Tratamiento de porosidad severa en núcleos de arena tubulares cilíndricos durante la producción de piezas de hierro dúctil utilizando tecnología de moldeo en arena verde.

Hoy analizaremos un caso de defectos de porosidad que ocurren en el núcleo de arena recubierto de un componente de hierro dúctil. El material es GGG40, producido mediante una línea de producción vertical.

Debido al área sólida en la parte inferior del núcleo de arena de la pieza fundida, es difícil expulsar el gas dentro del tubo redondo de la pieza fundida. Por lo tanto, el gas generado por el núcleo de arena queda "atrapado" en el área de solidificación final (punto caliente) dentro de la pieza fundida durante el proceso de solidificación del hierro fundido y no puede descargarse suavemente. A continuación se detallan las razones de la formación y las soluciones sistemáticas:

Análisis de la causa principal: la emisión máxima de gas del núcleo de arena no coincide con el momento de la solidificación del hierro fundido. Cuando el núcleo de arena recubierto encuentra hierro fundido a alta temperatura, el aglutinante de resina se quemará y descompondrá rápidamente, produciendo una gran cantidad de gas. Si estos gases no pueden descargarse suavemente, invadirán el hierro fundido y formarán poros en la superficie solidificada final.

Solución:

1. Optimice el núcleo de arena (¡lo más importante!): reduzca la generación de gases del núcleo de arena: verifique la marca y el modelo de la arena recubierta que está utilizando. Se recomienda cambiar a arena recubierta de gases de baja emisión, que generalmente utiliza resina y agente de curado de baja emisión de gases. Mejorar la transpirabilidad del núcleo de arena: comuníquese con el proveedor de arena recubierta para reducir adecuadamente los requisitos de resistencia del núcleo de arena. Una resistencia excesiva significa que se agrega una gran cantidad de resina y una alta generación de gas. Cuanto menor sea la resistencia, mejor, cumpliendo al mismo tiempo con los requisitos de peinado y moldeado. Compruebe si la compacidad del núcleo de arena es demasiado alta. Al fabricar el núcleo, la presión de inyección de arena no debe ser demasiado alta para evitar que el núcleo de arena se vuelva demasiado denso. Asegúrese de que los núcleos de arena se escapen sin problemas: ¡Al fabricar los núcleos de arena, se deben crear canales de escape! Para este pequeño núcleo con un diámetro de 3 cm, se pueden perforar varios pequeños orificios de escape en el centro del núcleo de arena con una aguja de ventilación, o se pueden usar hilos de cera preincrustados para derretir y formar canales de escape durante el vertido. Verifique el espacio libre de ajuste del cabezal del núcleo de arena para garantizar que el canal de escape en el cabezal del núcleo esté liso y sin obstrucciones, permitiendo que el gas escape suavemente a través del cabezal del núcleo hacia el molde o el sistema de escape de arena.

2. Secuencia de solidificación y trampa de gas: el hierro dúctil tiene una característica de solidificación similar a una pasta y el interior permanece en estado líquido durante mucho tiempo después de que se forma la cáscara. El espesor de la pared de la pieza fundida es uniforme, pero el área central de la pared interior es la zona de solidificación final. El gas que no se puede descargar forma alta presión dentro de la cavidad del molde, y en el momento débil en que la superficie de la corteza de hierro fundido comienza a solidificarse (generalmente la pared interna de las partes media y superior), invade el metal que aún está en estado líquido. Debido a la presión de expansión y solidificación del grafito, estos gases eventualmente quedan "bloqueados" en el área de solidificación final, formando poros subcutáneos o poros invasivos.

3. Las propiedades químicas del hierro fundido agravan la situación: un contenido excesivo de magnesio (Mg) residual puede aumentar la tensión superficial del hierro fundido, lo que dificulta que las burbujas invasoras floten y escapen. La oxidación del hierro líquido (alto contenido de oxígeno) o la carga incompleta del horno (óxido, manchas de aceite) aumentarán la tendencia de los poros autoprecipitados, formando poros severos junto con gases invasivos.

2. Las soluciones sistemáticas deben investigarse y probarse en orden de primaria a secundaria:

1. Optimización del núcleo de arena (la medida más directa y efectiva) para reducir la generación de gas: comuníquese inmediatamente con el proveedor de arena recubierta y cambie a arena recubierta con bajo contenido de gas. Este material está diseñado específicamente para resolver estos problemas mediante el uso de resinas y aditivos especiales para reducir la generación de gas y retrasar la generación máxima de gas. Asegúrese de que el escape del núcleo de arena esté absolutamente libre de obstáculos (¡de suma importancia!): Para núcleos de arena con un diámetro de 30 mm, se debe instalar un sistema de escape durante el proceso de fabricación del núcleo. Mejor método: utilice alambre de cera de escape preincrustado. Durante el proceso de fabricación del núcleo se incrustan uno o más alambres de cera y los alambres de cera se derriten durante la fundición, formando un canal de escape perfecto. Método simple: inserte un orificio de ventilación a través (o cerca) del centro del núcleo de arena o con una aguja de ventilación. Asegúrese de que estos canales estén conectados al cabezal central. Optimice el diseño del núcleo: verifique la posición del núcleo en el molde para asegurarse de que el espacio entre el núcleo y el molde de arena no pueda sellarse completamente después de colocar el núcleo de arena, que es el canal final para que el gas escape fuera del molde. Si es necesario, se puede aumentar el espacio entre los cabezales del núcleo o se pueden hacer ranuras de escape especializadas.

2. Optimización del proceso (ajustando la interacción entre el hierro fundido y el núcleo de arena) para aumentar la temperatura de vertido: Esta es la medida temporal más rápida y efectiva en el sitio. Aumentar adecuadamente la temperatura de vertido (como 1380 °C → 1400-1420 °C) puede prolongar el tiempo que tarda el hierro fundido en permanecer líquido y dar más tiempo para que se descargue el gas. Haga que la superficie del núcleo de arena se sinterice más rápido para formar una capa dura "vitrificada", evitando que la resina profunda continúe emitiendo gas. Atención: una temperatura excesiva puede causar otros problemas (como que la arena se pegue) y es necesario encontrar un punto de equilibrio. Acelere la velocidad de vertido: acorte el tiempo de llenado evitando turbulencias. La presión estática del metal rápidamente establecida puede suprimir mejor la invasión de gas y completar el escape antes de la solidificación inferior. Garantice un vertido suave: adopte un sistema de vertido inferior para evitar el lavado directo del núcleo de arena por el hierro fundido y reducir la turbulencia y el rizado. 3. El control del líquido de fundición y hierro (para eliminar los problemas propios y evitar agravar la lesión) controla estrictamente el contenido de magnesio residual: el residuo excesivo de Mg es el "catalizador" de los poros. Asegúrese de que el contenido de Mg residual después del tratamiento de esferoidización esté controlado dentro del límite inferior requerido por el proceso (como 0,03% -0,04%), y no debe ser demasiado alto. Utilice materiales de horno limpios: elimine la chatarra de acero y los materiales reciclados con manchas severas de óxido y aceite, y evite su descomposición para producir gases [H], [O] y CO. Elimine completamente la escoria: antes del tratamiento de esferoidización y el vertido, la escoria debe eliminarse completamente para evitar que se enrolle en la cavidad del molde.

Resumen y recomendaciones de prioridad de acción

1. Primera prioridad (inspección inmediata): ¡Compruebe si el núcleo de arena tiene un conducto de escape! Si no, este es el problema que hay que resolver primero. Intente enterrar hilos de cera o atar orificios de ventilación.

2. Segunda prioridad (prueba rápida): Aumentar la temperatura de vertido entre 20 y 30 °C y observar la mejora de la porosidad. Si el efecto es significativo, indica claramente el problema de la generación de gas en el núcleo de arena.

3. Tercera prioridad (contactar con los proveedores): solicitar muestras de arena recubierta de gases de baja emisión para pruebas comparativas, que suele ser la clave para resolver el problema.

4. Cuarta prioridad (detección y registro): Verifique el contenido de Mg residual en el líquido de hierro después de la esferoidización para asegurarse de que esté dentro de un rango bajo razonable.