تفسير العيوب الشائعة مثل تجاويف الانكماش ومسامية الانكماش وشمول الخبث والجرافيت العائم في مكونات الحديد الزهر

يعتبر الحديد الدكتايل، الذي تم تطويره على نطاق واسع في الصين على مدار الأربعين عامًا الماضية، مادة صب قوية وصلبة وفعالة من حيث التكلفة. يقلل هيكل الجرافيت الكروي من تركيز الضغط، مما يمنحه قوة شد ومرونة وصلابة أفضل من مكاوي الزهر الأخرى. على الرغم من أن اللدونة أقل من الفولاذ، إلا أنها توفر قوة إجهاد مماثلة ونسبة مقاومة عالية للخضوع (0.7-0.8)، وهي تقريبًا ضعف نسبة الفولاذ الكربوني العادي. ومع ذلك، يواجه حديد الدكتايل أيضًا عيوبًا فريدة في الصب، مثل:

1 انكماش التجويف والمسامية

2 إدراج الخبث

3 المسامية تحت الجلد

4 الجرافيت العائمة

5 ضعف كروية والركود

تؤثر هذه العيوب على الأداء وتزيد من معدلات الخردة. لتحسين الجودة وتقليل النفايات، من الضروري تحليل الأسباب والتحكم في العوامل المؤثرة وتطبيق تقنيات الصب الدقيقة.

1. الانكماش والمسامية

1.1. هناك عدة عوامل تؤثر على تكوين تجاويف الانكماش والمسامية في مصبوبات حديد الدكتايل:

1. مكافئ الكربون (CE)

• يزيد محتوى الكربون العالي من توسع الجرافيت ويحسن السيولة ويقلل الانكماش.

• الصيغة المثالية: C% + 1/7Si% > 3.9%

• قد يؤدي ارتفاع نسبة CE بشكل مفرط إلى تعويم الجرافيت.

  
  

2. الفوسفور (ف)

• يزيد من نطاق التصلب ويضعف غلاف الصب مما يؤدي إلى المزيد من عيوب الانكماش.

• ينبغي السيطرة عليها أقل من 0.08%.

3. الأتربة النادرة والمغنيسيوم (RE & Mg)

• يمكن أن يؤدي الإفراط في استخدام الطاقة المتجددة والمغنيسيوم إلى تقليل كروية الجرافيت وتعزيز البنية البيضاء، مما يزيد من مخاطر الانكماش.

4. سمك الجدار

• تحتفظ الأجزاء السميكة بالحرارة لفترة أطول، مما يزيد من انكماش السائل.

• التغيرات المفاجئة في سمك الجدار يمكن أن تؤدي إلى مناطق ساخنة معزولة وسوء التغذية.

5. صب درجة الحرارة

• يجب أن يوازن بين السيولة والانكماش:
  1300-1350 درجة مئوية مناسبة بشكل عام.

• عالية جدًا تزيد من انكماش السائل. مخاطر منخفضة جدًا على سوء التعبئة.

6. تماسك العفن الرملي

• يمكن أن يؤدي الضغط المنخفض أو غير المتساوي إلى توسع التجويف، مما يؤدي إلى عدم كفاية التغذية والانكماش.

7. تصميم نظام الصب والتغذية

• يؤدي الإعداد غير المناسب للناهض أو البوابات أو التبريد إلى تعطيل التصلب المتسلسل وتقليل فعالية التغذية.

1.2. لتقليل تجاويف الانكماش والمسامية في حديد الدكتايل، ينبغي تنفيذ الاستراتيجيات الوقائية التالية:

1. التحكم في تكوين الحديد المنصهر

• مكافئ عالي الكربون: > 3.9%

• انخفاض الفوسفور: <0.08%

• انخفاض المغنيسيوم المتبقي: <0.07%

• استخدم سبائك المغنيسيوم الأرضية النادرة وتحكم في أكاسيد الأرض النادرة المتبقية بنسبة 0.02-0.04%

2. تصميم العملية الأمثل

• ضمان التغذية المستمرة من الناهضين أثناء التصلب.

• استخدم الحجم والكمية المناسبة للناهض لتمكين التصلب المتسلسل.

3. استخدام القشعريرة والإعانات

• تنطبق حسب الحاجة لضبط توزيع درجة الحرارة، وتعزيز التصلب الاتجاهي.

4. صب المعلمات

• درجة حرارة الصب: 1300-1350 درجة مئوية

• صب كامل خلال 25 دقيقة لتجنب الركود الكروي.

5. تحسين جودة القالب

• ضغط الرمال: ≥ 90

• ضمان صدم موحد ومحتوى رطوبة مناسب للحفاظ على صلابة القالب.

2. إدراج الخبث

2.1. يعد احتواء الخبث عيبًا شائعًا في الحديد المرن، وينتج بشكل رئيسي عن الظروف الكيميائية والفيزيائية أثناء الصهر والصب. تشمل العوامل المؤثرة الرئيسية ما يلي:

1. السيليكون (سي)

• أكسيد السيليكون هو أحد مكونات الخبث الرئيسية.

• يزيد السيليكون الزائد من خطر تكوين الخبث.

2. الكبريت (S)

• يشكل كبريتات ذات نقطة انصهار منخفضة تزيد من لزوجة الحديد المنصهر، مما يعيق فصل الخبث.

• يجب أن يبقى الكبريت أقل من 0.06٪.

• المستويات الأعلى من 0.09-0.135% تزيد بشكل حاد من شوائب الخبث.

3. الأتربة النادرة والمغنيسيوم (RE & Mg)

• أكسدة هذه العناصر تؤدي إلى تكوين الخبث.

• وينبغي تجنب الفائض المتبقي من الطاقة المتجددة والمغنيسيوم.

4. صب درجة الحرارة

• منخفض جدًا: اللزوجة العالية تمنع ارتفاع الخبث والأكاسيد.

• مرتفع جدًا: يصبح الخبث السطحي رقيقًا ويتدفق إلى القالب.

• يجب أن تأخذ درجة الحرارة المناسبة في الاعتبار توازن الكربون والسيليكون.

5. تصميم نظام الصب

• يجب أن يتضمن ميزات حظر الخبث.

• يجب أن يقلل من الرش والاضطراب لملء القالب بسلاسة.

6. صب جودة الرمل

• يمكن أن يتحد الرمل أو الطلاء الملتصق مع الأكاسيد لتكوين الخبث.

• ويؤدي الانضغاط غير المتساوي إلى تآكل المعادن، مما يؤدي إلى تكوين مركبات ذات نقطة انصهار منخفضة تسبب احتواء الخبث.

2.2. لتقليل عيوب تضمين الخبث، ينبغي تنفيذ التدابير التالية:

1. التحكم في تكوين الحديد المنصهر

• حافظ على محتوى الكبريت <0.06%

• أضف 0.1-0.2% من سبيكة الأتربة النادرة لتنقية الحديد المنصهر

• تقليل مستويات السيليكون والمغنيسيوم المتبقية

2. عملية الصهر الأمثل

• زيادة درجة حرارة التنصت للمساعدة في فصل التضمين

• إجراء الترسيب (التخدير) للسماح للشوائب بالطفو

• إزالة الخبث السطحي وتطبيق عوامل التغطية (مثل البيرلايت أو رماد النبات) لمنع الأكسدة

• استخدم درجة حرارة صب ≥ 1350 درجة مئوية

3. تحسين تصميم نظام الصب

• ضمان التدفق المعدني السلس

• قم بدمج أكياس جمع الخبث وأجهزة منع الخبث (مثل مرشحات الخبث)

• منع تآكل الرمال في ذرب

4. ضمان جودة القالب

5. الحفاظ على الاكتناز الموحد والقوة الكافية

• قم بتنظيف تجويف القالب جيدًا قبل إغلاق الصندوق لمنع الرمل أو الخبث المرتبط بالحطام

3. الجرافيت العائم

3.1. يحدث تعويم الجرافيت عندما ينفصل الجرافيت الزائد عن الحديد المنصهر ويرتفع إلى الجزء العلوي من المسبوكة، مما يؤدي إلى بنية غير موحدة وضعف الخواص الميكانيكية. تشمل العوامل الرئيسية ما يلي:

1. مكافئ الكربون (CE)

• السبب الرئيسي لطفو الجرافيت.

• ارتفاع CE → هطول الأمطار المفرط للجرافيت → يرتفع الجرافيت بسبب انخفاض الكثافة وبخار المغنيسيوم.

• تكون المسبوكات الأكبر حجمًا والأكثر سمكًا أكثر عرضة لهذا العيب.

2. السيليكون (سي)

• يساعد خفض محتوى السيليكون (عند CE ثابت) على تقليل الميل العائم.

3. محتوى الأرض النادرة (RE)

• انخفاض الطاقة المتجددة يقلل من قابلية ذوبان الكربون، مما يؤدي إلى المزيد من هطول الجرافيت وتفاقم التعويم.

4. درجة حرارة الكروية والتلقيح

• النطاق الأمثل: 1380-1450 درجة مئوية

• تعمل درجة الحرارة المرتفعة ضمن هذا النطاق على تحسين امتصاص المغنيسيوم والطاقة المتجددة، مما يقلل من الفصل.

5. صب درجة الحرارة

• تؤدي درجة حرارة الصب المرتفعة إلى زيادة طفو الجرافيت بسبب الحالة المنصهرة الطويلة وتكوين المزيد من الجرافيت.

6. الاحتفاظ بالوقت بعد التلقيح

• التأخير بين التلقيح والصب يسمح للجرافيت بالتشكل والطفو.

• يجب أن تبقى أقل من 10 دقائق لتقليل المخاطر.