Behandlung schwerer Porosität in zylindrischen röhrenförmigen Sandkernen bei der Herstellung von Teilen aus duktilem Gusseisen mittels Grünsandformtechnologie

Heute analysieren wir einen Fall von Porositätsfehlern, die am beschichteten Sandkern eines Bauteils aus duktilem Gusseisen auftreten. Das Material ist GGG40 und wird auf einer vertikalen Produktionslinie hergestellt.

Aufgrund des festen Bereichs im unteren Teil des Sandkerns des Gussstücks ist es schwierig, das Gas innerhalb des runden Rohrs des Gussstücks abzulassen. Daher wird das vom Sandkern erzeugte Gas während des Erstarrungsprozesses der Eisenschmelze im endgültigen Erstarrungsbereich (Hot Spot) im Gussstück „eingefangen“ und kann nicht reibungslos abgeführt werden. Im Folgenden finden Sie detaillierte Begründungen für die Entstehung und systematische Lösungen:

Kernursachenanalyse: Die maximale Gasemission des Sandkerns stimmt nicht mit dem Zeitpunkt der Erstarrung des geschmolzenen Eisens überein. Wenn der beschichtete Sandkern auf geschmolzenes Hochtemperatureisen trifft, verbrennt und zersetzt sich der Harzbinder schnell und erzeugt eine große Menge Gas. Wenn diese Gase nicht reibungslos abgeführt werden können, dringen sie in die Eisenschmelze ein und bilden Poren auf der endgültig erstarrten Oberfläche.

Lösung:

1. Optimieren Sie den Sandkern selbst (am wichtigsten!): Reduzieren Sie die Gasentwicklung des Sandkerns: Überprüfen Sie die Marke und das Modell des beschichteten Sandes, den Sie verwenden. Es wird empfohlen, auf emissionsarmen gasbeschichteten Sand umzusteigen, der normalerweise gasarmes Harz und Härter mit niedrigen Emissionen verwendet. Verbessern Sie die Atmungsaktivität des Sandkerns: Kommunizieren Sie mit dem Lieferanten des beschichteten Sandes, um die Festigkeitsanforderungen des Sandkerns angemessen zu reduzieren. Eine zu hohe Festigkeit führt zu einer großen Harzzugabe und einer starken Gasentwicklung. Je geringer die Festigkeit, desto besser und gleichzeitig den Anforderungen an Styling und Guss gerecht. Prüfen Sie, ob die Kompaktheit des Sandkerns zu hoch ist. Bei der Herstellung des Kerns sollte der Sandinjektionsdruck nicht zu hoch sein, um zu verhindern, dass der Sandkern zu dicht wird. Sorgen Sie für eine reibungslose Absaugung der Sandkerne: Bei der Herstellung von Sandkernen müssen Absaugkanäle vorgesehen werden! Für diesen kleinen Kern mit einem Durchmesser von 3 cm können mit einer Belüftungsnadel mehrere kleine Abluftlöcher in die Mitte des Sandkerns gestochen werden, oder es können vorab eingebettete Wachsfäden zum Schmelzen verwendet werden, um beim Gießen Abluftkanäle zu bilden. Überprüfen Sie den Passspielraum des Sandkernkopfes, um sicherzustellen, dass der Abgaskanal am Kernkopf glatt und frei ist, sodass das Gas reibungslos durch den Kernkopf und in die Form oder das Sandabsaugsystem entweichen kann.

2. Erstarrungssequenz und Gasfalle: Sphäroguss hat eine pastenartige Erstarrungseigenschaft und das Innere bleibt nach der Bildung der Schale noch lange Zeit im flüssigen Zustand. Die Wandstärke des Gussstücks ist gleichmäßig, der zentrale Bereich der Innenwand ist jedoch die Enderstarrungszone. Das Gas, das nicht entladen werden kann, erzeugt im Inneren des Formhohlraums einen hohen Druck und dringt in dem schwachen Moment, in dem die Oberfläche des geschmolzenen Eisens verkrustet oder zu erstarren beginnt (normalerweise die Innenwand des mittleren und oberen Teils), in das Metall ein, das sich noch im flüssigen Zustand befindet. Aufgrund der Ausdehnung und des Erstarrungsdrucks von Graphit werden diese Gase schließlich im endgültigen Erstarrungsbereich „eingesperrt“ und bilden subkutane Poren oder invasive Poren.

3. Die chemischen Eigenschaften von geschmolzenem Eisen verschärfen die Situation: Ein zu hoher Restgehalt an Magnesium (Mg) kann die Oberflächenspannung des geschmolzenen Eisens erhöhen, wodurch es für eindringende Blasen schwieriger wird, aufzuschwimmen und zu entweichen. Die Oxidation von Eisenflüssigkeit (hoher Sauerstoffgehalt) oder eine unvollständige Ofenbeschickung (Rost, Ölflecken) erhöhen die Tendenz zur Selbstausfällung von Poren, wodurch zusammen mit eindringenden Gasen schwere Poren entstehen.

2、 Systematische Lösungen sollten in der Reihenfolge von primär bis sekundär untersucht und getestet werden:

1. Sandkernoptimierung (die direkteste und effektivste Maßnahme) zur Reduzierung der Gasentwicklung: Wenden Sie sich umgehend an den Lieferanten des beschichteten Sandes und wechseln Sie zu beschichtetem Sand mit geringem Gasgehalt. Dieses Material wurde speziell zur Lösung solcher Probleme entwickelt, indem spezielle Harze und Additive verwendet werden, um die Gasbildung zu reduzieren und die Spitzengasbildung zu verzögern. Stellen Sie sicher, dass die Absaugung des Sandkerns absolut ungehindert ist (sehr wichtig!): Bei Sandkernen mit einem Durchmesser von 30 mm muss während der Kernherstellung eine Absauganlage installiert werden. Beste Methode: Vorgefertigten Abgaswachsdraht verwenden. Während des Kernherstellungsprozesses werden ein oder mehrere Wachsdrähte eingebettet, und die Wachsdrähte schmelzen beim Gießen und bilden einen perfekten Abluftkanal. Einfache Methode: Ein Entlüftungsloch durch (oder nahe) der Mitte des Sandkerns oder mit einer Entlüftungsnadel einbringen. Stellen Sie sicher, dass diese Kanäle mit dem Kernkopf verbunden sind. Optimieren Sie das Kerndesign: Überprüfen Sie die Position des Kerns in der Form, um sicherzustellen, dass der Spalt zwischen Kern und Sandform nach dem Einsetzen des Sandkerns nicht vollständig abgedichtet werden kann. Dies ist der letzte Kanal, über den Gas aus der Form entweichen kann. Bei Bedarf kann der Spalt zwischen den Kernköpfen vergrößert oder spezielle Abluftschlitze angebracht werden.

2. Prozessoptimierung (Anpassung der Wechselwirkung zwischen geschmolzenem Eisen und Sandkern) zur Erhöhung der Gießtemperatur: Dies ist die schnellste und effektivste temporäre Maßnahme vor Ort. Eine entsprechende Erhöhung der Gießtemperatur (z. B. 1380 °C → 1400–1420 °C) kann die Zeit, in der das geschmolzene Eisen flüssig bleibt, verlängern und dem Gas mehr Zeit für den Austritt geben. Lassen Sie die Oberfläche des Sandkerns schneller sintern, um eine „verglaste“ harte Schale zu bilden, die verhindert, dass das tiefliegende Harz weiterhin Gas abgibt. Achtung: Eine zu hohe Temperatur kann zu anderen Problemen führen (z. B. Anhaften von Sand) und es muss ein Gleichgewichtspunkt gefunden werden. Beschleunigen Sie die Gießgeschwindigkeit: Verkürzen Sie die Füllzeit und vermeiden Sie gleichzeitig Turbulenzen. Der schnell aufgebaute statische Druck des Metalls kann das Eindringen von Gasen besser unterdrücken und den Ausstoß vor der geringeren Erstarrung abschließen. Sorgen Sie für ein gleichmäßiges Gießen: Verwenden Sie ein Bodengießsystem, um ein direktes Spülen des Sandkerns durch geschmolzenes Eisen zu vermeiden und Turbulenzen und Kräuseln zu reduzieren. 3. Kontrolle des Schmelzens und der Eisenflüssigkeit (um Selbstprobleme zu beseitigen und Verletzungen nicht noch schlimmer zu machen) den Restmagnesiumgehalt streng kontrollieren: Überschüssige Mg-Rückstände sind der „Katalysator“ für Poren. Stellen Sie sicher, dass der verbleibende Mg-Gehalt nach der Sphäroidisierungsbehandlung innerhalb der für den Prozess erforderlichen Untergrenze (z. B. 0,03 % bis 0,04 %) liegt und nicht zu hoch sein sollte. Verwenden Sie saubere Ofenmaterialien: Beseitigen Sie Stahlschrott und recycelte Materialien mit starken Rost- und Ölflecken und verhindern Sie deren Zersetzung unter Bildung von [H]-, [O]- und CO-Gasen. Schlacke gründlich entfernen: Vor der Sphäroidisierungsbehandlung und dem Gießen muss die Schlacke gründlich entfernt werden, um zu verhindern, dass die Schlacke in den Formhohlraum rollt.

Zusammenfassung und Handlungsprioritätsempfehlungen

1. Erste Priorität (sofortige Inspektion): Prüfen, ob der Sandkern einen Abluftkanal hat! Wenn nicht, ist dies das Problem, das zuerst gelöst werden muss. Versuchen Sie, Wachsfäden zu vergraben oder Belüftungslöcher zu binden.

2. Zweite Priorität (Schnelltest): Gießtemperatur um 20-30 °C erhöhen und Verbesserung der Porosität beobachten. Wenn der Effekt signifikant ist, deutet dies stark auf das Problem der Gasbildung im Sandkern hin.

3. Dritte Priorität (Kontaktaufnahme mit Lieferanten): Fordern Sie mit emissionsarmem Gas beschichtete Sandproben für Vergleichstests an, was oft der Schlüssel zur Lösung des Problems ist.

4. Vierte Priorität (Erkennung und Aufzeichnung): Überprüfen Sie den verbleibenden Mg-Gehalt in der Eisenflüssigkeit nach der Sphäroidisierung, um sicherzustellen, dass er innerhalb eines angemessen niedrigen Bereichs liegt.