Traitement de la porosité sévère des noyaux tubulaires cylindriques en sable lors de la production de pièces en fonte ductile à l'aide de la technologie de moulage au sable vert

Aujourd'hui, nous allons analyser un cas de défauts de porosité se produisant au niveau du noyau de sable enrobé d'un composant en fonte ductile. Le matériau est du GGG40, produit à l’aide d’une ligne de production verticale.

En raison de la zone solide dans la partie inférieure du noyau de sable de la pièce coulée, il est difficile d'évacuer le gaz à l'intérieur du tube rond de la pièce coulée. Par conséquent, le gaz généré par le noyau de sable est « piégé » dans la zone de solidification finale (point chaud) à l’intérieur de la pièce moulée pendant le processus de solidification du fer en fusion et ne peut pas être évacué en douceur. Voici les raisons détaillées de la formation et des solutions systématiques :

Analyse des causes principales : le pic d'émission de gaz du noyau de sable ne correspond pas au moment de la solidification du fer en fusion. Lorsque le noyau de sable enduit rencontre du fer fondu à haute température, le liant résineux brûle et se décompose rapidement, produisant une grande quantité de gaz. Si ces gaz ne peuvent pas être évacués en douceur, ils envahiront le fer en fusion et formeront des pores sur la surface finale solidifiée.

Solution:

1. Optimisez le noyau de sable lui-même (le plus important !) : réduisez la génération de gaz du noyau de sable : vérifiez la marque et le modèle du sable enrobé que vous utilisez. Il est recommandé de passer au sable enduit de gaz à faibles émissions, qui utilise généralement une résine gazeuse et un agent de durcissement à faibles émissions. Améliorer la respirabilité du noyau de sable : Communiquez avec le fournisseur de sable enduit pour réduire de manière appropriée les exigences de résistance du noyau de sable. Une résistance excessive signifie qu'il y a une grande quantité de résine ajoutée et une forte génération de gaz. Plus la résistance est faible, mieux c'est, tout en répondant aux exigences de style et de moulage. Vérifiez si la compacité du noyau de sable est trop élevée. Lors de la fabrication du noyau, la pression d'injection du sable ne doit pas être trop élevée pour éviter que le noyau de sable ne devienne trop dense. Assurer une évacuation fluide des noyaux de sable : lors de la fabrication des noyaux de sable, des canaux d'évacuation doivent être réalisés ! Pour ce petit noyau d'un diamètre de 3 cm, plusieurs petits trous d'échappement peuvent être percés au centre du noyau de sable avec une aiguille de ventilation, ou des fils de cire pré-enrobés peuvent être utilisés pour fondre et former des canaux d'échappement lors du coulage. Vérifiez le jeu d'ajustement de la tête de noyau de sable pour vous assurer que le canal d'échappement au niveau de la tête de noyau est lisse et dégagé, permettant au gaz de s'échapper en douceur à travers la tête de noyau et dans le moule ou le système d'échappement de sable.

2. Séquence de solidification et piège à gaz : La fonte ductile a une caractéristique de solidification semblable à une pâte et l'intérieur reste à l'état liquide pendant longtemps après la formation de la coque. L'épaisseur de la paroi de la pièce moulée est uniforme, mais la zone centrale de la paroi intérieure constitue la zone de solidification finale. Le gaz qui ne peut pas être évacué forme une haute pression à l'intérieur de la cavité du moule et, au moment de faiblesse où la surface de la croûte de fer en fusion ou commence à se solidifier (généralement la paroi interne des parties médiane et supérieure), il envahit le métal encore à l'état liquide. En raison de la pression d'expansion et de solidification du graphite, ces gaz sont finalement « bloqués » dans la zone de solidification finale, formant des pores sous-cutanés ou des pores invasifs.

3. Les propriétés chimiques du fer en fusion aggravent la situation : une teneur excessive en magnésium (Mg) résiduel peut augmenter la tension superficielle du fer en fusion, rendant plus difficile la flottaison et la fuite des bulles envahissantes. L'oxydation du fer liquide (teneur élevée en oxygène) ou une charge incomplète du four (rouille, taches d'huile) augmenteront la tendance des pores auto-précipités, formant des pores sévères avec des gaz invasifs.

2、 Des solutions systématiques doivent être étudiées et testées du primaire au secondaire :

1. Optimisation du noyau de sable (la mesure la plus directe et la plus efficace) pour réduire la génération de gaz : contactez immédiatement le fournisseur de sable enrobé et passez au sable enrobé à faible teneur en gaz. Ce matériau est spécialement conçu pour résoudre de tels problèmes en utilisant des résines et des additifs spéciaux pour réduire la production de gaz et retarder la production de gaz de pointe. Assurez-vous que l'évacuation du noyau de sable n'est absolument pas obstruée (de la plus haute importance !) : Pour les noyaux de sable d'un diamètre de 30 mm, un système d'échappement doit être installé pendant le processus de fabrication du noyau. Meilleure méthode : utilisez du fil de cire d’échappement pré-encastré. Un ou plusieurs fils de cire sont incorporés pendant le processus de fabrication du noyau et les fils de cire fondent pendant la coulée, formant un canal d'échappement parfait. Méthode simple : Insérez un trou d'aération à travers (ou à proximité) du centre du noyau de sable ou avec une aiguille d'aération. Assurez-vous que ces canaux sont connectés à la tête centrale. Optimiser la conception du noyau : vérifiez la position du noyau dans le moule pour vous assurer que l'espace entre le noyau et le moule en sable ne peut pas être complètement scellé une fois le noyau en sable placé, qui est le canal final permettant au gaz de s'échapper à l'extérieur du moule. Si nécessaire, l'écart entre les têtes de noyau peut être augmenté ou des fentes d'échappement spécialisées peuvent être réalisées.

2. Optimisation du processus (ajustement de l'interaction entre le fer fondu et le noyau de sable) pour augmenter la température de coulée : il s'agit de la mesure temporaire la plus rapide et la plus efficace sur site. Une augmentation appropriée de la température de coulée (par exemple 1 380 °C → 1 400-1 420 °C) peut prolonger le temps nécessaire au fer fondu pour rester liquide et donner plus de temps au gaz pour être évacué. Faites fritter la surface du noyau de sable plus rapidement pour former une coque dure « vitrifiée », empêchant la résine profonde de continuer à émettre du gaz. Attention : Une température excessive peut provoquer d'autres problèmes (comme le collage du sable) et il faut trouver un point d'équilibre. Accélérez la vitesse de versement : raccourcissez le temps de remplissage tout en évitant les turbulences. La pression statique du métal rapidement établie peut mieux supprimer l'invasion des gaz et compléter l'échappement avant la solidification inférieure. Assurer un versement fluide : adoptez un système de versement par le bas pour éviter le rinçage direct du noyau de sable par le fer fondu, réduire les turbulences et le curling. 3. Le contrôle des liquides de fusion et du fer (pour éliminer les problèmes personnels et éviter d'ajouter une insulte aux blessures) contrôle strictement la teneur résiduelle en magnésium : les résidus excessifs de magnésium sont le « catalyseur » des pores. Assurez-vous que la teneur résiduelle en magnésium après le traitement de sphéroïdisation est contrôlée dans la limite inférieure requise par le processus (telle que 0,03 % -0,04 %) et ne doit pas être trop élevée. Utilisez des matériaux de four propres : éliminez la ferraille d'acier et les matériaux recyclés présentant de graves taches de rouille et d'huile, et évitez leur décomposition pour produire des gaz [H], [O] et CO. Éliminer complètement les scories : Avant le traitement de sphéroïdisation et le coulage, les scories doivent être soigneusement éliminées pour éviter qu'elles ne roulent dans la cavité du moule.

Recommandations récapitulatives et prioritaires d’action

1. Première priorité (inspection immédiate) : Vérifiez si le noyau de sable est équipé d'un conduit d'évacuation ! Si ce n’est pas le cas, c’est le problème qu’il faut résoudre en premier. Essayez d'enterrer les fils de cire ou de nouer les trous de ventilation.

2. Deuxième priorité (test rapide) : Augmenter la température de coulée de 20-30°C et observer l'amélioration de la porosité. Si l’effet est significatif, cela souligne fortement le problème de génération de gaz dans le noyau de sable.

3. Troisième priorité (contacter les fournisseurs) : demander des échantillons de sable enrobé de gaz à faibles émissions pour des tests comparatifs, qui sont souvent la clé pour résoudre le problème.

4. Quatrième priorité (détection et enregistrement) : Vérifiez la teneur résiduelle en magnésium dans le liquide de fer après sphéroïdisation pour vous assurer qu'elle se situe dans une plage raisonnablement basse.