Main navigation
Sub navigation
Газовые поры, часто называемые поверхностными газовыми пузырями, образуются спорадически, охватывают большие площади и могут появиться в любой зоне отливаемой детали. Во многих случаях они становятся видимыми только после механической обработки. Однако их всегда можно увидеть невооруженным глазом. Прежде всего, газовые поры образуются на наружной поверхности литого изделия или сразу же под поверхностью отливки из литейного чугуна с пластинчатым, шаровидным и вермикулярным графитом, а также из ковкого чугуна и литейной стали.
Проявления
Газовые поры могут иметь различную форму – от шаровидных пузырей с исключительно металлической поверхностью или с поверхностью, покрытой тонкой графитовой пленкой, до полостей большего размера и неправильной формы, сопровождающихся вкраплениями шлака или окислений.Существуют водородные поры и водородно-азотные поры (их невозможно отличить друг от друга), а также газовые поры, образующиеся в результате реакций CO-шлака. Среди главных причин данного дефекта следует указать особые свойства железа, с одной стороны, и особые свойства формовочного материала – с другой. В случае бетона образование газовых часто вызвано не одной причиной, а скорее комбинированным воздействием
нескольких взаимно усиливающих факторов. Газовые поры приводят к дефектам таких покрытий, как эмалирование, горячее цинкование, порошковые покрытия, и т. д. Данный дефект, скорее всего, не влияет на способность выдерживать статическое напряжение. В особенности это касается марок высокопрочного чугуна и низких напряжений. В случае обработанных рабочих поверхностей, которые, помимо прочего, должны быть герметичными, данный дефект приводит к отбраковке. Кроме того, неблагоприятное расположение дефекта может негативно повлиять на динамическую прочность. Следовательно, газовые поры недопустимы в деталях ответственного назначения, работающих в условиях вибрационного напряжения.
Главная причина появления газовых пор обусловлена особыми свойствами металла (т. е. железа), а также свойствами формовочных материалов.
Содержание азота в литейном чугуне находится в пределах 40-140 частей на миллион. Таким образом, если образование пузырьков спровоцировано извне (например, вследствие индукционного перемешивания), может произойти дегазация. Критический предел образования газовых пор часто указывают равным от 80 до 100 частей на миллион. Хотя даже более низкое содержание в сочетании с осаждением CO может быть критическим.
В противоположность стальному литью, при чугунном литье наблюдается меньшая предрасположенность к поглощению газа, так как углерод и кремний снижают растворимость, а, следовательно, и готовность поглощать водород и азот. Как результат, расплав литейного чугуна с низким уровнем насыщения хромом демонстрирует значительно более высокую восприимчивость. Это также подтверждается частотой образования дефектов при литье из ковкого чугуна, который от природы имеет более низкий уровень насыщения хромом.
Хром, молибден, марганец, ванадий и титан повышают растворимость водорода и азота, тогда как алюминий, фосфор, углерод и кремний наоборот ее понижают. Одно из исследований показало, что в отливках с одинаковым содержанием газа отсутствовали дефекты при содержании алюминия, равном 70 частей на миллион. Однако в тех же отливках, но уже при содержании алюминия, равном 380 частей на миллион, происходило интенсивное образование газовых пор. Более высокое содержание алюминия может привести к переходу содержащегося в чугуне алюминия в оксид алюминия и водород – в водяных парах дымовых газах при заливке. Затем данный водород вызывает образование пузырьков. Именно здесь следует разграничить пузырьки, образующиеся исключительно вследствие металлургических факторов, и реакции на границе раздела фаз между литейной формой, стержнем и отливаемой деталью.
В восстановительной газовой среде аммиак разлагается в соответствии с приведенным уравнением:
2NH3 + N2 + 3H2 .
При температуре 600 °C и атмосферном давлении аммиак практически полностью рассеивается. При этом объем газа увеличивается вдвое, и из 2 молей аммиака образуется 1 моль азота и 3 моля водорода. Данный водород может вступить в реакцию с осажденной окисью углерода по приведенному ниже уравнению:
CO + H2 + H2 O + C
Помимо состава чугуна и свойств формовочных материалов, существуют и другие факторы, влияющие на образование газовых пор. Неполное удаление шлака может привести к появлению шлаковых включений, которые могут стать затравкой для образования газовых пузырьков. Даже при полном удалении шлака литейный чугун с шаровидным графитом содержит множество оксидов, которые могут способствовать образованию газовых пор. Шлаг, образующийся при обработке магнием, также играет свою роль, даже при условии, что не совсем ясно, является ли это исключительно механическим фактором образования дефектов, или шлак способствует образованию газа. Кроме того, на появление газовых пор могут оказывать влияние методы литья и устройство литников. Литниковая система с нетурбулентным потоком и кратковременной заливкой снижает тенденцию к образованию газовых пор. Еще одной причиной образования газовых пор могут быть холодные капли. Они окисляются, а затем попадают в поток материала при литье. При этом может протекать реакция с образованием CO. Это и приводит к появлению газовых пор.