Zandgietwerk nodulair gietijzer – procesmogelijkheden en beperkingen

Koolstofstaal is vanwege het hoge smeltpunt niet gemakkelijk te zandgieten. Nodulair gietijzer is een alternatief. Het lagere smeltpunt biedt een manier om metallurgische eigenschappen te bereiken die vergelijkbaar zijn met die van staal in een zandgegoten onderdeel. Overschakelen van gietstukken van staal naar nodulair gietijzer is een manier om de bewerkingsvereisten en misschien ook de stukkosten te verminderen.

Hier is een inleiding tot nodulair gietijzer en een uitleg van wat er komt kijken bij het zandgieten ervan.

Twee soorten gietijzer

Gieterijen maken en werken al eeuwenlang met grijs gietijzer. Het smelt en giet gemakkelijk en heeft een goede bewerkbaarheid, maar het nadeel is een lage treksterkte en vervormbaarheid.

De lage sterkte wordt veroorzaakt door schilfers van grafiet die door de metaalmatrix zijn verdeeld. Deze bieden barstinitiatiepunten die tot zwakte leiden.

Nodulair gietijzer, ontwikkeld in het midden van de twintigste eeuw, lost dit probleem op. Door kleine hoeveelheden zorgvuldig geselecteerde elementen toe te voegen aan koolstofrijk hoogwaardig ruwijzer ontstaan ​​kleine grafietbolletjes in een matrix van ferriet en perliet (Fe3C) in plaats van vlokken. Om deze reden wordt het soms sferoïdaal of nodulair gietijzer genoemd.

Nodulair gietijzer heeft een iets lagere dichtheid dan staal (0,256 lb/in3 / 7,1 g/cm3 versus 0,284 lb/in3 / 7,8 g/cm3), en daarom lichter, maar de treksterkte is vergelijkbaar. Het heeft een redelijk goede ductiliteit, een goede slijtvastheid en kan schokbelastingen absorberen.

Het zandgietproces

Zandgieten begint met een patroon dat het onderdeel dat wordt gegoten nabootst. Dit wordt in een doos gedaan die vol zit met zand. Het patroon wordt vervolgens verwijderd om een ​​holte achter te laten die wordt gevuld met metaal.

De doos, technisch gezien, een "kolf", bestaat uit twee helften, een bovenste "kop" en een onderste "drag". Doorgangen worden gevormd in de kap waar metaal naar binnen zal stromen en overtollig metaal zal omhoog komen zodra de holte is gevuld. Dit zijn de lopers en stijgers.

Zodra het metaal is gestold, wordt het zand eruit geschud en wordt het gietstuk verzonden voor verwijdering van de runner en riser voordat het wordt bewerkt.

Nodulair gietijzer en zand

Zand speelt een cruciale rol in het gietproces. Omdat het enigszins permeabel is, kan het gas naar buiten stromen en wordt tegelijkertijd het vloeibare metaal gekoeld, dat van buiten naar binnen stolt. De pakkingsdichtheid en zandsamenstelling moeten zorgvuldig worden beheerd om een ​​consistente metaalkrimp en onderdeelkwaliteit te garanderen.

Nodulair gietijzer wordt meestal gegoten in groen zand dat ongeveer 5% steenkoolstof bevat. “Groen” verwijst in deze context niet naar de kleur maar naar het vochtgehalte. "Groen" zand is zand dat geen droogproces heeft ondergaan.

Naast het zand zelf bevat groen te gieten zand een aandeel bentonietklei. Dit werkt als een bindmiddel en houdt het opeengepakte zand bij elkaar in de kolf.

Kolenstof, ook wel "zeekool" genoemd, is een belangrijk bestanddeel van zand voor het gieten van nodulair gietijzer. Zijn rol is het creëren van een reducerende atmosfeer die zuurstof opneemt die vrijkomt wanneer heet ijzer in contact komt met het zand. Het vertraagt ​​de uitzetting en resulteert in gladdere, schonere gegoten oppervlakken met minder ingebrand zand. Gietzand met kolenstof is gemakkelijk te herkennen aan zijn grijze of bijna zwarte uiterlijk.

Gietijzeren inenting

Twee bewerkingsstappen zijn de sleutel tot het maken van gietijzeren onderdelen die kunnen concurreren met staal. Dit zijn inenting en magnesiumbehandeling. Voor de beste kwaliteit nodulair gietijzer worden ze vlak voor het gieten uitgevoerd.

Inoculatie richt zich op de neiging van koolstof om neer te slaan als grafietvlokken. Het houdt in dat er kleine hoeveelheden speciaal geselecteerde legeringen worden toegevoegd die zorgen voor punten waarop de koolstof kan kiemen of kristalliseren. Dit voorkomt de vorming van de vlokken die schadelijk zijn voor de sterkte en ductiliteit.

Op een vergelijkbare manier wordt magnesium toegevoegd om eventuele zwavel in het ijzer "op te dweilen". Net als bij inoculatie verbetert dit de mechanische eigenschappen van het resulterende metaal.

Mogelijkheden en beperkingen

Nodulair zandgieten is ideaal voor het produceren van gietijzeren onderdelen die kunnen concurreren met staal. Krimptoeslagen en diepgangshoeken zijn vereist om kwaliteitsonderdelen te maken en secundaire bewerking zal bijna altijd nodig zijn om precisiefuncties zoals gaten en montageoppervlakken toe te voegen. Bovendien zijn dunne secties onpraktisch. Door het gebruik van steenkoolstof zijn echter goede oppervlakteafwerkingen mogelijk.

Zandgieten biedt weinig beperkingen aan de grootte van onderdelen die mogen worden gegoten. Kleine onderdelen die minder dan 0,5 kg wegen, evenals onderdelen die honderden ponden wegen en in voet worden gemeten.