1. סיווג ומאפיינים של פגמי נקבוביות
1.1. נקבוביות חודרנית (נקבוביות מקומית):
במהלך הטיפול בחום של המתכת המותכת, גזים הנוצרים מהתבנית (או הליבה) חודרים לתוך נוזל הברזל, וכתוצאה מכך נקבוביות מקומית באזורים מסוימים של היציקה במהלך תהליך הקירור. יש להדגיש כי האינטראקציה בין המתכת המותכת לתבנית/הליבה מתרחשת רק במהלך היציקה, מה שמאפשר לגזים המיוצרים מהתבנית/הליבה בטמפרטורות גבוהות לחדור לתוך נוזל הברזל. (תגובה פיזית)
◆ תכונות של נקבוביות כניסה:
- מתבטא כנקבוביות מקומית המתרחשת באזורים ספציפיים של היציקה.
- פני הנקבוביות חלקים יחסית, מוצגים כחללים בודדים או כחללים.
- צבע הנקבוביות לבן או עשוי להיות בעל שכבה כהה, מכוסה מדי פעם בעור מחומצן.
- במקרה של ברזל גרפיט נודולרי/דחוס, הוא עלול להפיץ ריח המזכיר קרביד.ראה איור 1.
נקבוביות התכווצות:
- מציג מאפיינים של התכווצות ונקבוביות.
- עיין באיור 2.
1.2 נקבוביות משקעים (נקבוביות דמוית מסננת):
גזים המומסים בנוזל יוצרים נקבוביות במהלך תהליך הקירור כאשר מסיסותם פוחתת. לנקבוביות אלה יש לעתים קרובות צורות מעגליות, אליפטיות או דמויות מחט. חשוב לציין כי היווצרות גזים בנוזל הברזל מתרחשת בשלבי ההיתוך והעיבוד. ככל שהטמפרטורה של נוזל הברזל עולה, מסיסות הגזים עולה, וכתוצאה מכך תכולת גזים מוגברת עקב תגובות פיזיקליות וכימיות במהלך תהליך ההיתוך. (נוכחות גז בתוך נוזל הברזל היא תוצאה של התגובות הפיזיקליות והכימיות המערבות את כל החומרים המשתתפים בתהליך ההיתוך).
מאפיינים של נקבוביות משקעים:
התכונה האופיינית היא שהיא מרובת, מפוזרת ומפוזרת באופן שווה יחסית לאורך כל החתך של היציקה או חלק ניכר ממנה. ראה איור 3.
1.3 נקבוביות תגובה:
נקבוביות שנוצרת כתוצאה מתגובות כימיות בין המתכת המותכת לממשק העובש. בתהליך זה, נוזל הברזל עובר שלב קירור, הגורם לשחרור הגזים וללכוד אותם אך ורק על פני היציקה.
מאפיינים של נקבוביות תגובה:
סוג זה של נקבוביות מופיע בעיקר על פני היציקה, במרחק של כ-1-3 מ"מ ממשטח היציקה. הוא מוצג כתבנית מפוזרת בצפיפות של נקבוביות קטנות ומרווחות, שהופכות בולטות יותר לאחר טיפול בחום ופיצוץ. בדרך כלל, נקבוביות אלו מציגות צורה דמוית מחט או ראשן. זה ידוע גם בשם נקבוביות תת-קרקעית. ראה איור 4.
א. סוג סלג של חומר כדוריות**
מאפייני פגם: שקעים כדוריים מופיעים על משטח היציקה, המכילים תכלילים. שקעים אלה מתרחשים לעתים קרובות ליד מערכת השער הפנימית. מיקרוסקופיה אלקטרונית סורקת חושפת משטחים לא אחידים בתוך הנקבוביות. ניתוח ספקטרלי של תכולת הנקבוביות מזהה Si, Mg, Al, Ba ו-O. נוכחות של Mg, הספציפית לחומרים כדוריים, מצביעה על כך שהתכלילים הם סיגים הנוצרים באמצעות השתתפותם של חומרי כדוריות. חרירי גז CO נובעים מהתגובה בין פחמן בנוזל הברזל לבין סיגים.
ב. סוג סילג הנובע ממאפיינים של פגמים בחיסון: החתך מציג מספר שקעים. מיקרוסקופ אלקטרוני סריקת וניתוח ספקטרלי חושפים משטחים פנימיים לא אחידים בתוך השקעים, יחד עם נוכחות של Si, Ca, Ba ו-O בתכלילים. Ba הוא מרכיב ייחודי של חומר החיסון. זה מצביע על כך ששאריות חומר חיסון סיליקון-ברזל יוצר סיגים, והתגובה בין פחמן בנוזל הברזל לתחמוצת בסיג מובילה ליצירת גז CO, הגורם לפגמים בחריר. סיבה: המסה לא מלאה של חומר החיסון במהלך הזרימה גורמת להיווצרות סיגים. אמצעי נגד: השתמש בחומרי חיסון יבשים כדי למנוע התזת נוזל הברזל ונקבוביות הסיגים במהלך החיסון.
ליקוי ג: ליקוי מסוג סלג וחול מראה: שקעים מרובים על פני היציקה ליד הפתח. מיקרוסקופ אלקטרוני סריקת מראה נוכחות של סיגים וחול בתוך השקעים. ניתוח ספקטרלי מצביע על נוכחות של Si, O, Al בחול, ואלמנטים כמו Mg, Ce, Mn בסיג. זה מצביע על כך שהפגם נוצר עקב האינטראקציה בין חומר החיסון לחול. פתרון: הגדל את שטח החתך של רץ הזרימה והפחת את מהירות הזרימה בפתח.
D פגם: פגם עובש חול המושרה על ידי רטיבות מראה פגם: שקעים על פני היציקה לאחר העיבוד. מיקרוסקופ אלקטרוני סריקת לא מגלה פגמים בתוך השקעים. ניתוח ספקטרלי מראה שהיסודות העיקריים הם C, O, Si ו-Fe. זהו פגם בחריר הנגרם מאדי מים הנוצרים מלחות בתבנית הרטוב. פתרון: הפחתת תכולת הלחות בחול היציקה, שפר את חדירות חול היציקה והגדלת שיעור אבקת הפחם בחול היציקה. הפחת את תכולת הלחות של השרף בתהליך ייצור ליבת הקופסה הקרה.
2.1 ניתוח הסיבות לנקבוביות פולשנית:
1. סיבות לנקבוביות פולשנית:
- תכנון לא סביר של מערכת המזיגה, המוביל לפליטת גז לקויה או להיווצרות מערבולת, וכתוצאה מכך גזים כלואים במהלך המזיגה.
- קומפקטיות מוגזמת של תבנית החול, הפחתת החדירות שלה.
- יציאת גז לא מספקת בליבת החול או חסימה של מעברי האוויר.
- תכולת לחות גבוהה בחול הדפוס (הליבה). בתנאי מזג אוויר לחים, האוויר הלח יכול להיספג בתבנית/הליבה ולהגיב עם הברזל המותך, וכתוצאה מכך נוצרת כמות גדולה של גז שנלכדת בחלל העובש.
- זיהום תמיכת הליבה ומגהץ הליבה בשמן.
- עודף חומרים נדיפים הנמצאים בחול העיגול.
- תכולת חנקן שרף גבוהה (N) בחול מצופה, המובילה לפירוק NH3 וליצירת גזי N ו-H.
- מזיגה לא אחידה, מילוי לא מספיק, וכתוצאה מכך כניסת כמות גדולה של גז.
- תכולת חרסית גבוהה בחול היציקה, חדירות ירודה, גורמת ל"חורי נשיפה" על פני היציקה, הנחשבת גם לנקבוביות פולשנית.
2.2 ניתוח הגורמים לנקבוביות:
1. תכולת גז גבוהה, קורוזיה חמורה ושומן משטח מוגזם במטען התנור מביאים לתכולת גז גבוהה יותר בברזל המותך.
2. ייבוש לא מספק של תבנית הברזל המותך.
3. ייבוש לא מספיק של הסגסוגת.
4. יסודות סיליקון ואדמה נדירים במטען התנור יכולים ליצור בקלות חורי גז מימן, בעוד שאלומיניום או אלומינה יכולים ליצור גז.
5. טמפרטורת מזיגה נמוכה, הגורמת לגז שנוצר אין מספיק זמן לעלות ולברוח.
6. מזיגה לא יציבה.
7. טמפרטורת חול גבוהה העולה על 35 מעלות או טמפרטורת ליבה גבוהה עלולה להוביל לספיגת לחות על פני חלל העובש ולתכולת מים מוגזמת בשכבת פני השטח.
8. נקבוביות תגובה: גז המופק מהתגובה הכימית בין היסודות הכימיים של הברזל המותך והעובש/הליבה חודר אל הנוזל. נקבוביות הגז נוצרות בתהליך הקירור כאשר לגז אין מספיק זמן להשתחרר.
9. תכולת מגנזיום שיורית גבוהה: תכולת מגנזיום מופרזת מחמירה את נטיית ספיגת המימן של הברזל המותך. תכולת מגנזיום שארית גדולה מ-0.05% בברזל המותך עלולים לגרום לנקבוביות גז תת עורית. ברזל רקיע אוסטניטי בעל ניקל גבוה עם תכולת מגנזיום שיורית גדולה מ-0.07% נוטה יותר לנקבוביות גז תת עורית.
10. טמפרטורת מזיגה נמוכה.
11. תכולת גופרית גבוהה בברזל המותך: כאשר תכולת הגופרית עולה על 0.094%, נוצרת נקבוביות גז תת עורית, וככל שתכולת הגופרית גבוהה יותר, כך נקבוביות הגז התת עורית חמורה יותר.
12. תכולת אדמה נדירה: תכולת אדמה נדירה מופרזת מגבירה את תכולת התחמוצת בברזל המותך, מה שמוביל לעלייה בגרעיני הבועות הזרות ובנקבוביות הגז התת עורית. יש לשלוט בשארית התוכן של אדמה נדירה בתוך 0.043%.
13. תכולת אלומיניום: אלומיניום בברזל המותך הוא הגורם העיקרי לנקבוביות גז המימן ביציקות. כאשר תכולת האלומיניום השיורית בברזל רקיע מסוג רטוב היא בין 0.03% ל-0.05%, מתרחשת נקבוביות גז תת עורית.
14. עובי דופן היציקה: יציקות עם קירות דקים ועבי חתך נוטים פחות לנקבוביות גז תת עורית.
15. תכולת לחות בחול דפוס: עם עלייה בתכולת הלחות, הנטייה של ברזל יצוק נודולרי לייצר נקבוביות גז תת עורית עולה. כאשר תכולת הלחות בחול הדפוס נשלטת מתחת ל-4.8%, שיעור נקבוביות הגז התת עורי מתקרב לאפס.
בנוסף, הקומפקטיות של חול הדפוס וטמפרטורת היציקה משחקים גם הם תפקיד.
אדי מגנזיום הבורחים מהברזל המותך ומגנזיום גופרתי על פני הברזל המותך מגיבים עם אדי המים בתבנית באופן הבא: Mg + H2O → MgO + 2[H] ו-MgS + H2O → MgO + H2O. גזי המימן, תחמוצת המגנזיום וגזי המגנזיום גופרתי הנוצרים עלולים לחדור לתוך היציקה דרך פני השטח של הברזל המותך.
3. שיטות למניעת פגמי נקבוביות:
1. נקה את מטען התנור ביסודיות כדי להסיר תכולת גז מוגזמת, קורוזיה חמורה ושומן משטח לפני השימוש.
2. לשלוט בקפדנות על טמפרטורת הברזל המותך בעת הוצאתו מהכבשן ובמהלך היציקה. הימנע מטמפרטורות מזיגה נמוכות מדי.
3. יבשו לחלוטין את כור היתוך, המצקת ותבנית הברזל המותך. מחממים את המצקת לפני השימוש.
4. לחמם מראש חומרי חיסון וחומרי חיסון כדי להפחית את כמות הגז המוכנסת על ידי אדמה נדירה ופרוזיליקון.
5. תכנן נכון את מערכת המזיגה כדי להבטיח אוורור חלק בתוך חלל התבנית וזרימה קבועה לתוך החלל.
6. ודא קומפקטיות אחידה של חול הדפוס, הימנעות אטימות יתר.
7. הפחת את תכולת החימר בחול הליבה בצורה מתאימה והגבר את החדירות שלו.
8. הקפידו על אוורור תקין של ליבת החול ואטמו את הרווחים בין הליבות כדי למנוע כניסת ברזל מותך לחסום את מעברי האוויר.
9. הגדר עליות או פתחי אוורור בנקודות הגבוהות ביותר של היציקה. שימו לב לאוורור בזמן יציקה של יציקות גדולות.
10. הטה מעט את היציקה עבור יציקות שטוחות גדולות, כאשר חורי האוורור ממוקמים מעט גבוה יותר כדי להקל על האוורור.
11. ייבש ונקה את החבטות והצמרמורות, וודא שהם נקיים מזיהום חלודה ושמן.
12. הפחיתו את תכולת הלחות בחול היציקה, צרו חריצי אוורור על משטחי הפרידה והגדילו את כמות אבקת הפחם הנוספת במידת הצורך.
13. צמצם את תכולת הקלסרים בצורה מתאימה. עבור יציקות גדולות, הוסף חומרים המגבירים את החדירות, כגון נסורת.
14. השתמשו בגרגרי חול עגולים כדי לשפר את החדירות.
15. הפחת את תכולת המגנזיום השיורית תוך הקפדה על נודולריזציה נכונה. צמצם את תכולת הגופרית בברזל המותך המקורי.
16. לשלוט בטמפרטורת החול ולצקת בהקדם האפשרי לאחר סגירת התבנית.
17. השתמשו בליבות חול מיובשות ומונעים ספיגת לחות בתוך התבנית. אין להשתמש בליבות חול עם ספיגת לחות חמורה.
18. רססו חומרים פחמניים כמו שמן מטיל על פני התבנית כדי ליצור אווירה מצמצמת בין הברזל המותך לממשק התבנית. פיזור כמות קטנה של אבקת פלואורספר או נתרן פלואוריד על ממשק ברזל מותך-עובש יכול להפחית או להעלים את הנקבוביות התת עורית.
19. הגדל את טמפרטורת המזיגה כראוי במזג אוויר גשום.
20. הפחת תכלילים של מגנזיום גופרתי. השתמש בברזל חזיר דל גופרית או הוסף כמות קטנה של אפר סודה במהלך טיפול ספירואידציה לצורך הסרת גופרית. לאחר ספירואידיזציה, רפרף סיגים מספר פעמים ותן לו לעמוד לזמן קצר כדי לאפשר לסיגי MgS לצוף למעלה.
21. בקרת טמפרטורת המזיגה. עבור יציקות עם דופן דקה, הטמפרטורה לא צריכה להיות פחות מ-1320 מעלות; עבור יציקות בעובי דופן בינוני, זה לא צריך להיות פחות מ 1300 מעלות; עבור רכיבים בעלי דופן עבה כמו לוחות הנחייה, זה לא צריך להיות פחות מ-1280 מעלות. ברזל יצוק סיליקון מוליבדן וברזל אוסטניטי בעל ניקל גבוה דורשים טמפרטורות גבוהות אף יותר.
