausētajā dzelzē.
16. Kontrolējiet smilšu temperatūru un ielejiet pēc iespējas ātrāk pēc veidnes aizvēršanas.
17. Izmantojiet žāvētas smilšu serdes un novērsiet mitruma uzsūkšanos veidnes iekšpusē. Neizmantojiet smilšu serdes ar spēcīgu mitruma absorbciju.
18. Izsmidziniet uz veidnes virsmas oglekli saturošus materiālus, piemēram, lietņu eļļu, lai izveidotu reducējošu atmosfēru starp izkausēto dzelzi un veidnes saskarni. Neliela daudzuma fluoršpata pulvera vai nātrija fluorīda apkaisīšana uz izkausētā dzelzs un veidnes saskarnes var samazināt vai novērst zemādas porainību.
19. Lietainā laikā atbilstoši paaugstiniet izliešanas temperatūru.
20. Samaziniet magnija sulfīda ieslēgumus. Sferoidizācijas apstrādes laikā desulfurizācijai izmantojiet čugunu ar zemu sēra saturu vai pievienojiet nelielu daudzumu sodas pelnu. Pēc sferoidizācijas vairākas reizes noslaukiet izdedžus un ļaujiet tiem īsi nostāvēties, lai MgS izdedži varētu uzpeldēt.
21. Kontrolējiet liešanas temperatūru. Plānsienu lējumiem temperatūra nedrīkst būt zemāka par 1320 grādiem; vidēja sienu biezuma lējumiem tas nedrīkst būt mazāks par 1300 grādiem; biezu sienu komponentiem, piemēram, vadošajām plāksnēm, tas nedrīkst būt mazāks par 1280 grādiem. Silīcija molibdēna čugunam un austenīta kaļamam čugunam ar augstu niķeļa saturu ir nepieciešama vēl augstāka temperatūra.