1. Poorsusdefektide klassifikatsioon ja omadused
1.1. Sissetungiv poorsus (lokaliseeritud poorsus):
Sulametalli kuumtöötlemisel imbuvad valuvormi (või südamiku) tekitatud gaasid rauavedelikku, mille tulemuseks on valu teatud piirkondades jahutusprotsessis lokaalne poorsus. Tuleb rõhutada, et sulametalli ja vormi/südamiku vaheline interaktsioon toimub ainult valamise ajal, võimaldades vormi/südamiku poolt kõrgel temperatuuril toodetud gaasidel imbuda rauavedelikku. (Füüsiline reaktsioon)
◆Sissetungimise poorsuse omadused:
- Avaldub lokaalse poorsusena, mis ilmneb valandi teatud piirkondades.
- Pooride pind on suhteliselt sile, üksikute või kärgstruktuuride kujul.
- Pooride värvus on valge või võib olla tumeda kihiga, aeg-ajalt kaetud oksüdeerunud nahaga.
- Nodulaarse/tihendatud grafiitraua puhul võib see eritada karbiidi meenutavat lõhna. Vt joonis 1.
Kokkutõmbumise poorsus:
- Sellel on kokkutõmbumis- ja poorsusomadused.
- Vaadake joonist 2.
1.2 Sademete poorsus (sõelalaadne poorsus):
Vedelikus lahustunud gaasid moodustavad jahutusprotsessi käigus poorid, kuna nende lahustuvus väheneb. Need poorid on sageli ringikujulised, elliptilised või nõelakujulised. Oluline on märkida, et gaasi moodustumine rauavedelikus toimub sulatamise ja töötlemise etapis. Raua vedeliku temperatuuri tõustes suureneb gaaside lahustuvus, mille tulemuseks on gaasisisalduse suurenemine, mis on tingitud sulatusprotsessis toimuvatest füüsikalistest ja keemilistest reaktsioonidest. (Gaasi olemasolu rauavedelikus on füüsikaliste ja keemiliste reaktsioonide tagajärg, milles osalevad kõik sulatusprotsessis osalevad ained).
Sademete poorsuse omadused:
Iseloomulik on see, et seda on palju, see on hajutatud ja suhteliselt ühtlaselt jaotunud kogu valu ristlõike ulatuses või selle olulises osas. Vaata joonist 3.
1.3 Reaktsiooni poorsus:
Poorsus, mis tekib sulametalli ja vormi liidese vaheliste keemiliste reaktsioonide tagajärjel. Selles protsessis läbib rauavedelik jahutusfaasi, mille tulemusena eralduvad gaasid ja jäävad kinni ainult valandi pinnale.
Reaktsiooni poorsuse omadused:
Seda tüüpi poorsus ilmub valdavalt valandi pinnale, umbes 1-3 mm kaugusel valupinnast. See kujutab endast tihedalt jaotatud väikeste, tihedalt asetsevate pooride mustrit, mis muutuvad selgemaks pärast kuumtöötlemist ja haavelpuhastust. Tavaliselt on need poorid nõela või kullesetaolise kujuga. Seda tuntakse ka pinnaaluse poorsusena. Vaata joonist 4.
A. Sferoidiseeriva aine räbu tüüp**
Defekti omadused: Valupinnale tekivad sfäärilised süvendid, mis sisaldavad kandeid. Need süvendid tekivad sageli sisemise väravasüsteemi lähedal. Skaneeriv elektronmikroskoopia paljastab pooride sees ebaühtlased pinnad. Poorisisalduse spektraalanalüüs tuvastab Si, Mg, Al, Ba ja O. Sferoidiseerivatele ainetele omase Mg olemasolu näitab, et kandmised on räbu, mis moodustuvad sferoidiseerivate ainete osalusel. CO-gaasi augud tekivad rauavedelikus oleva süsiniku ja räbu vahelise reaktsiooni tulemusena.
B. Räbu tüüp, mis tuleneb inokulandi defekti omadustest: ristlõikel on mitu süvendit. Skaneeriv elektronmikroskoopia ja spektraalanalüüs paljastavad süvendites ebaühtlased sisepinnad ning Si, Ca, Ba ja O sisalduse kandmises. Ba on inokulandi ainulaadne element. See näitab, et räni-raua inokulandi jääk moodustab räbu ning rauavedelikus oleva süsiniku ja räbus sisalduva oksiidi vaheline reaktsioon põhjustab CO gaasi teket, mis põhjustab aukude defekte. Põhjus: inokulandi mittetäielik sulamine voolu ajal põhjustab räbu moodustumist. Vastumeetmed: kasutage kuivi inokulante, et vältida rauavedeliku pritsimist ja räbu poorsust inokuleerimise ajal.
C Defekt: räbu ja liiva sissekande tüübi defekt Välimus: mitu süvendit valandi pinnal anuma lähedal. Skaneeriv elektronmikroskoopia näitab räbu ja liiva olemasolu süvendites. Spektraalanalüüs näitab Si, O, Al olemasolu liivas ja elementide nagu Mg, Ce, Mn olemasolu räbus. See viitab sellele, et defekt on tekkinud inokulandi ja liiva vastasmõju tõttu. Lahendus: Suurendage tõmbetoru ristlõikepindala ja vähendage voolukiirust torus.
D Defekt: niiskusest tingitud liivvormi defekt, defekt Välimus: valu pinnale tekkinud süvendid pärast töötlemist. Skaneeriv elektronmikroskoopia ei näita süvendites defekte. Spektraalanalüüs näitab, et peamised elemendid on C, O, Si ja Fe. See on nööpaugu defekt, mis on põhjustatud märgvormi niiskusest tekkivast veeaurust. Lahendus: Vähendage vormiliiva niiskusesisaldust, parandage vormiliiva läbilaskvust ja suurendage söepulbri osakaalu vormiliivas. Vähendage vaigu niiskusesisaldust külmkasti südamiku tootmisprotsessis.
2.1 Invasiivse poorsuse põhjuste analüüs:
1. Invasiivse poorsuse põhjused:
- Valamissüsteemi ebamõistlik konstruktsioon, mis põhjustab halva gaasi väljalaske või keerise moodustumise, mille tulemuseks on gaaside kinnijäämine valamise ajal.
- Liivvormi liigne kompaktsus, mis vähendab selle läbilaskvust.
- Ebapiisav gaasi väljavool liivasüdamikus või õhukanalite ummistus.
- Vormiliiva (südamik) kõrge niiskusesisaldus. Niiskete ilmastikutingimuste korral võib vorm/südamik niiske õhu neelata ja sularauaga reageerida, mille tulemusena tekib hallitusõõnsusse kinni suur kogus gaasi.
- südamiku toe ja südamiku raua saastumine õliga.
- Vormiliivas on liiga palju lenduvaid aineid.
- Kõrge vaigu lämmastiku (N) sisaldus kaetud liivas, mis põhjustab NH3 lagunemist ning N- ja H-gaaside moodustumist.
- Ebaühtlane valamine, ebapiisav täitmine, mille tagajärjel siseneb suur kogus gaasi.
- Vormiliiva kõrge savisisaldus, halb läbilaskvus, mis põhjustab valu pinnale "puhumisauke", mida peetakse ka invasiivseks poorsuseks.
2.2 Poorsuse põhjuste analüüs:
1. Kõrge gaasisisaldus, tugev korrosioon ja liigne pinnamääre ahju laengus põhjustavad suurema gaasisisalduse sula rauas.
2. Sularaudvormi ebapiisav kuivatamine.
3. Sulami ebapiisav kuivatamine.
4. Räni ja haruldaste muldmetallide elemendid ahju laengus võivad kergesti tekitada vesinikgaasi auke, alumiinium või alumiiniumoksiid aga gaasi.
5. Madal valamistemperatuur, mille tõttu tekkival gaasil ei ole piisavalt aega tõusmiseks ja väljumiseks.
6. Ebastabiilne valamine.
7. Liiva kõrge temperatuur, mis ületab 35 kraadi, või kõrge südamiku temperatuur võib põhjustada niiskuse imendumist hallituse õõnsuse pinnal ja liigset veesisaldust pinnakihis.
8. Reaktsiooni poorsus: sularaua keemiliste elementide ja vormi/südamiku vahelise keemilise reaktsiooni käigus tekkiv gaas imbub vedelikku. Gaasipoorid tekivad jahutusprotsessi käigus, kui gaasil ei ole piisavalt aega vabaneda.
9. Kõrge magneesiumi jääksisaldus: liigne magneesiumisisaldus süvendab sularaua vesiniku imendumise kalduvust. Magneesiumi jääksisaldus, mis on suurem kui 0.05% sularauas võib põhjustada nahaalust gaasipoorsust. Kõrge niklisisaldusega austeniit kõrgtugev malm, mille magneesiumi jääksisaldus on suurem kui 0,07%, on nahaaluse gaasi poorsuse suhtes altid.
10. Madal valamistemperatuur.
11. Kõrge väävlisisaldus sulas rauas: kui väävlisisaldus ületab 0,094%, tekib nahaalune gaasipoorsus ja mida suurem on väävlisisaldus, seda raskem on nahaalune gaasipoorsus.
12. Haruldaste muldmetallide sisaldus: Liigne haruldaste muldmetallide sisaldus suurendab sularaua oksiidisisaldust, mis põhjustab võõrmullide tuumade ja nahaaluse gaasi poorsuse suurenemist. Haruldaste muldmetallide jääksisaldust tuleks kontrollida vahemikus 0,043%.
13. Alumiiniumisisaldus: sula rauas sisalduv alumiinium on valandite vesinikgaasi poorsuse peamine põhjus. Kui alumiiniumi jääksisaldus niiskes kõrgtugevas malmis on vahemikus 0.03% kuni 0,05%, tekib nahaalune gaasipoorsus.
14. Valuseina paksus: õhukese seinaga ja paksuse sektsiooniga valandid on vähem altid nahaaluse gaasipoorsusele.
15. Vormiliiva niiskusesisaldus: niiskusesisalduse suurenemisega suureneb mügarmalmi kalduvus tekitada nahaalust gaasipoorsust. Kui niiskusesisaldust vormiliivas kontrollitakse alla 4,8%, läheneb nahaaluse gaasi poorsuse määr nullile.
Lisaks mängib rolli ka vormiliiva kompaktsus ja valamistemperatuur.
Sula rauast väljuv magneesiumiaur ja sularaua pinnal olev magneesiumsulfiid reageerivad vormis oleva veeauruga järgmiselt: Mg + H2O → MgO + 2[H] ja MgS + H2O → MgO + H2O. Tekkivad vesiniku, magneesiumoksiidi ja magneesiumsulfiidi gaasid võivad sularaua pinna kaudu potentsiaalselt valusse imbuda.
3. Meetodid poorsusdefektide ennetamiseks:
1. Enne kasutamist puhastage ahju täiteainet põhjalikult, et eemaldada liigne gaasisisaldus, tugev korrosioon ja pinnamäär.
2. Kontrollige sularaua temperatuuri rangelt ahjust väljavõtmisel ja valamise ajal. Vältige liiga madalaid valamistemperatuure.
3. Kuivatage ahjutiigel, kulp ja sularaudvorm täielikult. Enne kasutamist soojenda kulp.
4. Eelsoojendage sferoidiseerivaid aineid ja inokulande piisavalt, et vähendada haruldaste muldmetallide ja ferrosiliitsi poolt sisestatava gaasi hulka.
5. Projekteerige valamissüsteem korralikult, et tagada sujuv õhutamine vormiõõnsuse sees ja ühtlane vool õõnsusse.
6. Tagada vormiliiva ühtlane tihedus, vältides liigset tihedust.
7. Vähendage sobivalt savisisaldust südamikuliivas ja suurendage selle läbilaskvust.
8. Tagada liivasüdamiku nõuetekohane õhutamine ja tihendage südamike vahed, et vältida sularaua sisenemist ja õhukanalite blokeerimist.
9. Seadke tõusutorud või tuulutusavad valandi kõrgeimatesse kohtadesse. Suurte valandite valamisel pöörake tähelepanu õhutamisele.
10. Suurte lamedate valandite puhul kallutage valandit veidi, nii et õhutusavad oleksid õhutamise hõlbustamiseks veidi kõrgemal.
11. Kuivatage ja puhastage kapslid ja külmavärinad, tagades, et need pole rooste- ja õlisaastest.
12. Vähendage vormiliiva niiskusesisaldust, looge eralduspindadele õhutusavad ja vajadusel suurendage lisatava söepulbri kogust.
13. Vähendage sobivalt sideaine sisaldust. Suurte valandite puhul lisage läbilaskvust suurendavaid materjale, näiteks saepuru.
14. Läbilaskvuse suurendamiseks kasutage ümaraid liivaterasid.
15. Vähendage magneesiumi jääksisaldust, tagades samal ajal korraliku nodularisatsiooni. Minimeerige väävlisisaldus esialgses sularauas.
16. Kontrollige liiva temperatuuri ja valage võimalikult kiiresti pärast vormi sulgemist.
17. Kasutage kuivatatud liivasüdamikke ja vältige niiskuse imendumist vormi sees. Ärge kasutage tugeva niiskusimavusega liivasüdamike.
18. Pihustage vormi pinnale süsinikku sisaldavaid materjale, nagu valuplokiõli, et luua sularaua ja vormi liidese vahele redutseeriv atmosfäär. Väikese koguse fluoriidipulbri või naatriumfluoriidi piserdamine sularaua-vormi liidesele võib vähendada või kõrvaldada nahaalust poorsust.
19. Tõsta vihmase ilmaga sobivalt valamise temperatuuri.
20. Vähendage magneesiumsulfiidi lisamist. Kasutage väävli eemaldamiseks madala väävlisisaldusega malmi või lisage sferoidiseerimise ajal väike kogus soodat. Pärast sferoidiseerimist koorige räbu mitu korda ja laske sellel veidi seista, et MgS-räbu saaks üles ujuda.
21. Kontrollige valamise temperatuuri. Õhukeseseinaliste valandite puhul ei tohiks temperatuur olla alla 1320 kraadi; keskmise seinapaksusega valandite puhul ei tohiks see olla väiksem kui 1300 kraadi; paksuseinaliste komponentide, näiteks juhtplaatide puhul, ei tohiks see olla väiksem kui 1280 kraadi. Ränimolübdeenmalm ja kõrge niklisisaldusega austeniit kõrgtugev malm nõuavad veelgi kõrgemaid temperatuure.