En el proceso de producción de piezas fundidas de hierro dúctil, la porosidad es un defecto común que afecta seriamente la calidad y el rendimiento de las mismas. Las causas de la porosidad son complejas y diversas, e involucran múltiples factores como las materias primas, el proceso de fundición, el diseño del molde y su funcionamiento. A continuación, se presenta un análisis detallado de las causas de la porosidad en las piezas fundidas de hierro dúctil.
1. Problemas con las materias primas
La calidad de las materias primas afecta directamente a la calidad de las piezas fundidas.
Impurezas en el material metálico: El arrabio, la chatarra de acero o los materiales reciclados contienen aceite, humedad, óxido o materia orgánica (como partículas de arena, residuos de pintura), que se descomponen y producen gases (H₂, CO, etc.) durante la fundición.
Problemas con los noduladores/inoculantes: Los esferoidizadores higroscópicos (como las aleaciones de magnesio) o los inoculantes (como el ferrosilicio) son húmedos, se descomponen en hierro fundido produciendo hidrógeno (H₂) y son propensos a formar pequeños orificios subcutáneos.
Contaminación por materiales auxiliares de fundición: Los agentes de recubrimiento, los removedores de escoria y otras sustancias volátiles o que contienen agua se utilizan directamente sin un secado suficiente.
2. Problemas en el proceso de fusión
Oxidación/desoxidación insuficiente del hierro fundido: Cuando el hierro fundido se oxida severamente, los óxidos (como el FeO) reaccionan con el carbono para generar gas CO, formando poros.
Reacción de esferoidización severa: Durante la esferoidización, el vapor de magnesio no puede escapar (por ejemplo, debido a un diseño inadecuado de la cámara de reacción) y el gas residual es arrastrado hacia el hierro fundido.
Inóculo excesivo o tamaño de partícula inadecuado: Un exceso de inóculo o partículas demasiado finas agravarán la precipitación de gases.
Control inadecuado de la temperatura de fundición: una temperatura demasiado baja provoca una disminución de la solubilidad del gas y su precipitación prematura; una temperatura demasiado alta agrava la oxidación del metal.
3. Arena de moldeo y proceso de moldeo
La humedad de la arena de moldeo es demasiado alta: cuando la humedad de la arena húmeda es >4%~5%, el hierro fundido a alta temperatura vaporiza la humedad para generar vapor de H₂O, formando poros.
Permeabilidad al aire deficiente: Una compactación excesiva de la arena de moldeo o una distribución inadecuada del tamaño de las partículas dificultan la descarga de gases.
Problema con la pintura: La pintura a base de alcohol no se enciende completamente, o la pintura a base de agua no se seca por completo, y los componentes volátiles se vaporizan generando gas.
Mala evacuación del núcleo de arena: curado incompleto del núcleo de arena de resina o canal de evacuación insuficiente, gran cantidad de gas de arena del núcleo (como la descomposición de la resina de uretano que produce N₂, CO).
4. Diseño del sistema de fundición
Turbulencia en el llenado: El diseño del sistema de colada es inadecuado (por ejemplo, un canal recto demasiado delgado, una posición incorrecta de la compuerta interior), el hierro fundido está en contacto con aire o gas en la cavidad.
Escape insuficiente: Número insuficiente de orificios de escape, posición incorrecta o bloqueo, el gas no se puede descargar a tiempo.
Fallo en el funcionamiento del conducto ascendente: Tamaño o posición inadecuados del conducto ascendente, incapacidad para recoger eficazmente la escoria y los gases de escape.
5. Control de parámetros del proceso
Temperatura de vertido inadecuada:
Demasiado baja (<1300℃): Baja fluidez del hierro fundido, dificultad para que el gas flote;
Demasiado alta (>1450℃): Intensificación de la descomposición térmica y la generación de gases del molde/revestimiento de arena.
Velocidad de enfriamiento demasiado rápida: En piezas de paredes delgadas o con enfriamiento localizado, la velocidad es excesiva, lo que impide que el gas precipite y forme poros microscópicos.
Vacío anormal (durante la fundición al vacío): Fuga de vacío o caudal de escape insuficiente, intrusión de gas residual.
6. Factores operativos
Cuchara sin secar: Una cuchara recién construida o húmeda entra en contacto con hierro fundido, generando vapor de agua.
El tiempo de espera después del cierre de la caja es demasiado largo: el molde de arena húmeda absorbe la humedad y se genera gas secundario durante el vertido.
Interrupción del vertido: la interrupción del flujo de hierro fundido provoca que la película de óxido sea arrastrada hacia el gas.
Medidas preventivas
1. Control de materia prima: examinar rigurosamente la carga del horno, precocer los materiales húmedos; utilizar un esferoidizador de baja higroscopicidad (como una aleación de magnesio recubierta).
2. Optimización de la fusión: reforzar la desoxidación (como en el caso de aleaciones de tierras raras), controlar la temperatura de fusión (1350~1420℃) y utilizar protección con gas inerte.
3. Gestión de la arena: controlar el contenido de humedad de la arena húmeda (3%~4%), mejorar la permeabilidad al aire; añadir orificios de ventilación al núcleo de arena y seleccionar resina con bajo contenido de gas.
4. Diseño del proceso: optimizar el sistema de vertido (como un diseño abierto), añadir un tubo de extracción de gases; colocar una plancha fría en las piezas gruesas y grandes para ajustar la velocidad de enfriamiento.
5. Especificaciones de funcionamiento: precalentar completamente la cuchara, verter de forma rápida y uniforme, y evitar la oxidación del hierro fundido.
Las causas de la porosidad en las piezas fundidas de hierro dúctil son complejas y diversas, e involucran materias primas, el proceso de fundición, el diseño del molde, la entrada de gases en el molde, etc. Para reducir la generación de poros, es necesario abordar cada etapa del proceso y adoptar medidas efectivas para optimizar y mejorar. Solo así se puede lograr una calidad estable y confiable en las piezas fundidas de hierro dúctil y mejorar la competitividad de las empresas.
