1. Phân loại và đặc điểm của khuyết tật xốp
1.1. Độ xốp xâm nhập (độ xốp cục bộ):
Trong quá trình xử lý nhiệt kim loại nóng chảy, khí do khuôn (hoặc lõi) tạo ra sẽ xâm nhập vào chất lỏng sắt, dẫn đến độ xốp cục bộ ở một số khu vực đúc trong quá trình làm mát. Cần nhấn mạnh rằng sự tương tác giữa kim loại nóng chảy và khuôn/lõi chỉ xảy ra trong quá trình đúc, khiến các khí do khuôn/lõi tạo ra ở nhiệt độ cao xâm nhập vào chất lỏng sắt. (Phản ứng vật lý)
◆Đặc điểm của độ xốp xâm nhập:
- Biểu hiện bằng độ xốp cục bộ xảy ra ở các vùng cụ thể của vật đúc.
- Bề mặt các lỗ chân lông tương đối nhẵn, biểu hiện dưới dạng các lỗ rỗng riêng lẻ hoặc dạng tổ ong.
- Màu sắc của lỗ chân lông có màu trắng hoặc có thể có lớp sẫm màu, thỉnh thoảng được bao phủ bởi lớp da bị oxy hóa.
- Trong trường hợp sắt than chì dạng nốt/dạng nén, nó có thể phát ra mùi giống mùi cacbua. Xem Hình 1.
Độ xốp co ngót:
- Thể hiện đặc tính co ngót và xốp.
- Tham khảo Hình 2.
1.2 Độ xốp kết tủa (Độ xốp dạng sàng):
Khí hòa tan trong chất lỏng tạo thành lỗ chân lông trong quá trình làm mát khi độ hòa tan của chúng giảm. Những lỗ chân lông này thường có hình tròn, hình elip hoặc hình kim. Điều cần lưu ý là sự hình thành khí trong chất lỏng sắt xảy ra trong giai đoạn nấu chảy và chế biến. Khi nhiệt độ của chất lỏng sắt tăng lên, độ hòa tan của khí tăng lên, dẫn đến hàm lượng khí tăng lên do các phản ứng vật lý và hóa học trong quá trình nấu chảy. (Sự có mặt của khí trong chất lỏng sắt là hệ quả của các phản ứng vật lý và hóa học có sự tham gia của tất cả các chất tham gia vào quá trình nấu chảy).
Đặc điểm của lượng mưa độ xốp:
Đặc điểm đặc trưng là nó rất nhiều, phân tán và phân bố tương đối đều trên toàn bộ hoặc một phần đáng kể mặt cắt ngang của vật đúc. Xem Hình 3.
1.3 Độ xốp phản ứng:
Độ xốp được tạo ra do hậu quả của các phản ứng hóa học giữa kim loại nóng chảy và bề mặt khuôn. Trong quá trình này, chất lỏng sắt trải qua giai đoạn làm mát, khiến khí thoát ra và bị giữ lại duy nhất trên bề mặt vật đúc.
Đặc điểm của độ xốp phản ứng:
Loại độ xốp này chủ yếu xuất hiện trên bề mặt vật đúc, cách bề mặt vật đúc khoảng 1-3mm. Nó biểu hiện dưới dạng mô hình phân bố dày đặc của các lỗ nhỏ, có khoảng cách gần nhau, trở nên rõ ràng hơn sau khi xử lý nhiệt và phun nổ. Thông thường, những lỗ chân lông này có hình dạng giống hình kim hoặc giống con nòng nọc. Nó còn được gọi là độ xốp dưới bề mặt. Xem Hình 4.
A. Loại xỉ tác nhân hình cầu**
Đặc điểm khuyết tật: Các vết lõm hình cầu xuất hiện trên bề mặt vật đúc, chứa tạp chất. Những vết lõm này thường xảy ra gần hệ thống cổng bên trong. Kính hiển vi điện tử quét cho thấy bề mặt không đồng đều bên trong lỗ chân lông. Phân tích quang phổ của hàm lượng lỗ rỗng phát hiện Si, Mg, Al, Ba và O. Sự hiện diện của Mg, đặc trưng cho các tác nhân tạo hình cầu, chỉ ra rằng các thể vùi là xỉ được hình thành thông qua sự tham gia của các tác nhân tạo hình cầu. Lỗ kim khí CO là kết quả của phản ứng giữa carbon trong chất lỏng sắt và xỉ.
B. Loại xỉ do đặc tính khuyết tật của chế phẩm: Mặt cắt ngang thể hiện một số vết lõm. Kính hiển vi điện tử quét và phân tích quang phổ cho thấy các bề mặt bên trong không đồng đều bên trong các chỗ lõm, cùng với sự hiện diện của Si, Ca, Ba và O trong các thể vùi. Ba là thành phần độc nhất của chế phẩm. Điều này chỉ ra rằng chế phẩm sắt-silic còn sót lại tạo thành xỉ và phản ứng giữa cacbon trong chất lỏng sắt và oxit trong xỉ dẫn đến tạo ra khí CO, gây ra các khuyết tật lỗ kim. Nguyên nhân: Chế phẩm tan chảy không hoàn toàn trong quá trình chảy dẫn đến hình thành xỉ. Biện pháp khắc phục: Sử dụng chế phẩm khô để tránh chất lỏng sắt bắn tung tóe và xỉ bị xốp trong quá trình cấy.
C Khuyết tật: Loại bao gồm xỉ và cát Khuyết tật Hình thức: Nhiều vết lõm trên bề mặt vật đúc gần cuống rót. Kính hiển vi điện tử quét cho thấy sự hiện diện của xỉ và cát trong các vùng trũng. Phân tích quang phổ cho thấy sự có mặt của Si, O, Al trong cát và các nguyên tố như Mg, Ce, Mn trong xỉ. Điều này cho thấy khuyết tật được hình thành do sự tương tác giữa chế phẩm và cát. Giải pháp: Tăng diện tích mặt cắt ngang của rãnh dẫn và giảm tốc độ dòng chảy trong rãnh dẫn.
D Khiếm khuyết: Khuôn cát tạo ra độ ẩm Khiếm khuyết Bề ngoài: Các vết lõm trên bề mặt vật đúc sau khi gia công. Kính hiển vi điện tử quét cho thấy không có khuyết tật nào trong các vết lõm. Phân tích quang phổ cho thấy các nguyên tố chính là C, O, Si và Fe. Đây là lỗi lỗ kim do hơi nước sinh ra từ hơi ẩm trong khuôn loại ướt. Giải pháp: Giảm độ ẩm trong cát đúc, cải thiện tính thấm của cát đúc và tăng tỷ lệ bột than trong cát đúc. Giảm độ ẩm nhựa trong quá trình sản xuất lõi hộp lạnh.
2.1 Phân tích nguyên nhân gây xốp xâm lấn:
1. Nguyên nhân gây xốp xâm lấn:
- Thiết kế hệ thống rót không hợp lý, dẫn đến thoát khí kém hoặc hình thành xoáy, dẫn đến khí bị kẹt trong quá trình rót.
- Khuôn cát bị nén chặt quá mức, làm giảm tính thấm.
- Thoát khí không đủ trong lõi cát hoặc tắc nghẽn đường dẫn khí.
- Độ ẩm cao trong cát đúc (lõi). Trong điều kiện thời tiết ẩm ướt, không khí ẩm có thể bị khuôn/lõi hấp thụ và phản ứng với sắt nóng chảy, dẫn đến tạo ra một lượng lớn khí bị mắc kẹt trong khoang khuôn.
- Lõi đỡ và lõi sắt bị dính dầu.
- Có quá nhiều chất dễ bay hơi có trong cát đúc.
- Hàm lượng nitơ nhựa (N) trong cát phủ cao dẫn đến phân hủy NH3 và hình thành khí N và H.
- Đổ không đều, rót không đủ dẫn đến lượng gas lọt vào lớn.
- Hàm lượng sét trong cát đúc cao, tính thấm kém, gây ra các vết “lỗ thủng” trên bề mặt vật đúc cũng được coi là độ xốp xâm lấn.
2.2 Phân tích nguyên nhân gây ra độ xốp:
1. Hàm lượng khí cao, sự ăn mòn nghiêm trọng và lượng dầu mỡ bề mặt quá nhiều trong lò nung dẫn đến hàm lượng khí trong sắt nóng chảy cao hơn.
2. Khuôn sắt nóng chảy không đủ khô.
3. Hợp kim không đủ khô.
4. Các nguyên tố silicon và đất hiếm trong lò có thể dễ dàng tạo ra các lỗ khí hydro, trong khi nhôm hoặc alumina có thể tạo ra khí.
5. Nhiệt độ rót thấp, khiến khí sinh ra không có đủ thời gian bốc lên và thoát ra ngoài.
6. Đổ không ổn định.
7. Nhiệt độ cát cao vượt quá 35 độ hoặc nhiệt độ lõi cao có thể dẫn đến sự hấp thụ độ ẩm trên bề mặt khoang khuôn và hàm lượng nước quá mức trong lớp bề mặt.
8. Độ xốp phản ứng: Khí sinh ra từ phản ứng hóa học giữa các nguyên tố hóa học của sắt nóng chảy và khuôn/lõi xâm nhập vào chất lỏng. Các lỗ khí được hình thành trong quá trình làm mát khi khí không có đủ thời gian để giải phóng.
9. Hàm lượng magiê dư cao: Hàm lượng magiê quá mức làm trầm trọng thêm xu hướng hấp thụ hydro của sắt nóng chảy. Hàm lượng magie dư lớn hơn 0.05% trong sắt nóng chảy có thể gây ra hiện tượng xốp khí dưới da. Sắt dẻo austenit có hàm lượng niken cao có hàm lượng magie dư lớn hơn 0,07% dễ bị xốp khí dưới da.
10. Nhiệt độ rót thấp.
11. Hàm lượng lưu huỳnh cao trong sắt nóng chảy: Khi hàm lượng lưu huỳnh vượt quá 0.094%, xảy ra hiện tượng xốp khí dưới da, hàm lượng lưu huỳnh càng cao thì độ xốp khí dưới da càng nghiêm trọng.
12. Hàm lượng đất hiếm: Hàm lượng đất hiếm quá cao làm tăng hàm lượng oxit trong sắt nóng chảy, dẫn đến tăng nhân bong bóng lạ và độ xốp của khí dưới da. Hàm lượng đất hiếm còn sót lại phải được kiểm soát trong phạm vi 0,043%.
13. Hàm lượng nhôm: Nhôm trong sắt nóng chảy là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng xốp khí hydro trong vật đúc. Khi hàm lượng nhôm dư trong sắt dẻo loại ướt nằm trong khoảng từ 0.03% đến 0,05%, sẽ xuất hiện độ xốp khí dưới da.
14. Độ dày thành đúc: Vật đúc có thành mỏng và mặt cắt dày ít bị rỗ khí dưới da.
15. Độ ẩm trong cát đúc: Khi độ ẩm tăng lên, xu hướng gang cầu tạo ra độ xốp khí dưới da cũng tăng lên. Khi độ ẩm trong cát đúc được kiểm soát dưới 4,8%, tỷ lệ độ xốp của khí dưới da sẽ đạt đến mức 0.
Ngoài ra, độ nén của cát đúc và nhiệt độ đổ cũng đóng một vai trò quan trọng.
Hơi magie thoát ra từ sắt nóng chảy và magie sunfua trên bề mặt sắt nóng chảy phản ứng với hơi nước trong khuôn như sau: Mg + H2O → MgO {{2}[H] và MgS + H2O → MgO + H2O. Các khí hydro, magie oxit và magie sunfua được tạo ra có khả năng xâm nhập vào vật đúc qua bề mặt của sắt nóng chảy.
3.Phương pháp ngăn ngừa khuyết tật về độ xốp:
1. Làm sạch lò thật kỹ để loại bỏ hàm lượng khí quá mức, ăn mòn nghiêm trọng và dầu mỡ trên bề mặt trước khi sử dụng.
2. Kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ nóng chảy của sắt khi lấy ra khỏi lò và trong quá trình rót. Tránh nhiệt độ rót quá thấp.
3. Làm khô hoàn toàn nồi nấu kim loại, muôi và khuôn sắt nóng chảy. Làm nóng muôi trước khi sử dụng.
4. Làm nóng trước các chất tạo hình cầu và chế phẩm thích hợp để giảm lượng khí do đất hiếm và ferrosilicon đưa vào.
5. Thiết kế hệ thống rót phù hợp để đảm bảo thông gió bên trong khoang khuôn một cách trơn tru và dòng chảy ổn định vào khoang.
6. Đảm bảo độ nén đồng đều của cát đúc, tránh độ chặt quá mức.
7. Giảm hàm lượng sét trong cát lõi một cách thích hợp và tăng tính thấm của nó.
8. Đảm bảo lõi cát được thông hơi thích hợp và bịt kín các khoảng trống giữa các lõi để ngăn sắt nóng chảy xâm nhập và chặn đường dẫn khí.
9. Đặt các ống nâng hoặc lỗ thông hơi ở những điểm cao nhất của vật đúc. Chú ý thông hơi trong quá trình đổ vật đúc lớn.
10. Nghiêng vật đúc một chút đối với vật đúc phẳng lớn, với các lỗ thông hơi được đặt cao hơn một chút để tạo điều kiện thông hơi.
11. Lau khô và làm sạch các ngăn và tủ lạnh, đảm bảo chúng không bị rỉ sét và nhiễm dầu.
12. Giảm độ ẩm trong cát đúc, tạo các khe thông hơi trên các bề mặt phân khuôn và tăng lượng bột than bổ sung nếu cần thiết.
13. Giảm hàm lượng chất kết dính một cách thích hợp. Đối với vật đúc lớn, thêm vật liệu làm tăng tính thấm, chẳng hạn như mùn cưa.
14. Sử dụng hạt cát tròn để tăng tính thấm.
15. Giảm hàm lượng magie còn sót lại trong khi vẫn đảm bảo hình thành nốt thích hợp. Giảm thiểu hàm lượng lưu huỳnh trong sắt nóng chảy ban đầu.
16. Kiểm soát nhiệt độ cát và đổ càng sớm càng tốt sau khi đóng khuôn.
17. Sử dụng lõi cát khô và ngăn chặn sự hút ẩm bên trong khuôn. Không sử dụng lõi cát có khả năng hút ẩm cao.
18. Xịt các vật liệu chứa cacbon như dầu phôi lên bề mặt khuôn để tạo ra bầu không khí khử giữa sắt nóng chảy và bề mặt khuôn. Rắc một lượng nhỏ bột fluorit hoặc natri florua lên bề mặt khuôn sắt nóng chảy có thể làm giảm hoặc loại bỏ độ xốp dưới da.
19. Tăng nhiệt độ rót thích hợp khi trời mưa.
20. Giảm tạp chất magiê sunfua. Sử dụng gang có hàm lượng lưu huỳnh thấp hoặc thêm một lượng nhỏ tro soda trong quá trình xử lý hình cầu để khử lưu huỳnh. Sau khi tạo hình cầu, hớt xỉ nhiều lần và để yên một thời gian ngắn để xỉ MgS nổi lên.
21. Kiểm soát nhiệt độ rót. Đối với vật đúc có thành mỏng, nhiệt độ không được nhỏ hơn 1320 độ; đối với vật đúc có độ dày thành trung bình, nó không được nhỏ hơn 1300 độ; đối với các bộ phận có thành dày như tấm dẫn hướng thì không được nhỏ hơn 1280 độ. Gang silicon molypden và gang dẻo austenit có hàm lượng niken cao đòi hỏi nhiệt độ cao hơn nữa.
