1. Gözeneklilik Kusurlarının Sınıflandırılması ve Özellikleri
1.1. Müdahaleci gözeneklilik (lokalize gözeneklilik):
Erimiş metalin ısıl işlemi sırasında kalıp (veya maça) tarafından üretilen gazlar demir sıvısının içine sızarak soğutma işlemi sırasında dökümün belirli alanlarında lokal gözenekliliğe neden olur. Erimiş metal ile kalıp/maç arasındaki etkileşimin yalnızca döküm sırasında meydana geldiği ve kalıp/maç tarafından yüksek sıcaklıklarda üretilen gazların demir sıvısının içine sızmasına izin verdiği vurgulanmalıdır. (Fiziksel reaksiyon)
◆Giriş Gözenekliliğinin Özellikleri:
- Dökümün belirli bölgelerinde meydana gelen lokalize gözeneklilik olarak kendini gösterir.
- Gözeneklerin yüzeyi nispeten pürüzsüz olup tek tek veya petekli boşluklar halinde sunulur.
- Gözeneklerin rengi beyazdır veya bazen oksitlenmiş bir deri ile kaplanmış koyu bir tabakaya sahip olabilir.
- Sfero/sıkıştırılmış grafitli demir durumunda, karbür benzeri bir koku yayabilir. Bkz. Şekil 1.
Büzülme Gözenekliliği:
- Büzülme ve gözeneklilik özelliği gösterir.
- Şekil 2'ye bakın.
1.2 Yağış Gözenekliliği (Elek Benzeri Gözeneklilik):
Sıvı içinde çözünen gazlar soğutma işlemi sırasında çözünürlükleri azaldıkça gözenekler oluşturur. Bu gözenekler genellikle dairesel, eliptik veya iğne benzeri şekillere sahiptir. Demir sıvısında gaz oluşumunun eritme ve işleme aşamalarında meydana geldiğine dikkat etmek önemlidir. Demir sıvısının sıcaklığı arttıkça gazların çözünürlüğü artar, bu da eritme işlemi sırasındaki fiziksel ve kimyasal reaksiyonlar nedeniyle gaz içeriğinin artmasına neden olur. (Demir sıvısında gazın varlığı, eritme işlemine katılan tüm maddeleri içeren fiziksel ve kimyasal reaksiyonların bir sonucudur).
Yağış Gözenekliliğinin Özellikleri:
Karakteristik özelliği, dökümün enine kesitinin tamamı veya önemli bir kısmı boyunca çok sayıda, dağılmış ve nispeten eşit bir şekilde dağılmış olmasıdır. Bkz. Şekil 3.
1.3 Reaksiyon Gözenekliliği:
Erimiş metal ile kalıp ara yüzeyi arasındaki kimyasal reaksiyonların bir sonucu olarak oluşan gözeneklilik. Bu süreçte demir sıvısı bir soğuma aşamasına geçerek gazların salınmasına ve yalnızca döküm yüzeyinde hapsolmasına neden olur.
Reaksiyon Porozitesinin Özellikleri:
Bu tür gözeneklilik ağırlıklı olarak döküm yüzeyinde, döküm yüzeyinden yaklaşık 1-3mm uzakta görülür. Isıl işlem ve kumlama sonrasında daha belirgin hale gelen, küçük, yakın aralıklı gözeneklerin yoğun şekilde dağılmış bir modeli olarak ortaya çıkar. Tipik olarak bu gözenekler iğne benzeri veya iribaş benzeri bir şekil sergiler. Aynı zamanda yeraltı gözenekliliği olarak da bilinir. Bkz. Şekil 4.
A. Küreselleştirici Ajan Cüruf Tipi**
Kusur Özellikleri: Döküm yüzeyinde kalıntılar içeren küresel çöküntüler görülür. Bu çöküntüler genellikle iç geçit sisteminin yakınında meydana gelir. Taramalı elektron mikroskobu gözeneklerin içindeki pürüzlü yüzeyleri ortaya çıkarır. Gözenek içeriğinin spektral analizi Si, Mg, Al, Ba ve O'yu tespit eder. Küreselleştirici maddelere özgü olan Mg'nin varlığı, kalıntıların küreselleştirici maddelerin katılımıyla oluşan cüruf olduğunu gösterir. CO gazı iğne delikleri, demir sıvısındaki karbon ile cüruf arasındaki reaksiyondan kaynaklanır.
B. Aşılayıcı Kusurundan Kaynaklanan Cüruf Tipi Karakteristikler: Enine kesitte çeşitli çöküntüler görülmektedir. Taramalı elektron mikroskobu ve spektral analiz, çöküntülerdeki düzensiz iç yüzeylerin yanı sıra kapanımlarda Si, Ca, Ba ve O'nun varlığını ortaya koyuyor. Ba, aşılayıcının benzersiz bir unsurudur. Bu, artık silikon-demir aşılayıcının cüruf oluşturduğunu ve demir sıvısındaki karbon ile cüruftaki oksit arasındaki reaksiyonun CO gazı oluşumuna yol açarak iğne deliği kusurlarına neden olduğunu gösterir. Nedeni: Akış sırasında aşılayıcının tam olarak erimemesi cüruf oluşumuna neden olur. Karşı önlemler: Aşılama sırasında demir sıvısının sıçramasını ve cüruf gözenekliliğini önlemek için kuru aşılayıcılar kullanın.
C Kusur: Cüruf ve Kum İçerme Türü Kusur Görünüm: dökümün yüzeyinde dökümün yolluk yakınındaki çoklu çöküntüleri. Taramalı elektron mikroskobu çöküntülerin içinde cüruf ve kumun varlığını göstermektedir. Spektral analiz kumda Si, O, Al, cürufta ise Mg, Ce, Mn gibi elementlerin varlığını gösterir. Bu durum kusurun aşılayıcı ile kum arasındaki etkileşim nedeniyle oluştuğunu göstermektedir. Çözüm: Yolluk koşucusunun kesit alanını artırın ve yolluktaki akış hızını azaltın.
D Kusur: Nemden Kaynaklanan Kum Kalıp Kusuru Görünüm: Talaşlı imalat sonrası döküm yüzeyindeki çöküntüler. Taramalı elektron mikroskobu çöküntülerde herhangi bir kusur ortaya çıkarmaz. Spektral analiz ana elementlerin C, O, Si ve Fe olduğunu gösterir. Bu, ıslak tip kalıptaki nemden oluşan su buharının neden olduğu bir iğne deliği kusurudur. Çözüm: Kalıplama kumundaki nem içeriğini azaltın, kalıplama kumunun geçirgenliğini artırın ve kalıplama kumundaki kömür tozu oranını artırın. Soğuk kutu maça üretim prosesinde reçine nem içeriğini azaltın.
2.1 İnvaziv gözenekliliğin nedenlerinin analizi:
1. İstilacı gözenekliliğin nedenleri:
- Dökme sisteminin makul olmayan tasarımı, zayıf gaz çıkışına veya girdap oluşumuna yol açarak, dökme sırasında gazların hapsolmasına neden olur.
- Kum kalıbının aşırı kompaktlığı, geçirgenliğini azaltır.
- Kum çekirdeğinde yetersiz gaz çıkışı veya hava geçişlerinin tıkanması.
- Kalıplama kumundaki (çekirdek) yüksek nem içeriği. Nemli hava koşullarında, nemli hava kalıp/ maça tarafından emilebilir ve erimiş demir ile reaksiyona girebilir, bu da kalıp boşluğunda büyük miktarda gazın hapsolmasına neden olur.
- Maça desteğinin ve maça demirinin yağla kirlenmesi.
- Kalıp kumunda aşırı miktarda uçucu madde bulunması.
- Kaplanmış kumdaki yüksek reçine nitrojen (N) içeriği, NH3'ün ayrışmasına ve N ve H gazlarının oluşmasına yol açar.
- Düzensiz dökme, yetersiz doldurma, büyük miktarda gazın girmesine neden olur.
- Kalıplama kumundaki yüksek kil içeriği, zayıf geçirgenlik, döküm yüzeyinde "hava deliklerine" neden olur ve bu da istilacı gözeneklilik olarak kabul edilir.
2.2 Gözenekliliğin Nedenlerinin Analizi:
1. Fırın şarjındaki yüksek gaz içeriği, şiddetli korozyon ve aşırı yüzey gresi, erimiş demirde daha yüksek gaz içeriğine neden olur.
2. Erimiş demir kalıbın yetersiz kurutulması.
3. Alaşımın yetersiz kurutulması.
4. Fırın şarjındaki silikon ve nadir toprak elementleri kolayca hidrojen gazı delikleri oluşturabilirken, alüminyum veya alümina gaz üretebilir.
5. Düşük dökme sıcaklığı, üretilen gazın yükselip kaçması için yeterli zamana sahip olmamasına neden olur.
6. Kararsız dökme.
7. 35 dereceyi aşan yüksek kum sıcaklığı veya yüksek çekirdek sıcaklığı, kalıp boşluğu yüzeyinde nem emilimine ve yüzey katmanında aşırı su içeriğine yol açabilir.
8. Reaksiyon gözenekliliği: Erimiş demirin kimyasal elementleri ile kalıp/maça arasındaki kimyasal reaksiyondan üretilen gaz, sıvının içine sızar. Gazın serbest bırakılması için yeterli zaman olmadığında soğutma işlemi sırasında gaz gözenekleri oluşur.
9. Yüksek artık magnezyum içeriği: Aşırı magnezyum içeriği, erimiş demirin hidrojen emme eğilimini şiddetlendirir. Erimiş demirde %0.05'ten fazla kalan magnezyum içeriği deri altı gaz gözenekliliğine neden olabilir. Artık magnezyum içeriği %0,07'den fazla olan yüksek nikelli östenitik sfero demir, deri altı gaz gözenekliliğine daha yatkındır.
10. Düşük dökme sıcaklığı.
11. Erimiş demirdeki yüksek kükürt içeriği: Kükürt içeriği %0.094'ü aştığında deri altı gaz gözenekliliği oluşur ve kükürt içeriği ne kadar yüksek olursa deri altı gaz gözenekliliği de o kadar şiddetli olur.
12. Nadir toprak içeriği: Aşırı nadir toprak içeriği, erimiş demirdeki oksit içeriğini artırarak yabancı kabarcık çekirdeklerinin ve deri altı gaz gözenekliliğinin artmasına neden olur. Artık nadir toprak içeriği %0.043 oranında kontrol edilmelidir.
13. Alüminyum içeriği: Erimiş demirdeki alüminyum, dökümlerdeki hidrojen gazı gözenekliliğinin ana nedenidir. Islak tip sfero dökümde artık alüminyum içeriği 0.0%3 ile %0,05 arasında olduğunda deri altı gaz gözenekliliği oluşur.
14. Döküm duvar kalınlığı: İnce duvarlı ve kalın kesitli dökümler deri altı gaz gözenekliliğine daha az eğilimlidir.
15. Kalıp kumundaki nem içeriği: Nem içeriğinin artmasıyla birlikte sfero dökme demirin deri altı gaz gözenekliliği üretme eğilimi artar. Kalıp kumundaki nem içeriği %4,8'in altında kontrol edildiğinde deri altı gaz gözeneklilik oranı sıfıra yaklaşır.
Ayrıca kalıp kumunun kompaktlığı ve dökme sıcaklığı da rol oynar.
Erimiş demirden kaçan magnezyum buharı ve erimiş demirin yüzeyindeki magnezyum sülfür, kalıptaki su buharı ile şu şekilde reaksiyona girer: Mg + H2O → MgO + 2[H] ve MgS + H2O → MgO + H2O. Üretilen hidrojen, magnezyum oksit ve magnezyum sülfür gazları, erimiş demirin yüzeyinden dökümün içine potansiyel olarak sızabilir.
3. Gözeneklilik Kusurlarını Önleme Yöntemleri:
1. Kullanmadan önce aşırı gaz içeriğini, ciddi korozyonu ve yüzey yağını gidermek için fırın şarjını iyice temizleyin.
2. Fırından çıkarıldığında ve döküm sırasında erimiş demirin sıcaklığını mutlaka kontrol edin. Aşırı düşük dökme sıcaklıklarından kaçının.
3. Fırın potasını, kepçeyi ve erimiş demir kalıbını tamamen kurutun. Kullanmadan önce kepçeyi önceden ısıtın.
4. Nadir toprak ve ferrosilikon tarafından yayılan gaz miktarını azaltmak için küreselleştirici maddeleri ve aşılayıcıları yeterince ön ısıtın.
5. Kalıp boşluğunun içinde düzgün bir havalandırma ve boşluğa sabit bir akış sağlamak için dökme sistemini uygun şekilde tasarlayın.
6. Aşırı sıkılıktan kaçınarak kalıplama kumunun eşit şekilde sıkıştırılmasını sağlayın.
7. Maça kumundaki kil içeriğini uygun şekilde azaltın ve geçirgenliğini arttırın.
8. Kum çekirdeğinin uygun şekilde havalandırıldığından emin olun ve erimiş demirin içeri girip hava geçişlerini tıkamasını önlemek için çekirdekler arasındaki boşlukları kapatın.
9. Dökümün en yüksek noktalarına yükselticileri veya havalandırma deliklerini ayarlayın. Büyük dökümlerin dökümü sırasında havalandırmaya dikkat edin.
10. Büyük düz dökümler için dökümü hafifçe eğin; havalandırma deliklerini havalandırmayı kolaylaştırmak için biraz daha yükseğe konumlandırın.
11. Parçacıkları ve çilleri kurutun ve temizleyin, pas ve yağ kirliliğinden arınmış olduklarından emin olun.
12. Kalıp kumundaki nem içeriğini azaltın, ayırma yüzeylerinde havalandırma yarıkları oluşturun ve gerekirse eklenen kömür tozu miktarını artırın.
13. Bağlayıcı içeriğini uygun şekilde azaltın. Büyük dökümler için talaş gibi geçirgenliği artıran malzemeler ekleyin.
14. Geçirgenliği arttırmak için yuvarlak kum taneleri kullanın.
15. Uygun nodülerizasyon sağlarken artık magnezyum içeriğini azaltın. Orijinal erimiş demirdeki kükürt içeriğini en aza indirin.
16. Kalıbı kapattıktan sonra kumun sıcaklığını kontrol edip en kısa sürede dökün.
17. Kurutulmuş kum maçaları kullanın ve kalıbın içindeki nemin emilmesini önleyin. Aşırı nem emilimi olan kum maçaları kullanmayın.
18. Erimiş demir ile kalıp arayüzü arasında indirgeyici bir atmosfer oluşturmak için kalıp yüzeyine külçe yağı gibi karbonlu malzemeleri püskürtün. Erimiş demir-kalıp arayüzüne az miktarda fluorspar tozu veya sodyum florürün serpilmesi, deri altı gözenekliliği azaltabilir veya ortadan kaldırabilir.
19. Yağışlı havalarda döküm sıcaklığını uygun şekilde arttırınız.
20. Magnezyum sülfit kalıntılarını azaltın. Kükürt giderme için küreselleştirme işlemi sırasında düşük kükürtlü pik demir kullanın veya az miktarda soda külü ekleyin. Küreselleştirmeden sonra, cürufu birçok kez sıyırın ve MgS cürufunun yukarı doğru yüzmesine izin vermek için kısa bir süre bekletin.
21. Dökme sıcaklığını kontrol edin. İnce cidarlı dökümler için sıcaklık 1320 dereceden az olmamalıdır; orta et kalınlığına sahip dökümler için 1300 dereceden az olmamalıdır; Kılavuz plakalar gibi kalın duvarlı bileşenler için bu açı 1280 dereceden az olmamalıdır. Silikon molibdenli dökme demir ve yüksek nikelli ostenitik sfero demir, daha da yüksek sıcaklıklar gerektirir.
