1. 気孔欠陥の分類と特徴
1.1. 侵入気孔率 (局所的気孔率):
溶融金属の熱処理中に、鋳型 (または中子) によって発生したガスが鉄液に浸透し、冷却プロセス中に鋳物の特定の領域に局所的な気孔が発生します。 溶融金属と鋳型/中子の間の相互作用は鋳造中にのみ発生し、高温で鋳型/中子によって生成されたガスが鉄の液体に浸透することを可能にすることを強調する必要があります。 (身体反応)
◆進入気孔の特徴：
- 鋳物の特定の領域に発生する局所的な気孔として現れます。
- 細孔の表面は比較的滑らかで、個別または蜂の巣状の空隙として存在します。
- 毛穴の色は白いか、黒い層があり、場合によっては酸化した皮膚で覆われています。
・球状・圧縮黒鉛鉄の場合、炭化物を思わせる臭気を発する場合があります。図1を参照してください。
収縮気孔率:
- 収縮と気孔率の特性を示します。
- 図 2 を参照してください。
1.2 析出気孔率 (ふるい状気孔率):
液体に溶解したガスは、冷却プロセス中に溶解度が低下するため細孔を形成します。 これらの細孔は、多くの場合、円形、楕円形、または針状の形状をしています。 鉄液中でのガスの生成は、製錬および加工の段階で発生することに注意することが重要です。 鉄液の温度が上昇すると、ガスの溶解度が増加し、製錬プロセス中の物理的および化学反応によりガス含有量が増加します。 (鉄の液体内のガスの存在は、製錬プロセスに関与するすべての物質が関与する物理的および化学的反応の結果です)。
析出気孔率の特徴:
特徴は、鋳物の断面全体またはかなりの部分に多数存在し、分散しており、比較的均一に分布していることです。 図 3 を参照してください。
1.3 反応空隙率:
溶融金属と金型界面の間の化学反応の結果として発生する気孔。 このプロセスでは、鉄液が冷却段階を経てガスが放出され、鋳物の表面にのみ閉じ込められます。
反応空隙率の特徴:
このタイプの気孔は主に、鋳物の表面から約 1-3 mm 離れた鋳物の表面に現れます。 これは、小さく間隔が狭い細孔が密に分布したパターンとして現れ、熱処理とショットブラスト後により顕著になります。 通常、これらの細孔は針状またはオタマジャクシ状の形状を示します。 表面下の気孔率としても知られています。 図 4 を参照してください。
A. 球状化剤スラグタイプ**
欠陥の特徴：鋳物の表面に球状の凹みが現れ、介在物が含まれます。 これらのくぼみは、多くの場合、内部ゲート システムの近くで発生します。 走査型電子顕微鏡では、細孔内部の表面が不均一であることが明らかになります。 細孔含有量のスペクトル分析により、Si、Mg、Al、Ba、O が検出されます。球状化剤に特有の Mg の存在は、介在物が球状化剤の関与によって形成されたスラグであることを示しています。 CO ガスのピンホールは、鉄液中の炭素とスラグの反応によって発生します。
B. 接種剤の欠陥に起因するスラグのタイプ 特徴: 断面にはいくつかのくぼみが見られます。 走査型電子顕微鏡とスペクトル分析により、凹部内の凹凸のある内部表面と、介在物中の Si、Ca、Ba、O の存在が明らかになりました。 Ba は接種剤の固有元素です。 これは、残留したケイ素鉄接種剤がスラグを形成し、鉄液中の炭素とスラグ中の酸化物との反応によりCO ガスが発生し、ピンホール欠陥を引き起こすことを示しています。 原因: 流動中の接種材料の溶解が不完全なため、スラグが形成されます。 対策：接種中の鉄液の飛散やスラグの多孔性を防ぐために、乾燥接種剤を使用してください。
C 欠陥: スラグおよび砂の混入タイプの欠陥 外観: 湯口付近の鋳物の表面に複数のくぼみがある。 走査型電子顕微鏡では、くぼみ内にスラグと砂が存在していることがわかります。 スペクトル分析により、砂中には Si、O、Al が存在し、スラグ中には Mg、Ce、Mn などの元素が存在することが示されました。 これは、欠陥が接種剤と砂の間の相互作用によって形成されたことを示唆しています。 解決策: スプルー ランナーの断面積を増やし、スプルー内の流速を下げます。
D 欠陥: 湿気による砂型欠陥 欠陥の外観: 機械加工後の鋳物の表面のくぼみ。 走査型電子顕微鏡検査では、くぼみ内に欠陥は見られません。 スペクトル分析により、主な元素は C、O、Si、Fe であることがわかります。 湿式金型内の湿気から発生する水蒸気によって発生するピンホール欠陥です。 解決策：鋳物砂中の水分含有量を減らし、鋳物砂の浸透性を改善し、鋳物砂中の石炭粉の割合を増やす。 コールドボックスコア製造工程における樹脂含水率を低減します。
2.1 侵襲的多孔性の原因の分析:
1. 侵襲的な多孔性の理由:
- 注湯システムの不合理な設計により、ガスの排出が不十分になったり、渦が形成されたりして、注入中にガスが閉じ込められます。
・砂型が緻密になりすぎ、浸透性が低下する。
- 砂中子のガス抜きが不十分であるか、空気通路が閉塞している。
・鋳物砂（中子）の含水率が高い。 湿気の多い気象条件では、湿った空気が金型/中子に吸収されて溶鉄と反応し、金型キャビティ内に大量のガスが発生することがあります。
・コアサポートやコア鉄の油汚れ。
- 鋳物砂中に過剰な揮発性物質が存在する。
- コーティングされた砂中の樹脂窒素 (N) 含有量が高く、NH3 の分解と N および H ガスの生成につながります。
・注ぎムラ、充填不足により多量のガスが混入します。
- 鋳物砂中の粘土含有量が高く、浸透性が悪く、鋳物の表面に「吹き穴」を引き起こします。これは侵襲的な気孔とも考えられます。
2.2 多孔性の原因の分析:
1. 炉装入物中のガス含有量が高く、腐食が激しく、表面グリースが過剰であると、溶鉄中のガス含有量が高くなります。
2. 溶銑鋳型の乾燥が不十分である。
3. 合金の乾燥が不十分です。
4. 炉装入物中のシリコンおよび希土類元素は水素ガス穴を容易に生成する可能性があり、アルミニウムまたはアルミナはガスを生成する可能性があります。
5. 注湯温度が低いため、発生したガスが上昇して逃げるのに十分な時間がかかりません。
6. 注湯が不安定。
7. 砂の温度が 35 度を超えるか、中心温度が高いと、金型キャビティ表面での吸湿や表層の過剰な水分含有量が発生する可能性があります。
8. 反応気孔率: 溶鉄と鋳型/中子の化学元素間の化学反応によって生成されるガスが液体中に浸透します。 ガス細孔は、冷却プロセス中にガスが放出されるのに十分な時間がないときに形成されます。
9. 高い残留マグネシウム含有量: 過剰なマグネシウム含有量は、溶鉄の水素吸収傾向を悪化させます。 溶融鉄中の残留マグネシウム含有量が 0.05% を超えると、皮下ガス孔が発生する可能性があります。 残留マグネシウム含有量が 0.07% を超える高ニッケル オーステナイト系ダクタイル鋳鉄は、皮下ガス孔が発生しやすくなります。
10. 注湯温度が低い。
11. 溶鉄中の高い硫黄含有量: 硫黄含有量が 0.094% を超えると、皮下ガス多孔性が発生し、硫黄含有量が高くなるほど、皮下ガス多孔性がより深刻になります。
12. レアアース含有量: 過剰なレアアース含有量は、溶融鉄中の酸化物含有量を増加させ、異種気泡核および皮下ガス多孔性の増加につながります。 残留希土類含有量は 0.043% 以内に制御する必要があります。
13. アルミニウム含有量: 溶鉄中のアルミニウムは、鋳物における水素ガスの気孔の主な原因です。 湿式ダクタイル鋳鉄の残留アルミニウム含有量が 0.03% ～ 0.05% の場合、皮下ガス孔が発生します。
14. 鋳造品の壁の厚さ: 薄肉および厚肉断面の鋳造品は、皮下ガス孔が発生しにくいです。
15. 鋳物砂中の水分含有量: 水分含有量が増加すると、球状鋳鉄に皮下ガス孔が生じる傾向が増加します。 鋳物砂の含水率を 4.8% 以下に制御すると、皮下ガス空隙率がゼロに近づきます。
さらに、鋳物砂の緻密性と注入温度も影響します。
溶鉄から逃げるマグネシウム蒸気や溶鉄表面の硫化マグネシウムは、鋳型内で水蒸気とMg+H2O→MgO+ 2[H]、MgS+H2O→MgO+H2Oと反応します。 発生した水素、酸化マグネシウム、硫化マグネシウムのガスは、溶鉄の表面を通って鋳物に浸透する可能性があります。
3.気孔欠陥を防止する方法:
1. 使用前に、炉の装入物を徹底的に洗浄して、過剰なガス含有量、ひどい腐食、表面のグリースを除去します。
2. 炉から取り出すときおよび注湯時の溶銑温度は厳重に管理してください。 過度に低い注入温度は避けてください。
3. 炉るつぼ、取鍋、溶銑型を完全に乾燥させます。 使用前に柄杓を予熱してください。
4. 球状化剤と接種剤を適切に予熱して、希土類およびフェロシリコンによって導入されるガスの量を減らします。
5. 注湯システムを適切に設計して、金型キャビティ内のスムーズな通気とキャビティへの安定した流れを確保します。
6. 過度の締め付けを避け、鋳物砂の均一な緻密性を確保します。
7. 中子砂の粘土含有量を適切に低減し、浸透性を高めます。
8. 砂中子の適切な通気を確保し、中子間の隙間を密閉して、溶融鉄が侵入して空気の通路を塞がないようにします。
9. 鋳物の最高点にライザーまたはベントを設定します。 大型の鋳物を注ぐ際は、通気に注意してください。
10. 大きな平らな鋳物の場合は、通気を容易にするために通気孔を少し高い位置に配置して、鋳物をわずかに傾けます。
11. チャプレットとチルドを乾燥させて洗浄し、錆や油による汚染がないことを確認します。
12. 鋳物砂の水分含有量を減らし、パーティング表面に通気スロットを作成し、必要に応じて石炭粉末の添加量を増やします。
13. バインダー含有量を適切に減らします。 大きな鋳物の場合は、おがくずなどの浸透性を高める材料を追加します。
14. 浸透性を高めるために丸い砂粒を使用します。
15. 適切な結節化を確保しながら、残留マグネシウム含有量を減らします。 元の溶銑中の硫黄含有量を最小限に抑えます。
16. 砂の温度を管理し、型を閉じた後はできるだけ早く流し込みます。
17. 乾燥した砂中子を使用し、型内の吸湿を防ぎます。 吸湿性の高い中子は使用しないでください。
18. インゴットオイルのような炭素質材料を金型表面にスプレーして、溶融鉄と金型界面の間に還元雰囲気を作成します。 少量のホタル石粉末またはフッ化ナトリウムを溶融鉄と鋳型の界面に振りかけると、皮下の多孔性を減少または除去できます。
19. 雨天時は注湯温度を適切に上げてください。
20. 硫化マグネシウムの介在物を減らします。 低硫黄銑鉄を使用するか、球状化処理時に少量のソーダ灰を添加して脱硫します。 球状化後、スキムスラグを複数回脱脂し、短時間放置してMgSスラグを浮遊させます。
21. 注湯温度を制御します。 薄肉鋳物の場合、温度は 1320 度以上であってはなりません。 中肉厚の鋳造品の場合、1300 度以上である必要があります。 ガイド プレートなどの厚肉コンポーネントの場合、1280 度以上である必要があります。 シリコンモリブデン鋳鉄や高ニッケルオーステナイト系ダクタイル鋳鉄ではさらに高い温度が必要です。