mikrovm stk v makrovm stk Vady odlitk Atlas vad odlitk

Transkript

1 Vměstky (makrovměstky mikrovměstky) v odlitcích ze železných slitin Atlas Vměstků (oceli litiny) Technicko-ekononomické poradenství MetalCasting and Foundry Consult Otáhal Vlastislav Brno, Horská 27 OtahalConsult 1

2 úvod Nepřetržitě rostoucí požadavky na kvalitu, vysokou jakost a plné využití všech užitných vlastností výrobků všeho druhu stupňuje nároky na použité materiály. Mezi ně patří nejrozšířenější konstrukční materiály - železné slitiny a z nich též vyráběné polotovary (tvářené a odlévané). Při tom čistota materiálů je rozhodujícím činitelem jejich jakosti a užitných vlastností a charakteristickou vlastností jejich čistoty je přítomnost vměstků (makro a mikrovměstků). Obecným pojmem charakterizujícím výchozí materiál je proto čistá ocel nebo vysoce čistá ocel. Předložený atlas je výslednicí prací Howartha a Goodricha /1/, Svobody a spol /2/ a navazujících prací Cramba a spol. /3/, rozšířené o litiny v oblasti makrovměstků dle prací autora tohoto souboru /4,5/. Vměstky v železných materiálech vznikají při vlastním výrobním procesu a jsou jeho neoddělitelnou součástí. Přítomnost mikrovměstků v odlitcích je nevyhnutelná, neboť jsou to přirozené vměstky přítomné v tavenině oceli vznikající v důsledku reakce mezi přítomnými legujícími prvky a kyslíkem. Je však přirozené omezit jejich přítomnost na minimum. Přítomnosti makrovměstků v ocelové tavenině je možno se vyhnout ale jejich přítomnost v odlitcích ze železných slitin má epidemickou povahu a vyskytuje se průběhem celého výrobního - slévárenského procesu, při kontinuálním odlévání, při válcování v ocelových pleších, při tažení v drátech a pod. Všeobecně je vznik a přítomnost makrovměstků spojen s třemi hlavními projevy: (1) desoxidace/reoxidace (2) zahlcená struska (3) eroze žárovzdorných materiálů během odlévání taveniny Makrovměstky jsou definovány svým rozsahem a chemickým složením. Z nich pak můžeme určit jejich původ a postupy jejich eliminace. Takto můžeme bezpečně eliminovat makrovměstky nad velikostí cca 50 až 100 mikronů. Makrovměstky pod těmito hodnotami a celá oblast mikrovměstků může být problémem. K jejich určení a eliminaci má přispět též tento atlas vměstků. Jako nedílnou součást uvedené tématiky doporučujeme Vady odlitků Atlas vad odlitků ze železných a neželezných kovů, kapitoly: makroskopické vměstky a vady mikrostruktury (CD Rom) /. OtahalConsult 2

3 Text neprošel jazykovou korekturou! I. vydání. Brno, leden 2009 obsah 1. Obsah 3 2. Úvod 2 3. Vměstky 4 Tvorba vměstků 4 Vznik vměstků 5 Transport vměstků do rozhraní (mezivrstev) 7 Separace nebo stabilizace vměstků v rozhraní (v mezivrstvě). 8 Odstranění vměstků z rozhraní (z mezivrstvy) 8 4. Rovnovážné diagramy 9 5. Tvorba mikrovměstků 11 Globulární (kulové) duplexní mikrovměstky 12 Cluster (klaster-shluk) mikrovměstků oxid hlinitý. 13 Semi- cluster (semi- klaster) 13 Singulární jednotlivé vměstky Tvorba makrovměstků 15 Reoxidace Interakce mezi železnou taveninou a tekutou struskou 16 Eroze / koroze během odlévání 18 Aglomerace (shlukování) vměstků Opatření proti vzniku vměstků 20 Výroba čistých ocelí 20 Mikrovměstky. 20 Desoxidační vměstky 20 1 a. Oxid hlinitý 20 1 b. Mikrovměstky Mn-Si nebo Mn-Al-Si 20 2a. Sulfidy manganu (MnS) 20 2b. Nitridy titanu 20 Makrovměstky Reoxidace Pískové, erozní a korozní produkty Emulzifikované tekuté vměstky Shluky a aglomeráty vměstků 23 Klíč k výrobě čisté ocelí 23 Eliminace reoxidace Atlas vměstků 25 Oceli 25 Makrovměstky 26 Mikrovměstky 55 Litiny 63 Makrovměstky- struskoplynové vady Literatura 99 Celkem 101 str., 197 obr., 45 tab.; 96 literárních odkazů; OtahalConsult 3

4 Vměstky Tvorba vměstků Jak shora uvedeno, všeobecně přijaté označení při popisu výchozí oceli která má nízkou úroveň rozpuštěných prvků síry, fosforu, dusíku, kyslíku a vodíku, kontrolovanou úroveň mědi, olova, zinku, niklu, chromu, vizmutu a hořčíku a nízkou frekvenci výrobních vad, které mohou být spojeny s přítomností oxidů tvořících se během procesu výroby oceli, pánvové metalurgie, výroby odlitků, výkovků a válcované oceli je termín čistá ocel, nebo vysoce čistá ocel Označení, nebo název čistá ocel není exaktně definován, neboť závisí především na použití pro jednotlivé účely a na zdroji výroby, to jest celosvětově na výrobci. Zde jest pak velmi široký výběr jakostí a čistoty ocelí. Závisí proto na výrobci, jakou úroveň čistoty může nabídnout a běžně dodržet. Je tedy termín čistá ocel průběžně variabilní a to v závislosti na účelu použití a konkurenci jednotlivých výrobců. V důsledku variability názvu čistá ocel se vžívá přesnější označení vysoce čistá ocel, jako ocel s nízkou úrovní zbytkových prvků a ocel s nízkou úrovní nečistot které pochází z výchozí vsázky a použitých odpadů při přetavování. Například pro vysoce čistou ocel s nízkým obsahem zbytkových prvků a nečistot na hlubokotažné plechy pro automobilový průmysl se vyžaduje velmi nízký obsah uhlíku (<30 ppm), nízký obsah dusíku (< 30 ppm), a bez přítomnosti oxidů s průměrem nad 100 mikronů. U ocelí s nízkým obsahem zbytkových prvků na příklad pro táhla a železné nádrže se vyžaduje standard (např. USA 1006) bez nároků na vysokou čistotu, ale s vysokým požadavkem na množství a velikost oxidů, jejichž průměr nesmí přesahovat 20 mikronů. Čisté oceli jsou též oceli s nízkou frekvencí vměstků o průměru menším jako 5 mikronů. Největším a převažujícím problémem všech výrobců čistých ocelí je nedokonalá separace clusterů pevných vměstků (o průměru > 5 mikronů), přítomnost určitého malého množství větších vměstků vzniklých emulsifikací krycí strusky a přítomnost pevných částic původem ze žáruvzdorných materiálů. Zařízení a technologie výroby čisté oceli je u jednotlivých výrobců velmi rozdílná. Všeobecně se však výrobní praxe řídí následujícími principy: Rozpuštěný kyslík v tavenině oceli během výrobního procesu musí být transformován do tuhých částic a plynných složek a před odléváním z taveniny odstraněn. Původci externího kyslíku, které jsou zodpovědny za reoxidaci v tavenině oceli musí být ve výrobním procesu při každém kroku eliminovány. Fyzicky zachycené částice z tavidel použitých při rafinaci a odlévání oceli musí být odstraněny a eliminovány. Žárovzdorniny které jsou ve styku s ocelovou taveninou musí být chemicky stabilní a odolné proti korozi a erozi. Tyto praktické principy při výrobě čisté oceli jsou založeny na pochopení důležitosti udržení rovnováhy mezi rozpuštěnými prvky v tavenině oceli, strusky a žáruvzdornými materiály které jsou ve styku s ocelovou taveninou a kontrolou tepelného toku a úkolem vyhnout se podmínkám (v prostředí) mezi tekutou struskou a ocelovou taveninou, což by mohlo vést k fyzickému zachycení částic z krycí strusky. OtahalConsult 4

5 Výroba čisté oceli závisí na pochopení a znalosti základních kroků nezbytných k její výrobě: vznik a vývoj vměstků transport a přenos vměstků do rozhraní (mezivrstev); separace vměstků do rozhraní (mezivrstev) a odstranění vměstků z rozhraní (mezivrstev). Vznik vměstků Tvorba vměstků je během výroby oceli nevyhnutelná, neboť kyslík má vyšší rozpustnost v železné tavenině, nežli v tuhém železe. Mimo to při teplotě C a parciálním tlaku plynné fáze kyslíku, který je větší než 6 x 10-9 at., tekuté železo spontánně oxiduje na tekutý oxid železa. Mez nasycení kyslíku v železné tavenině ve styku s oxidem železa při C činí 0,23 %, hodnoty, která klesá s teplotou ve shodě s rovnováhou mezi železem, kyslíkem a oxidem železa. Množství rozpuštěného kyslíku v tekutém čistém železe v kontaktu s plynnou fází může být redukováno, jestliže parciální tlak plynné fáze kyslíku je menší než 6 x 10-9 at (na příklad parciální tlak který může být dosažen ve směsi oxidu uhelnatého/oxidu uhličitého s méně než 1% oxidu uhličitého). Prakticky to znamená, že je nezbytné stále chránit taveninu železa aby se zabránilo tvorbě oxidu železa což je všeobecně možno docílit použitím tekuté strusky, s nízkou difusivitou ke kyslíku, jako fyzickou barierou mezi okolní atmosférou a taveninou železa. Hranice-limit rozpustnosti kyslíku v tuhém železe je nízký a parciální tlak kyslíku v rovnováze s tuhým železem a oxidem železa při teplotě C je 1 x at. To znamená, že jestliže vzorek čisté železné taveniny, která je v rovnováze s FeO chladne a tuhne, vylučuje se oxid železa mezidendriticky, jako sférický tekutý vměstek oxidu železa. Klíčem k získání čisté oceli je pochopení mechanizmu při kterém mohou být oxidy železa odstraněny z tekuté oceli. Na příklad, je-li možno transportovat vměstky z taveniny na její volný povrch na hladinu taveniny, kde mohou být separovány od taveniny a vlastní tavenina je čistší bez vměstků. Čisté železo tuhne při teplotě C, kdy je maximální rozpustnost kyslíku cca 0,17 váhových %. Mezi teplotami C a C se transformuje 0,06% rozpuštěného kyslíku na oxid železa. To je maximální množství kyslíku které může být v tomto rozmezí teplot odstraněno a to bez ohledu na jakoukoliv použitou technologii. Je prakticky nemožné vyrobit čistou tuhou ocel s méně než ppm kyslíku v tuhém stavu, pokud byla umožněna saturace kyslíkem před ztuhnutím. K výrobě tekuté oceli, s nižším než nasyceným obsahem kyslíku, je nutná precipitace kyslíku jako oxid v tekutém železe při dané teplotě ve výrobním procesu. Rovnováha mezi tekutým železem, rozpuštěným kyslíkem v tekutém železe a tekutými oxidy může být vyjádřena rovnicí: [Fe] + [O] = (FeO)... [1] kde [O] je kyslík rozpuštěný v tekutém železe a (FeO) je tekutý oxid železa. Rovnovážný obsah kyslíku za dané teploty v čistém tekutém železe může být redukován modifikací aktivity FeO při jeho převodu (rozkladu) na jiné chemické sloučeniny. Na příklad tekutý hlinitan vápenatý Ca(AlO 2 ) 2 - metahlinitan vápenatý - může být dávkován na hladinu tekuté oceli jako ponořovalo tekutého oxidu železa. Jakmile se oxid železa rozpustí v hlinitanu vápenatém, bude molární zlomek oxidu železa přítomného v nově utvořené strusce redukován; rovnovážná aktivita kyslíku v oceli bude taktéž redukována až však tekuté železo dosáhne rovnovážný stav s aktivitou oxidu železa ve strusce. Modifikace aktivity v desoxidačních produktech je první metodou kterou možno využít k redukci úrovně rozpuštěného kyslíku během výrobního procesu. Druhou metodou redukce úrovně rozpuštěného kyslíku je modifikace chemické rovnováhy, změnou rovnovážných reakcí. OtahalConsult 5

6 Při výrobě oceli je vždy přítomen uhlík a rovnice [2] často určuje aktivitu rozpuštěného kyslíku. [C] + [O] = CO...[2] Na příklad obsah uhlíku určuje spodní limit pro aktivitu kyslíku za dané teploty a když se tlak CO blíží 1 at. během rafinace, nižší obsah uhlíku vede k vyšší aktivitě kyslíku a vyšší úrovni rozpustnosti kyslíku. Obsah kyslíku v oceli desoxidované uhlíkem může být dále modifikován (upravován) zpracováním ve vakuu nebo inertním plynem, které redukují rovnovážný tlak oxidu uhelnatého a vedou, při daném obsahu uhlíku, k výrobě oceli s nižším obsahem kyslíku. Rovnovážná konstanta reakce [2] roste s poklesem teploty, při čemž se během tuhnutí oceli, obsahující pouze uhlík jako desoxidant, uvolňuje velké množstvím CO. Tento jev neuklidnění (varu) byl využit při odlévání ingotů k zajištění jejich čistšího povrchu. Metoda je však spojena se vznikem poresity (bublinatosti) odlitků, takže je nutné během tuhnutí následné uklidnění použitím desoxidantů. K redukci aktivity kyslíku způsobené vývojem CO je běžná přísada prvků jako Si, Mn a Al, které se přisazují do tekuté oceli. Praktický limit čistoty oceli je dán její chemickou rovnováhou a k dosažení této hodnoty musí být všechny vměstky vzniklé během reakce při desoxidaci před ztuhnutím separovány. Všeobecně v ocelích dezoxidovaných Si a Mn, je rovnováha dosažena vznikem tekutého (ortho)křemičitanu manganatého (Mn 2 SiO 4 ), v oceli uklidněné Al tvorbou tuhého oxidu hlinitého (Al 2 O 3 ) a v oceli uklidněné Al a zpracované kalciem (Ca) tvorbou tekutého hlinitanu vápenatého / Ca(AlO 2 )/. K další redukci obsahu rozpuštěného kyslíku za dané teploty, mohou být jak oxid hlinitý, tak hlinitan vápenatý rozpuštěny ve strusce (mohou přejít do strusky). Na příklad přechod (rozklad) oxidu hlinitého do strusky může vést (rezultovat) k obsahu rozpuštěného kyslíku hliníkem uklidněné oceli na méně než 2 ppm. Rozklad oxidu křemičitého ve strusce s hlinitanem vápenatým, v oceli uklidněné Si, může významně omezit aktivitu oxidu křemičitého a vést k obsahu kyslíku na úroveň ocelí uklidněných Al. Využití chemické rovnováhy k dosažení nízkého objemu rozpuštěného kyslíku v oceli je velmi rozšířené. Má-li však být účinné musí být všechny složky (fáze) které jsou ve styku s tekutou ocelí v rovnováze. Je-li ocel uklidněná Al v rovnováze, musí být i rovnice [1] v rovnováze. Aktivita FeO ve strusce musí být velmi nízká, jinak bude Al oxidovat při reakci se struskou na oxid hlinitý. Obdobná je situace s MnO a SiO 2. Proto musí být po uklidnění oceli obsah MnO a FeO ve strusce velmi nízký. Vzhledem k tomu, že pecní strusky jsou bohaté na obsah FeO a MnO, jsou vyvinuty technologie tak zvaného strusky-prostého odpichu, nebo uklidnění strusky použitím karbidu vápníku nebo hliníku. Rovněž musí být uvažována rovnováha mezi ocelí a žáruvzdorninami. Na příklad žárovzdorniny s vysokým obsahem hlinitanů neobsahují 100% oxidu hlinitého ale dále se přidávají pojiva, která mohou obsahovat méně stabilní oxidy jako je oxid hlinitý. Za těchto podmínek mohou být žáruvzdorně vyzděné zásobníky taveniny (pánve) zdrojem reakcí s taveninou oceli v případě, že tyto nejsou vhodně konstruovány. Významným problémem je i zbytkový obsah Mg z feroslitin, zlomkového odpadu nebo z redukce žárovzdornin i při nízkém obsahu (< 5ppm), způsobující primární desoxidační produkty transformací na vměstky s vysokým obsahem Mg, jako jsou vysoce žáruvzdorné spinely hlinitanu hořečnatého (MgAl 2 O 4 ). Tyto reakce mohou způsobit zanášení licích žlabů a hubic pánví a tvorbu vměstků při odlévání. Některé studie (Itoha a spol.) podrobně tento problém rozebírají a doporučují snížit obsah zbytkového hořčíku pod 1 ppm. Druhým zdrojem nečistot je nedokonalá separace emulsifikovaných strusek. To se děje v případech vysokého rozptýlení ztráty energie na rozhraní struska - kov. Je to při plnění pánve, vylévání pánve a změna výšky na rozhraní struska kov, kteréžto výkyvy vedou ke vzniku vměstků. Velikost těchto vměstků se pohybuje v rozmezí méně než 20 mikronů až do velikosti více než 100 mikronů. Při tom je tento rozptyl malý. Obyčejně se jedná o specifické typy, které se vyskytují poměrně řídce, pokud je jejich zdroj rozpoznán. OtahalConsult 6

7 Posledním zdrojem vměstků je eroze a koroze žárovzdornin a jejich přenos přechod, přes pískové výlevky během výrobního procesu. Řešení je v technologii výroby. Konečným výsledkem je rovnováha mezi vznikem a eliminací vměstků. Transport vměstků do rozhraní (mezivrstev) Shora uvedená termodynamika vzniku vměstků neumožňuje rozpoznat jejich konečnou velikost. Z v tekuté oceli vzniklých zárodků se rozrůstají desoxidační a reoxidační vměstky. Nejmenší měřitelné desoxidační zárodky mají velikost cca 15 nanometrů. Ty však rychle rostou na velikost 1 až 5 mikronů. Víření taveniny urychluje jejich aglomeraci (seskupení) a růst, tvorbu clusterů a velkých trojrozměrných, spečených (sintrovaných) uskupení a vměstků. Ty se pak mohou pohybovat o velikostech 5 až 200 mikronů. Původní studie odstranění vměstků byly opřeny o Stokesův zákon odporu prostředí proti vyplouvání částic : Rychlost vyplouvání částic V 2 r 2 (ρ kov ρ vmestek ) g V = µ /m s-1/ kde r je poloměr vměstku /m/ ρ kov je měrná hmotnost kovu /kg m -3 / ρ vmestek je měrná hmotnost vměstku /kg m -3 / g gravitace /m sec-2/ µ dynamická viskozita prostředí / N m-2/ V rychlost vyplouvání vměstků /m s-1/ Pozn.: Stokesův zákon popisuje rychlost vyplouvání pevných částic za působení vztlaku v důsledku rozdílu hustoty ve statické lázni. Stokesův zákon platí pro tuhá kulová tělesa ve spojení s viskosním režimem pro Reynoldsova čísla menší než 0,1. Pro kulové vměstky oxidu hlinitého v tekuté oceli musí být minimální průměr vměstku o velikosti 33,2 mikronu. Pro proudění s vyšším Reynoldsovým číslem nad 0,1 je obecně pojímán problém jako vyvážení rovnováha mezi gravitačními silami a kombinací mezi vztlakem a třecími silami. Detaily frikčních faktorů pro různé podmínky proudění a různé typy (tvary) částic uvádí Schwerdtfeger a korekce pro smyk, meziplošná napětí, tuhost částic a stěnový efekt udává Lyengar a další. Bohužel skutečné metalurgické nádoby (pánve) nejsou v klidu, ale jsou podrobeny přirozené konvekci a proto rychlost odstraňování vměstků v průmyslových podmínkách (v pánvích) nelze vysvětlovat pouze Stokesovým zákonem a jeho modifikací. Úkolem plynulého proudění v reálných podmínkách (pánvích) je zajistit transport částic do rozhraní (mezivrstvy); Tento problém může být pojímán jako standartní problém hraniční vrstvy, kde plynulé proudění vede k impulsu (pohybové energii) směrem k hraniční vrstvě, která má tloušťku, která může být odvozena od proudícího pole a fyzikálních vlastností proudění. Vměstky jsou neseny proudem k hraniční vrstvě do mezivrstvy, kde v důsledku vztlaku mohou tyto vrstvy přejít. Pro výpočet je potřeba zjistit exaktní tvar hraniční vrstvy a pak vypočítat částice vměstků, které mohou hraniční vrstvu přejít a separovat se během svého styku s hraniční vrstvou. Navier - Stokesovy rovnice musí být řešeny pro sdružený přenos tepla a podmínky masového transferu s ohledem na přirozenou konvekci, pro zjištění tloušťky hraniční vrstvy proti stěně pánve a mezivrstvy struska tavenina ( s ohledem na skutečnost, že se jedná o hranice tavenina - tavenina.). Místní podmínky proudění pro každou částici v hraniční vrstvě a frekvence separace musí pak být určena jako funkce velikosti částice. Výpočty tohoto typu jsou velmi numericky komplexní; Výsledky zjistil Joo a spol., kde velké vměstky s velkou rychlostí vyplouvání se separují dokonaleji u soustavy tundish a účinnost separace vměstků klesá se zmenšováním velikosti částic. Joo s práce ukázaly, že i velké vměstky mohou projít u tundish způsobu a nemusí být odstraněny v důsledku efektu plynulého proudění a že částice s průměrem menším než 40 mikronů (vzplývání rychlostí 0.5 mm/sec) mají účinnost jejich odstranění menší než 50%. Silný vliv na velikost vměstků má i mísení a turbulence taveniny, které zajišťují velkou frekvenci styku částic a aglomerací (shlukem) částic. Úroveň turbulencí je zdrojem výzkumu., ale zatím nebyl vyvinut optimální cyklus. Seskupení vměstků se taktéž nalézá na povrchu bublin a na povrchu žárovzdornin, nicméně i malé bublinky s malou vyplouvací rychlostí jsou příznivá místa na seskupení drobných vměstků, jak možno pozorovat při kontinuálním lití; byly činěny pokusy využít právě malé bublinky a jejich vznik (generaci) na podporu mechanizmu odstranění vměstků. Další důležitou metodou aglomerace (seskupování) vměstků je na povrchu žáruvzdorných OtahalConsult 7

8 materiálů, nejznámější je ulpívání-nalepování v žárovzdorných hubicích-tryskách (nozzle clogging). Seskupování na žárovzdorninách může být zvláště obtížné v případě, že je shluk vměstků lehce odstranitelný s povrchu žárovzdorného slepence, umožňující uvolnění velkých seskupení vměstků do odlitku. Rozsáhlé zkoušky filtrace za posledních 10 let uvádí četná literatura. Zatím nebylo dosaženo dosti uspokojivých výsledků. Separace nebo stabilizace vměstků v rozhraní (v mezivrstvě). Následujícím krokem při výrobě čisté oceli je separace vměstků v tekuté oceli do rozhraní (do mezivrstvy). Z termodynamických jevů je známo, že všechny vměstky mají menší energii, jsou-li separovány z tekuté oceli do rozhraní tekutá ocel struska, tekutá ocel plyn, nebo tekutá ocel - povrch žárovzdornin. Jsou-li tedy vměstky separovány na povrch, jsou zde i stabilizovány. Aby se vměstek separoval do rozhraní (mezivrstvy) musí se tavenina mezi vměstkem a rozhraním odčerpat a poté jako celek se musí spontánně vytvořit a růst mezi dvěma mezivrstvami aby se částice kompletně separovaly v mezivrstvě v rozhraní. Energie celé formace se vztahuje na meziplošnou energii mezi rozhraním a tekutou ocelí a vzdáleností mezi částicí (vměstkem) a rozhraním. K vytvoření patřičného prostoru musí být dodána potřebná energie, která se poté spontánně zvětšuje a rozhraní se zmenšuje s adsorpcí částic nebo jednotlivých kapek. Tento poslední krok transportu vměstků může rezultovat v městky, které sice dosáhnou rozhraní, ale nemají dostatek energie aby překonaly vnitřní energii separace dvou tavenin, představujíce zbytek jevu, kdy jsou částice nebo kapky určitou významnou dobu před separací stabilizovány. V systému vyplouvání to může vést ke tvorbě kapiček nebo částeček, které dosáhnou povrchu pohybujíce se přes rozhraní (mezivrstvy). Takto na částicích nebo kapičkách které představují končící období tohoto jevu (přechod zbytku nečistot a kapiček), je účinek separace na rozhraní menší, než sjednocování a tvorba kapiček a částic a za těchto podmínek může být extrémně těžké aby se zcela odstranily z tekuté oceli. Je tudíž důležité zvýšit velikost částic a kapiček v tekuté oceli k hodnotě, kdy vztlak plus vnitřní síly částic mohou překonat meziplošné síly k zajištění kompletní separace na rozhraní (v mezivrstvě). Separace vměstků do rozhraní žárovzdornin může zde vést k jejich stabilizaci. Je však možné, že vměstky stabilizované na žárovzdorninách mohou být v důsledku turbulence taveniny opět uvolněny zpět. Při filtraci, nebo během odlévání se mohou hromadit vměstky v podobě strusky v licích hubicích a akumulovat se zde a vytvářet aglomeráty vměstků a velkých clusterů vměstků v odlitcích a mohou být desintegrovány na vměstky které jsou stabilizovány proti žárovzdorninám. Separace vměstků do rozhraní bublin může být na kvalitu oceli buď užitečné, nebo škodlivé. Bubliny mohou stabilizovat vměstky a aglomeráty na svém povrchu. Jestliže vyplouvání bublin způsobuje jejich shlukování do mezivrstvy (rozhraní) struska - kov, mohou být vměstky kompletně z oceli odstraněny. Avšak jeli bublina příliš malá, může se během procesu stát sama vměstkem a být zárodkem aglomerace a ve spojení s taveninou může být zodpovědná za velké vměstky, které se objeví v odlitcích. Tato separace do rozhraní, bez kompletního odstranění ze systému, může být z hlediska kvality velmi nepříznivá. Odstranění vměstků z rozhraní (z mezivrstvy) Kompletní separace vměstků z taveniny oceli znamená jejich odstranění z rozhraní. Hlavní technikou ke kompletnímu odstranění vměstků je jejich rozpuštění v tekuté strusce. U tekutých vměstků to není problém, neboť tyto jsou většinou plně mísitelné. Pevné vměstky však mývají jen omezenou mísitelnost a závisí na jejich chemickém složení, promísení se struskou, teplotním gradientu ve strusce a jejich objemu. Doposud většina modelů odstraňování vměstků předpokládala, že transport do rozhraní (mezivrstvy) je rozhodující určující krok a separace do rozhraní a odstranění z rozhraní je krokem druhotným. OtahalConsult 8

9 Ačkoliv separace vměstků do rozhraní a jejich uvolnění z rozhraní je termodynamicky přednostní transfer do strusky, je difúze kontrolní pochod a silně závisí na chemickém složení. Podobně jako bychom řešili participaci do strusky, může být separace vměstků řízena ve smíšeném stavu (kde difúze ve vrstvě strusky a rozpustnost rozpuštěných částic může hrát důležitou roli). Pojímáme-li tento proces čistě kineticky, ideálně tok materiálu od rozhraní struska/kov by měl být větší než tok pevných vměstků do rozhraní struska/kov, takže meziplošná koncentrace je menší než-li hranice nasycení (bod saturace) strusky. Jakmile je dosažena hranice nasycení ve strusce, nahromadí se vměstky v rozhraní, aglomerují a pak se rozpustí rychlostí, která je určována difuzí a množstvím ve strusce. Teplotní gradient ve strusce je taktéž důležitý a to jak klesá rozpustnost s teplotou a celková kapacita (schopnost) strusky rozpouštět vměstky. Zbytková tavenina je definována složením strusky a teplotou. Rovnovážné diagramy Oxidické vměstky v oceli pocházejí ze dvou hlavních zdrojů: z chemických reakcí a emulsifikace. Přirozené oxidy pocházejí z taveniny oceli z chemických prvků, které jsou přisazovány jako legující prvky. Emulzifikační vměstky vznikají interakcí smykových sil mezi dvěma taveninami, nebo mezi taveninou a tuhou fází a mají tendenci být větší, než-li přírozené vměstky nacházející se v ocelové tavenině. Termodynamicky stabilnější jsou přirozené vměstky. Jsou to vměstky vzniklé dezoxidací s manganem, křemíkem, hliníkem a kalciem. Desoxidace křemíkem a manganem: Vznikají následujícími reakcemi [Si] + 2 [O] = SiO 2...(1) [Mn] + [O] = MnO...(2) Produkty dezoxidace jsou bud to tekutý (orto)křemičitan manganatý (Mn 2 SiO 4 ), nebo pevný oxid křemičitý křemen (SiO 2 ) a to v závislosti na množství legujících prvků. Obr.1a Rovnovážný diagram desoxidace oceli křemíkem a manganem za teploty C, b v rozmezí teplot až C. Desoxidace mezi Si - Mn je dána obecnou rovnicí [Si] + 2(MnO) = 2[Mn] +(SiO 2 )...(3) Log K = (1510/T) (4) OtahalConsult 9

10 Rovážná konstanta pro desoxidaci Si/Mn byla vypočtena (Turkdoganem) za použití volné energie uvedené reakce a termodynamických konstant aktivity Si a Mn v oceli a aktivitách MnO a SiO 2 v tekutých silikátech. Tato data jsou uvedena v obr. 1a a 1b. Koncentrace Si a Mn je přizpůsobena tak, že desoxidační produkty jsou tekuté křemičitany manganu (orto)křemičitan manganatý Mn 2 SiO 4 aby nenastalo zanášení licích otvorů a žlabů. Výroba polouklidněné ocelí se též zajišťuje desoxidací oceli přísadou malého množství Al do pánve s podílem MnSi, nebo kombinací ferosilicia a feromanganu. V tomto případě jsou produkty desoxidace taveniny aluminosilikáty manganu (hlinitokřemičitany manganu). U desoxidačních produktů MnO - Al 2 O 3 - SiO 2 nasycených Al 2 O 3 je aktivita oxidu křemičitého 0,27 při teplotě C, 0,17 při teplotě C a 0,12 při teplotě C. Za použití těchto hodnot a rovnice (1) je vypočítána rovnováha desoxidace pro uklidněnou ocel Al/Si/Mn. Výsledky jsou v obr.2., ve srovnání s desoxidanty Si/Mn; Výpočty platí pro ocel s velmi nízkým obsahem rozpuštěného Al (méně než 0,005 %Al) a indikuje nejnižší obsah kyslíku, který může být za těchto podmínek dosažen ( bez vylučování oxidu hlinitého). Vyšší množství rozpuštěného Al (nad 0,005%) vede k vylučování pevného oxidu hlinitého, jako přirozených vměstků, bez ohledu na obsah Mn a Si. Obr.2 - Rovnovážný diagram desoxidace s Si/Mn ve srovnání s Al/Si/Mn při nasycení Al 2O 3 Obr.3 - Desoxidace hliníkem Al v rovnovážném diagramu s Al2O3 nebo roztaveném CaO/Al 2O 3 = 1 Desoxidace hliníkem Al: probíhá následující reakce po přídavku Al do ocelové taveniny 2[Al] + 3[O] = Al2O3(s) (5) Log K = - (62680/T) (6) V ocelové tavenině je dobře známa rovnováha mezi čistým oxidem křemičitým a hliníkem. Množství rozpuštěného kyslíku při různém obsahu Al a různých teplotách je patrné v obr. 3. Jestliže je ocel uklidněná Al dále zpracována Ca, vznikají t.zv. přirozené hlinitany vápenaté Ca(AlO 2)2 za současného poklesu rozpuštěného kyslíku v tavenině oceli jak je patrno v obr.3. OtahalConsult 10

11 tvorba mikrovměstků V železné tavenině vznikají mikrovměstky reakcí mezi přísadovými prvky a kyslíkem. Vznikají buďto spontánně, nebo ve vysoce přesycených oblastech v tavenině v okamžiku přísady legujících prvků. V důsledku přirozené tvorby vměstků (nukleace a růst), jsou obyčejně velmi malé (menší, než 5 mikronů), pokud se v důsledku turbulence nebo vlivem tavidel s vysokým obsahem kyslíku neshlukují do větších útvarů. Jak již uvedeno výše, pod pojmem mikrovměstky rozumíme částice menší než 20 mikronů a mohou být původem jak endogenní, taktéž exogenní Vzhledem k tomu, že mikrovměstky vznikají reakcí, jsou hnány termodynamickými silami; změny složení, nebo teploty mohou vést k jejich vylučování. Mohou se tedy tvořit v pánvi, během transportu, při odlévání do forem nebo přímo ve formě při tuhnutí. Typické mikrovměstky nacházející se v ocelových odlitcích Kvalita oceli Typ mikrovměstku Poznámky vzniklé v ocelové Uklidněná Al (hliníkem) hlinitany (oxid hlinitý) tavenině po dezoxidaci Al Uklidněná Mn-Si Zpracovaná Ca a uklidněná Al Uklidněná Al, se zbytkovým hořčíkem Zpracovaná Ti (titanem), uklidněná Al (hliníkem) Všechny oceli křemičitany Mn, (orhtokřemičitan manganatý) nebo křemičitany Mn-Al hlinitan vápenatý hlinitan hořečnatý hlinitany (oxid hlinitý), titaničitany (oxid titaničitý), nitrid titanu MnS (sulfidy manganu) vzniklé v ocelové tavenině po dezoxidaci Mn-Si vzniklé reakcí s Al (hliníkem), tekuté vměstky vzniklé reakcí s oxidem hlinitým, pevné vměstky oxidy titanu vznikají během reoxidace, nitridy titanu vznikají během ochlazování, obyčejně až ve formě. tvoří se mezidendriticky během tuhnutí, často nukleují na oxidech obvykle přítomných v ocelové tavenině Mikrovměstky jsou podle Horwatha a Goodricha /1/ tvořeny čtyřmi skupinami: A. Globulární (kulové) duplexní, B. Cluster -Klaster mikrovměstků- oxid hlinitý C. Semi-cluster -Semi-klaster mikrovměstků - nitrid titanu nebo sulfid manganu, D. Singulární jednotlivé mikrovměstky OtahalConsult 11

12 Globulární (kulové) duplexní mikrovměstky Vměstky se obyčejně nachází v ocelích s nízkým obsahem hliníku, nebo při rychlé reoxidaci taveniny. Oxidy všeobecně obsahují Mn, Si a Al a jsou typické v uklidněných MnSi ocelích. Velikost oxidů se pohybuje od 1 µm do 110 µm. Vměstky o velikosti pod 20 µm se tvoří reakcemi a shlukováním v tavenině a vměstky nad 20 µm reoxidací a tvorbou strusky (emulgací) na hladině taveniny. V ocelích uklidněných hliníkem nacházíme taktéž kulové duplexní vměstky v důsledku emulgace strusky a v důsledku vhodných podmínek v licí pánvi. Na obrázku.je plošná kvalitativní analýza mikrovměstku o velikosti 10 µm z oceli uklidněné hliníkem, s rozložením hliníku, vápníku a křemíku. Globulární mikrovměstek (plošná Rtg) Cluster (klaster-shluk) mikrovměstků oxid hlinitý. Mikrovměstky se obyčejně nachází v ocelích uklidněných hliníkem s obsahem hliníku nad 0,008 % váhových. Jedná se o endogenní vměstky vzniklé při desoxidaci a reoxidaci oceli uklidněné hliníkem. Počáteční velikost vměstku se pohybuje v rozmezí 1 až 15 µm v závislosti na podmínkách oxidace a v závislosti na vysokém kontaktním úhlu mezi tekutou ocelí a oxidem hlinitým; vměstky se shlukují v důsledku turbulence v tavenině nebo stykem s plynovými bublinami, nebo keramickým povrchem (vyzdívkou). Klaster-oxidu hlinitého je v následujícím obrázku. OtahalConsult 12

13 Klaster mikrovměstků ( oxid hlinitý) 400x Další shlukování hlinitanových klastrů během odlévání může vést k poměrně velkým hlinitanových vměstkům (větším než 100µm). Hlinitanové klastery jsou trojrozměrné, dendritického nebo korálového uspořádání. Morfologii hlinitanového klastru po hlubokém odleptání vzorků s mikrovměstky odebraných z nízkouhlikaté oceli uklidněné hliníkem, představují následující snímky z elektronového mikroskopu. V obr.a je klaster dendriticky uspřádaného hlinitanu o rozměrech 30 až 100 µm a v obr.b je klaster korálového typu, jehož velikost bývá nad 50 µm Velikost střední kulové části dendritu a délka sekundárních ramen dendritu a korálu, ale i samostatné kulové mikrovměstky činí cca 1 až 4 µm Morfologie trojrozměrného hlinitanového klastru dendritického uspořádání Morfologie hlinitanového klastru korálového typu Semi- cluster (semi- klaster) Tyto vměstky jsou charakterizovány drobnými částicemi seskupenými v roztroušených skupinách (shlucích klastrech) ale v podstatně menším rozsahu, jako v předcházející skupině B (klaster). Při hlubokém leptání zjistíme, že jednotlivé shluky nejsou navzájem OtahalConsult 13

14 spojeny. Velikost vměstků činí 1 až 10µm. Tvoří se během chladnutí a tuhnutí taveniny, jako sulfidy manganu a nitridy titanu. Nitridy titanu mají světlé zlatité zbarvení (gold titanium nitrid) a převážně kubickou formu Nejsou uloženy v klastrech (shlucích). Šedé sulfidy manganu a zlatité nitridy titanu jsou rozloženy samostatně Semiklastry (sulfidy manganu a nitridy titanu 400x Singulární jednotlivé vměstky. Singulární jednotlivé mikrovměstky 400x (sulfidy manganu a nitridy titanu) OtahalConsult 14

15 tvorba makrovměstků Makrovměstky jsou definovány jako oxidy které svou velikostí přesahují v průměru 20 mikronů. Tyto vměstky vznikají: Reoxidací Interakcí mezi železnou taveninou a tekutou struskou Vířením v proudu taveniny Při plnění pánve a formy Při mísení inertním plynem (Argonem) Litím přes vrstvu strusky Erozí/korozí při odlévání železné taveniny Aglomerací nečistot jejich shlukováním a hrudkováním při lití ocelové taveniny Reoxidace Reoxidace může probíhat reakcemi s: okolní atmosférou (ovzduším) méně stabilními komponentami strusky nežli jsou oxidy v desoxidantech žárovzdorninami v nichž jsou méně stabilní oxidy jako v předcházejícím případě Zdroje reoxidace Typy vměstků Poznámky Styk s okolní atmosférou Chemizace vměstků může být velmi variabilní a závisí na množství reoxidačních produktů a jejich časovém rozvrstvení v tavenině po reoxidaci.není neobvyklá přítomnost vměstků obsahujících všechny prvky z železné taveniny, jako FeO, MnO, Al2O3, SiO2 apod. Závisí na úrovni teploty celého procesu a na přirozené razanci přestupu kyslíku z okolní atmosféry do taveniny. Množství produktů dezoxidace může být značné. Styk se struskami obsahujícími vysokou hladinu FeO, MnO a SiO2 Reakcí se žáruvzdorninami V ocelích uklidněných hliníkem může vzrůst obsah oxidu hlinitého ve strusce. Ačkoliv všeobecně se jedná o nízkou reakční rychlost, může být pro vysoce čisté oceli významný zdroj. Ačkoliv rychlost reakce mezi struskou a taveninou železa je obecně nižší než-li při vzdušné reoxidaci, pak při turbulenci taveniny při mísení a odlévání může reoxidace dosahovat poměrně vysoké úrovně. U odlitků může být vlhkost formy významným činitelem vedoucím k vysokým reakčním rychlostem Reoxidace je pravděpodobně nejběžnější způsob vzniku makrovměstků v železných slitinách OtahalConsult 15

16 Máme-li pochopit princip reoxidace, nutno si uvědomit, že tavenina železa není za přítomnosti kyslíku stabilní a že spontánní reakce mezi kyslíkem a železem vede k tvorbě oxidů železa. Přísadou desoxidantů, především hliníku, hořčíku a vápníků se tvoří stabilnější oxidy, jako jsou obsaženy ve struskách a žáruvzdorných matriálech, ale železo zůstává při daných teplotách taveniny stále nestabilní a může s nimi vytvářet méně stabilní oxidy (obsaženými ve struskách a žárovzdorninách). Ve slitinách železa převládají pochopitelně oxidy typu FeO a MnO. Reoxidací též vznikají shluky povrchových nečistot a přirozených strusek. Tyto strusky mají velmi nízké povrchové napětí a velmi nízkou viskozitu, jsou tekuté a lehce se při turbulencích vměšují do taveniny. V případě, že není povrch taveniny dostatečně ošetřen a zbaven povrchové strusky, mohou tyto proniknout až do odlitku a způsobit rozsáhlé makrovměstky. Reoxidační makrovměstek (velikost 1 x 0,5 mm) Detail makrovměstku (složení v následující tabulce) A B C FeO MnO SiO Interakce mezi železnou taveninou a tekutou struskou Hlavním zdrojem tvorby makrovměstků je emulgace strusky nebo nečistot (pěny) na povrchu železné taveniny. Všechny typy těchto defektů vycházejí z výrobní technologie a praxe a musí být i takto řešeny. Hnací sílou emulgace je energie která zajistí ponoření vznášejících se částic strusky a nečistot. Tato energie pochází z interakce mezi proudící taveninou a tekutou struskou. Známe čtyři zdroje této energie: otevřený proud litý na, nebo procházející vrstvou strusky ( obyčejně přes hubici, nebo otvorem /trychtýřem/ v pánvi) plnění pánve, nebo formy velkou rychlostí je-li na hladině taveniny přítomná struska, případně nečistoty víření během vylévání taveniny z pánve mísení obsahu pánve proudem plynu při vysoké rychlosti Bližší poznatky k daným tématům obsahuje příslušná literatura. OtahalConsult 16

17 Zdroj Typ vměstků Poznámky Odpich z tavící pece do pánve (zásobníků taveniny) Plnění pánví (zásobníků taveniny) Mísení plynu v pánvi Plnění ingotů spodem Vylévání pánví Plnění formy Drobné makrovměstky (20 až 100 mikronů) o složení odpovídající pánevní strusce Větší makrovměstky (nad 40 mikronů) chemického složení odpovídajícímu krycí strusce nebo nečistotám Malé makrovměstky pánevní strusky o odpovídajícím chemickém složení Velké makrovměstky odpovídající složení použitých přísad a tavidel a reoxidačních zplodin Velké makrovměstky v důsledku vrcholového víření proudu taveniny ke konci vylévání Velké makrovměstky Hlavním problémem je vpuštění strusky z tavící pece do pánve, nebo do formy před proudem taveniny V případě vyšších rychlostí plnění, tření na povrchu proudu taveniny může způsobit emulgaci a tvorbu šumu a nečistot. To může vést k rozsáhlejším makrovměstků, jestliže těsně před tuhnutím proběhne emulgace Mohou být odstraněny mírnou rychlostí mísení (< 5scfm) Řešením může být snížení rychlosti plnění ingotu Řešením může být přerušení vylévání (proudu taveniny) těsně před koncem vylévání Obecně se tvoří při reoxidaci probíhající současně při konci zaplnění formy Makrovměstek - interakční struska (složení v následující tabulce) Oxid hlinitý (Al2O3) Oxid vápenatý (CaO) Oxid hořečnatý (MgO) Oxid křemičitý (SiO2) OtahalConsult 17

18 Eroze / koroze během odlévání Toto je velmi častý zdroj velkých závad (makrovměstků), které jsou v tuhém stavu a jsou spojeny s materiálem vlastní formy. Některé typy železných materiálů ocelí jsou velmi korozívní (vysokomanganové a některé typy neuklidněných, nebo málo uklidněných ocelí s vysokým obsahem kyslíku) a napadají pojiva, nebo některá ostřiva formovacích směsí, což vede k velkým zadrobeninám v odlitcích. Reoxidací oceli se tvoří vměstky s vysokým obsahem FeO, které jsou velmi reaktivní a smáčí stěny forem v oblasti větších turbulencí a víření taveniny. Zvláště v místech nedostatečného zhuštění forem může nastat sintrace jejich částí a zahlcení taveninou. Podobně může nastat rozpad pojiva a uvolnění zrn ostřiva. Obdobně expanze stěny formy v důsledku vysokého tepelného gradientu přispívá k popsaným jevům a vzniku makrovměstků. Zdroj Vada Poznámky Zadrobeno Reoxidace Vysoká licí teplota Složení železné slitiny Formovací směs Částice formovací směsi, které mohou mít reoxidované okraje Formovací směs Formovací směs V oblastech s velkou turbulencí taveniny (vtoky a zářezy) V reoxidovaných oblastech je FeO velmi agresivní Vysoká licí teplota zvyšuje korozi formy Některé kvality (typy) železných slitin (ocelí) reagují se žáruvzdornými materiály (stěny pánví, žlábky, formy) Erozní struska (makrovměstek) Detail makrovměstku (složení v následující tabulce Oxid hlinitý (Al2O3) Oxid vápenatý (CaO) A B C FeO MnO Oxid křemičitý (SiO2) OtahalConsult 18

19 Aglomerace (shlukování) vměstků vzniklých v důsledku zahlcování a ucpávání licích otvoru - hubic oxidickými částicemi a nečistotami během odlévání železných slitin Tento typ vměstků nalézáme v železných slitinách ocelích, s přirozenými tuhými vměstky, přednostně v ocelích uklidněných hliníkem. V případě uvolněných struskových shluků z licích hubic, žlábků nebo licích otvorů (zátkové pánve při lití spodem) mohou vznikat velké vady v podobě velkých rozsevů makrovměstků. Všechny pevné vměstky mají v důsledku povrchového napětí tendenci k hromadění a slučování do větších shluků. Může být proto zanášení licích otvorů struskou a její uvolnění během odlévání, zdrojem rozsáhlých vad. Aglomerace shluk pevných vměstků (složení v tabulce) Oxid hlinitý (Al2O3) Oxid titaničitý (TiO2) Oxid vápenatý (CaO) N Řadu doporučení k zamezení těchto vad obsahuje rozsáhlá literatura. OtahalConsult 19

20 Opatření proti vzniku vměstků Výroba čistých ocelí Problematikou výroby čistých ocelí jest redukce nadbytečného množství vměstků, jejich velikosti a rozptýlení v základní kovové hmotě. Tolerované množství je závislé na dané kvalitě oceli, její aplikaci, způsobu (technologii) výroby daného výrobce, požadavku zákazníka a konkurenci jiných výrobců u podobných, odpovídajících materiálů. Všeobecně je snahou všech výrobců dodávat oceli v co nejvyšší kvalitě a čistotě. K výrobě vysoce kvalitních, čitých ocelí je třeba zajistit řadu technologických předpokladů a tyto je nutno v každé fázi výroby exaktně dodržet. Z tohoto pohledu a hlediska rozeznáváme tři typy problematických vměstků: Pevné a tekuté vměstky vzniklé při procesech desoxidace/reoxidace Pevné vměstky jejichž původem jsou žáruvzdorné hmoty (vyzdívky) a formovací směsi použité při výrobním procesu Tekuté vměstky jejichž původem je emulzifikace krycí strusky používané při metalurgických výrobních procesech Pro řešení problematiky výroby vysoce jakostních ocelí a odlitků z železných slitin je především nutné přesné určení zdroje vměstků a jejich genetický typ. Poté může být stanoven efektivní způsob jejich eliminace. Především je to chemická analýza vady, mikroskopické ohledání světelným a elektronovým mikroskopem a Rtg ohledání bodové, lineární a plošné. Nutno rozlišit mikro a makrovměstky. Při tom jedná-li se o mikrovměstky, ty nemohou být vzhledem ke svému přirozenému původu zcela eliminovány, pouze minimalizovány. Jiná je situace u makrovměstků, které mohou být prakticky zcela eliminovány během metalurgického procesu vlastní výroby. Desoxidační vměstky mikrovměstky. 1 a. Oxid hlinitý Potenciál pro čistou ocel, měřený celkovým množstvím oxidických vměstků, které se mohou tvořit v ocelové tavenině, jest určován termodynamickými podmínkami a teplotou zpracování. Odstraněny mohou být pouze vměstky, které existují během technologického procesu zpracování oceli. Od roku 1930 byla použita přísada hliníku k transformaci rozpuštěného kyslíku na oxid hlinitý a pro kontrolu velikosti austenitického zrna. Rovnovážný stav (úroveň) rozpuštěného kyslíku v ocelové tavenině při teplotě C činí 8 10 ppm s obsahem rozpustného oxidu hlinitého 0,05%. Po přísadě hliníku při pánvové metalurgii je celkový obsah kyslíku mínus rozpuštěný kyslík mírou množství hliníku na jednotku objemu v oceli a často je celková jeho úroveň hrubé měřítko čistoty oceli. Takto 8-10 ppm kyslíku se stává termodynamickým limitem při výrobě nízkouhlikatých uklidněných ocelí. K překročení tohoto limitu je nezbytné ovlivnit termodynamickou rovnováhu a rozhodující metodou k dosažení tohoto požadavku je transformace primárních vměstků z čistého pevného oxidu hlinitého na tekutý hlinitan vápenatý /Ca(Al 2 O 2 )2 injekcí tavidla, nebo např. vnesením (zasouváním) plněného profilu (kalciem). OtahalConsult 20

21 Průběžně naměřená nejnižší aktivita oxidu hlinitého v tavidle na bázi CaO-Al 2 O 3 činí 0,001 a vede k množství rozpuštěného kyslíku pod 1 ppm se 100 ppm hliníku, který je v rovnováze se struskou. Aktivita oxidu hlinitého (s ohledem na čistý pevný oxid hlinitý) o hodnotě 0, byla naměřena v systému CaO-Al 2 O 3 -MgO a množství rozpuštěného oxidu hlinitého pod 0,1 ppm je dosažitelné se 100 ppm hliníku při C. Takže průběžný teoretický limit pro rafinovanou ocel je 0,1 ppm kyslíku. Možno říci, že v současné době dosahuje řada výrobců rafinaci kolem 5 ppm celkového kyslíku. Dosažitelný potenciál čistoty oceli při desoxidaci hliníkem činí 0,1ppm celkového obsahu kyslíku. K dosažení tohoto stavu musí být všechny tvořící se vměstky transportovány (převedeny) do mezivrstvy (mezifáze), kde mohou být separovány. Tento transport (převod) může být urychlen při pánvovém procesu plynným médiem, nebo elektromagnetickým vířením za kontrolovaných podmínek, kdy je eliminována možnost reoxidace. Eliminace reoxidace vyžaduje: 1. Úplnou separaci ocelové taveniny od okolní atmosféry 2. Strusku, která nereaguje s ocelí, 3. Složení žárovzdorného materiálu, který je inertní vůči oceli. Pro ocel s ultranízkým obsahem kyslíku je aktivita oxidu hlinitého v městcích velmi nízká, čemuž odpovídá i velmi nízká aktivita kyslíku v oceli; tudíž je důležité vyvinout žárovzdorný materiál, který je stabilní v tomto prostředí. Nezbytná je kombinace oxidu hlinitého s jinými žárovzdornými materiály nebo oxidy, které jsou stabilnější než běžné materiály. Malé vměstky se rychle separují jakmile dosáhnou mezivrstvu kov-struska za předpokladu rychlého rozpuštění v krycí strusce. Z toho důvodu je velmi důležité i složení krycí strusky. Jakmile jsou odstraněny vměstky musí být zachována termodynamická stabilita mezi ocelí a okolím. Musí být proto složení žárovzdorného materiálu a strusky při lití obdobné, jako je v licí pánvi. Opatření k zamezení mikrovměstků typu oxidu hlinitého Nutná je eliminace reoxidace Odstranění primárních desoxidačních vměstků musí být zajištěno přímo v pánvi. Eliminace aglomeračních vměstků (vzniklých aglomerací částic) musí být zajištěna po zpracování taveniny. Následné operace nesmí ovlivnit a způsobit další problémy s čistotou oceli a měly by umožnit další odstraňování vměstků aby umožnily klasturovaným a precipitovaným vměstkům vzniklým při ochlazování při poklesu teploty, kompletní separaci z tekuté oceli. Je nezbytná precizní kontrola tavicího i pánvového procesu. Nutnost odlévání v inertní atmosféře. 1b. Mikrovměstky Mn-Si (orto)křemičitan manganatý Mn2SiO4) nebo Mn-Al-Si křemičitan hlinitomanganatý Platí podobné zásady, jako v předcházejícím případě s tím, že tekuté vměstky nemají tendenci shlukování (aglomerace) a je neobvyklé pro přirozené vměstky v oceli uklidněné Mn-Si způsobovat problémy v čistých ocelích. Všeobecně nedosahují oceli uklidněné Mn-Si takové čistoty jako oceli uklidněné Al, v důsledku rozdílu v desoxidační síle mezi Al a kombinací Mn-Si. Velké aglomerační uskupení oxidu hlinitého jsou obvyklá v případě, že není možno dosáhnout stejného druhu třídimenzních síťoví u tekutých vměstků. 2a. Sulfidy manganu (MnS) Sulfidy manganu precipitují během tuhnutí a není žádný mechanizmus k jejich odstranění v tomto období. Jediným řešením je snížení obsahu síry v tavenině oceli. OtahalConsult 21

22 2b. Nitridy titanu Precipitace nitridů titanu je možná před litím, pokud je vyšší obsah titanu (0,1%) a při nízké teplotě. Většina titanu však precipituje při odlévání. Je obtížné zajistit úplné odstranění titanu z taveniny jak v peci tak v pánvi. Doporučuje se odlévat z co nejvyšší teploty a zajistit tak vylučování nitridu titanu interdendriticky v odlitku. Tím se minimalizuje jejich velikost. 1. Reoxidace makrovměstky Reoxidace je jednou z hlavních příčin vzniku velkých makrovměstků. Problém je trojího druhu: 1. Reoxidace umožňuje hromadný vývoj a tvorbu vměstků na povrchu tekuté oceli. 2. Vytvořené vměstky obsahují z počátku převážně FeO, mají nízkou viskozitu a mezifázové napětí a shlukují - emulgují se během turbulentního proudění. 3. Emulgované vměstky mají tendenci separovat se do mezivrstev, kde chemicky atakují žárovzdorné materiály forem, což vede k emulgaci žárovzdorných částic formovacího materiálu. Není neobvyklé vidět velké makrovměstky které obsahují jak žárovzdorný materiál, taktéž reoxidační produkty. Jako příklady viz 1 až 9, 12 a 13 v Atlasu vad. Řešením reoxidace je omezit přístup oxidační atmosféry nad hladinu taveniny v jednotlivých fázích výroby, nebo zajistit fyzicky přístup prostředí naplněním inertním plynem, což ovšem bývá v praxi dosti obtížné. 2. Pískové, erozní a korozní produkty Formovací materiály a písky jsou v odlitcích obecně makrovady a může je způsobit: - volný písek (ostřivo) je emulzifikován během odlévání železné taveniny, - eroze zhuštěného nebo nedostatečně spěchovaného ostřiva pod vlivem turbulentního proudění ve styku s formou, - koroze formy v důsledku současného působení turbulence taveniny a reoxidace, - koroze formy v důsledku chemického složení taveniny umocněné vysokou licí teplotou a nadměrným přehřevem stěny formy; Problémy se žárovzdornými materiály mohou být zesíleny vyšším obsahem manganu v železné tavenině a také v odlitku v důsledku resulfidace a u určitých legovaných ocelí (např.s Pb), v důsledku vysoké korozní rychlosti tradičních žárovzdornin s těmito druhy ocelí. Vzhledem k tomu, že korozní a erozní problémy závisí na době a teplotě, objevují se často během dlouhých zpracovacích časů a prodloužených dobách lití. Řešením je vývoj a použití vysoce stabilních žárovzdorných materiálů odpovídající daným druhům kvalit ocelí, vývojem hutných rezistentních materiálů proti opotřebení, které jsou vkládány do exponovaných míst forem napadaných turbulentními vířivými proudy taveniny a zamezení reoxidace. Všeobecně konstrukční řešení odlitků a modelů vedoucí ke koncentraci turbulentně proudící taveniny na určitá místa stěny formy, způsobují erozní problémy. Použití nátěrových materiálů zabraňující smáčení stěn forem a lehký vnik taveniny do nátěru může usnadnit separaci odlitku z formy. Opakem je použití nevhodných formovacích směsí s nízkou žárovzdornosti a nevhodnými fyzikálními a mechanickými vlastnostmi. OtahalConsult 22

23 3. Emulzifikované tekuté vměstky. Tekuté vměstky se mohou objevit v důsledku reakcí dezoxidace/reoxidace v uklidněných ocelích Mn-Si nebo ocelích zpracovaných Ca a uklidněné Al. Tyto vměstky mají průměr do cca 10 mikronů a nezpůsobují v podstatě problémy. Větší tekuté vměstky (10 až 300 mikronu) vznikají emulgací krycí strusky nebo nečistot, které se vyskytují na hladině ocelové taveniny, jako produkty jejího zpracování. Tekuté vměstky v rozsahu těchto velikostí mají tendenci projevit se, pokud vztlak částic je menší než mezifázová energie, až v určité mezifázové prodlevě (se zpožděním); Z toho důvodu je důležité minimalizovat, nebo zcela zamezit jejich generaci, poněvadž kompletní separace v mezifázi struska kov je velmi obtížná, v důsledku jejich potenciálu (sklonu) k opětné tvorbě. Složení strusky není v tomto směru významné (nemá vliv na odstraňování makrovměstků), neboť rozpouštění tekutých vměstků v tekuté strusce není problematické. Emulgace vzniká v důsledku tření v mezivrstvě struska-kov způsobeném prouděním taveniny. Počátek emulgace je také funkcí vlastností strusky: viskozity, hustoty a mezifázového napětí. Proto počátek strhávání se zdá být ovlivněn rychlostí proudění v určitých polo-periodách, délce smyku (často odpovídající tloušťce strusky) a fyzikálním vlastnostem strusky. V důsledku těchto kontrolních parametrů je počátek emulgace velmi specifický a liší se od výrobce k výrobci. Je však pět výrobních podmínek kde můžeme očekávat emulgaci: 1. plnění pánve a formy v případech velmi vysoké licí energie v proudu ocelové taveniny 2. výtok z nádob (pánví) kde vzniká víření 3. nadměrná turbulence v mezivrstvě struska-kov v důsledku vzájemného vlnění a kmitání 4. injekce plynů rychlostí překračujících kritické hodnoty 5. mezivrstvé fluktuace přesahující kritickou úroveň Abychom se vyhnuli struskovým vadám nutno věnovat zvýšenou pozornost odlévání a vyhnout se při plnění a vylévání pánve a plnění formy styku mezi taveninou a tekutou struskou. 4. Shluky a aglomeráty vměstků Aglomeraci vměstků možno pozorovat u všech povrchů, jestliže jsou přirozené vměstky v pevném stavu. Zvláště na žárovzdorných materiálech a bublinách. Nejobvyklejším případem je shlukování, zanášení, srážení a nalepování částic strusky v tryskách a hubicích pánví a zásobnících taveniny (nozzle clogging). Aglomerace strusky může způsobovat i velké makrovměstky. Je proto důležitá pečlivá pánvová technologie (stahování strusky, čisté pánve, nereaktivní vyzdívkový žárovzdorný materiál a pod.) plynulý, nevířivý proud taveniny a pod. Klíč k výrobě čisté oceli: Minimální obsah mikrovměstků (pod 5 mikronů). Eliminace reoxidace -Odstranění primárních desoxidačních vměstků musí být zajišťováno v pánvi -Vměstkové aglomeráty musí být eliminovány až po zpracování taveniny -Zpracování po pánvové technologii nesmí vytvářet dodatečné problémy týkající se čistoty a musí zajistit možnost následného odstraňování vměstků typu clusterů a nečistot, které precipitují v důsledku a průběhem poklesu teploty kovu.. -Musí být zamezeno emulsifikaci strusky, neboť tekuté vměstky vzniklé emulsifikací mají velikost 20 až 300 mikronů a velmi obtížně se z tekuté taveniny odstraňují -Konstrukce a stabilita formy, formovací směs (žárovzdorný materiál) a její čistota musí odolat erozi a korozi taveniny. Tyto kroky vytváří podmínky pro termodynamickou rovnováhu mezi struskou a žárovzdornými materiály, primární desoxidační vměstky musí být tekuté, aby se zabránilo OtahalConsult 23

24 zanášení v kanálech a tryskách (clogging), celkový technologický čas zpracování musí být nastaven tak, aby umožnil kompletní separaci vměstků a proudění taveniny nesmí umožňovat emulsifikaci formovací směsi-písku a krycí strusky. Žárovzdorniny vyzdívek a formovacích směsí- formy musí být odolné vůči korozi a erozi. OtahalConsult 24

25 Atlas vměstků Oceli (Pro zjištění podrobností zvětšete obrázky dle potřeby!) makrovměstky Příklad rozložení makrovměstků na povrchu odlitku OtahalConsult 25

26 Vzorek 1 Vzorek č.1 je z odlitku odlitého z uklidněné oceli hliníkem (Al). Reoxidace a eroze / koroze Obr.1a Obr.1b Složení vsázky: kg ocelového odpadu kg zlomkové litiny 320 kg zlomu z tvárné litiny Taveno v kysele vyzděné obloukové el. peci. Konečná desoxidace hliníkem v množství 1,2 kg na 1 tunu ocelové taveniny Obr. 1c Obr. 1d OtahalConsult 26

27 Obr. 1e Viz plošná analýza obr. 1f Obr. 1f Plošná RTG analýza (viz obr. 1e) Vměstky jsou chemicky velmi nehomogenní. Obsahují velké množství křemičitých částic pískových zrn z formy. Makrovměstky jsou velmi porézní v důsledku vyvíjejících se plynů (struskoplynové vady). V mezivrstvě tavenina vměstek jsou patrny oxidační pochody. Makrovměstky pochází ze zachycených částic formy (písek) a reoxidace během procesu odlévání odlitku. Mimo to působí vlastní koroze mezi formou a taveninou. OtahalConsult 27

28 Chemické složení vady A B C D Oxid hlinitý (Al2O Oxid vápenatý (CaO) 5.83 MnO 4.79 FeO Oxid křemičitý (SiO2) 100 Poznámky: Vada A je čistý FeO ukazující významnou reoxidaci Vada B jsou částice oxidu hlinitého (Al2O3) Vada C jsou reoxidační produkty Vada D jsou křemičitá zrna (SiO2) Plošná RTG analýza v obr. 1f ukazuje, že většinu objemu makrovměstku tvoří reoxidační produkty, které jsou uloženy jednak na odplavených částicích formy (písku), nebo přímo produkty atakované formy. OtahalConsult 28

29 Vzorek 2 Vzorek č.2 je z odlitku odlitého z uhlíkové oceli uklidněné MnSi. Reoxidace a eroze / koroze Obr. 2. Chemické složení vady A B C D E Oxid hlinitý (Al2O Oxid vápenatý (CaO) 3.32 Fe kov MnO 100 FeO Oxid křemičitý (SiO2) Jako v předcházejícím případě jsou vměstky velmi nehomogenní. V základní matrici vzniklé z reoxidačních produktů jsou obsaženy částice ostřiva písek (B velmi tmavé oblasti)). Některé oblasti ve vadě obsahují značné množství oxidu hlinitého, který se vylučuje během tuhnutí (středně šedé oblasti).jsou zde též přítomny kapky vyredukovaného kovu s vysokým obsahem FeO (A - světle šedé kulové útvary ; vnější světlé okolí vady je základní kov). Mezi vnějším základním kovem a vlastní vadou je tenká reoxidační vrstva tvořená FeO. OtahalConsult 29

30 Vzorek 3 Vzorek č.3 je z odlitku odlitého z uhlikaté oceli uklidněné Al. Reoxidace Obr. 3. Vzorek č. 3 obsahuje velké množství oxidu železa a částice vměstky typu FeO-MnO.- SiO2. Jedná se o typické reoxidační vměstky. Vnitřní oxidace ukazuje na to, že se na vměstku podílí i zaplavené částice z vnější oxidace typu s maximem FeO. Chemické složení vady A B C FeO MnO SiO OtahalConsult 30

31 Vzorek 4 Vzorek č.4 je z odlitku odlitého z nerez oceli Reoxidace a eroze / koroze Obr.4a Vada pochází z odlitku vyrobeného z nerez oceli. (složení v tab.) Vměstky jsou nehomogenní, obsahující mnoho křemičitanů s maximálním obsahem SiO2. (písek). Jedná se opět o kombinované makrovměstky vzniklé reoxidací a korozí /erozí z křemičitého ostřiva. Obr. 4b Obr. 4c OtahalConsult 31

32 Obr. 4d Plošná RTG analýza Chemické složení vady A B C Oxid hlinitý (Al2O Chromáty MnO Oxid křemičitý (SiO2) Chemické složení kovu C 0.04 Si 0.74 Mn 0.26 Cr Ni Mo 2.25 OtahalConsult 32

33 Vzorek 5 Vzorek č. 5 je z odlitku odlitého z legované oceli Reoxidace a eroze / koroze Obr. 5a Obr.5b Obr. 5c Obr. 5d Chemické složení vady A B C D Oxid hlinitý (Al2O3) 3.15 Oxidy chromu MnO 5.07 Křemičitany (SiO2) Oxidy titanu Oxidy zirkonia OtahalConsult 33

34 Vady obsahují velké množství částic z formovacích materiálů (v tomto případě křemičitých písek, nebo zirkonia), což nasvědčuje na korozi /erozi, tedy z formy, nebo uvolněných z hubic licích nebo udržovacích pánví. Je též evidentní reoxidace. Jedná se o názorný příklad kombinace vad z reoxidace a koroze / eroze. Vzorek 6 Vzorek č. 6 je z odlitku odlitého z nerez oceli Reoxidace a eroze / koroze Obr. 6a Obr. 6b Obr. 6c Obr. 6d Vzorek z odlitku z nerez oceli obsahuje vadu která je prostoupena četnými malými vměstky, které jsou roztroušeny i v jejím okolí jako mikrovměstky. V důsledku přítomnosti oxidů vápníku jedná se beze sporu o přítomnost pecní a pánevní strusky. Původem vady je převážně emulzifikace strusky. OtahalConsult 34

35 Obr. 6e Obr. 6f Obr. 6g Chemické složení vady A B C D Uhlík 100 Oxid hlinitý (Al2O3) Oxid vápenatý (CaO) Oxidy chromu MnO Křemičitany (SiO2) Oxidy titanu OtahalConsult 35

36 Vzorek 7 Vzorek č. 7 je z odlitku odlitého z uhlikaté oceli uklidněné Al a legované Ti Reoxidace a eroze / koroze Obr. 7a Obr. 7b Obr. 7c Vada je složena z částic formovací hmoty (písku) z eroze / koroze a produktů reoxidace. Částice formovacích hmot jsou obklopeny produkty reoxidace. OtahalConsult 36

37 Obr. 7d Chemické složení vady Oxid hlinitý (Al2O3 Oxid vápenatý (CaO) A B C FeO MnO Křemičitany (SiO Chemické složení kovu C 0.22 Si 0.54 Mn 1.29 Ti 0.10 Al OtahalConsult 37

38 Vzorek 8 Vzorek č. 8 je z odlitku z legované chromniklové oceli Reoxidace a eroze / koroze Obr. 8a Obr. 8b Obr. 8c Obr. 8d Vada sestává z vměstků formovacího materiálu (písek) eroze / koroze obklopených dezoxidačními produkty. OtahalConsult 38

39 Obr. 8e Obr. 8f OtahalConsult 39

40 Chemické složení vady Oxid hlinitý (Al2O3) Oxidy chromu FeO 1.24 MnO Křemičitany (SiO A B Chemické složení kovu Fe 65 Cr 19.5 Ni 9.8 Mn 1.13 Si 1.16 Mo 2.67 Al OtahalConsult 40

41 Vzorek 9 Vzorek č. 9 je z odlitku z uhlikaté oceli Reoxidace a eroze / koroze Obr. 9a Obr. 9b Obr. 9c Obr. 9d Obr. 9e Obr. 9f OtahalConsult 41

42 Vzorek obsahuje částice žárovzdorných materiálů, křemičitanů a zirkonia v matrici skládající se z reoxidačních produktů. Zdrojem vměstků je reoxidace a eroze /koroze. Chemické složení vady Oxid hlinitý (Al2O3) A B C D E 7.40 MnO Křemičitany (SiO2 Oxidy zirconia OtahalConsult 42

43 Vzorek 10 Vzorek č. 10 je z odlitku z uhlikaté oceli uklidněné Al Emulsifikace strusky Obr. 10a Obr. 10b Obr.10 c Obr. 10d Chemické složení kovu C Si Mn 0.66 Al Vměstky jsou částice krycí pánevní strusky. Vada vznikla emulsifikací pánevní strusku. OtahalConsult 43

44 Obr. 10e Chemické složení vady Oxid hlinitý (Al2O3) Oxid vápenatý (CaO) FeO 100 A B C MnO MgO Křemičitany (SiO2) OtahalConsult 44

45 Vzorek 11 Vzorek č. 11 je z odlitku z uhlikaté oceli dezoxidované MnSi a Ca Al Emulsifikace strusky a reoxidace Obr. 11a Obr. 11b Chemické složení kovu C 0.31 Si 0.28 Mn 0.8 Chemické složení vady Oxid hlinitý (Al2O3) Oxid vápenatý (CaO) A B C Oxidy chromu MnO Křemičitany (SiO2) Oxidy titanu Vada je zásaditá struska vzniklá silnou reoxidací a emulsifikací. OtahalConsult 45

46 Obr. 11c Obr. 11d OtahalConsult 46

47 Vzorek 12 Vzorek č. 12 je z odlitku z uhlikaté oceli dezoxidované MnSi Koroze / eroze a reoxidace Obr. 12a Obr. 12b Obr. 12c Obr. 12d Chemické složení kovu C 0.25 Mn 0.5 OtahalConsult 47

48 Obr. 12e Chemické složení vady A B C Hlinitany (Al2O3) Oxidy vápníku (CaO) 4 MnO 32 Křemičitany (Al2O3) 52 OtahalConsult 48

49 Vzorek 13 Vzorek č. 13 je z odlitku z uhlikaté oceli Koroze / eroze a reoxidace Obr. 13a Obr. 13b Obr. 13c Obr. 13d Tento vzorek z uhlikaté oceli obsahuje vměstky s převahou oxidu zirkonu, obklopené produkty reoxidace. Jedná se o erozi žáruvzdorných materiálů kombinovanou s reoxidací. OtahalConsult 49

50 Obr. 13e Chemické složení vady A B C Hlinitany (Al2O3) MnO 20 Křemičitany (SiO2) Oxidy zirkonu OtahalConsult 50

51 Vzorek 14 Vzorek č. 14 je z odlitku z uhlikaté oceli uklidněné MnSi a zpracované Zr Reoxidace Obr. 14a Obr.14b Obr. 14c Uhlikatá ocel byla uklidněna Si-Mn a legována zirkonem. Reoxidační produkty jsou komplexní křemičitany Mn - Zr Si. Precipitace zirkonu je patrna v makrovměstcích. OtahalConsult 51

52 Obr. 14d OtahalConsult 52

53 Vzorek 15 Vzorek č. 15 je z odlitku z uhlikaté oceli Reoxidace (struskoplynová vada) Obr. 15a Obr. 15b OtahalConsult 53

54 Obr. 15c Vzorek z uhlikaté oceli obsahuje četné reoxidační makrovměstky jejichž podstatu tvoří křemičitany manganu. Jedná se o struskoplynovou vadu. OtahalConsult 54

55 mikrovměstky Příklad chemické nestejnorodosti v mikrovměstku oxid hlinitý (Al2O3) oxid křemičitý (SiO2) Oxidy manganu (MnO2 Sloučeniny titanu Tmavá 96 4 Světle šedá Středně šedá Šedá (matrice) OtahalConsult 55

56 Globulární duplexní mikrovměstky Vzorek 1 Uhlíkatá ocel Obr. 1 OtahalConsult 56

57 Vzorek 2 Uhlíkatá ocel Obr. 2 OtahalConsult 57

58 Vzorek 3 Nerez ocel Obr. 3 OtahalConsult 58

59 Světle šedá Středně šedá Fe 99 Hlinitany (Al2O3) Chemické složení vady Křemičitany (SiO2) Oxidy manganu Sloučeniny titanu Sloučeniny chromu Oxidy vápníku Tmavá Vzorek 4 a 5 Obr. 4 Obr. 5 OtahalConsult 59

60 (Cluster) klaster - shluk mikrovměstků oxid hlinitý. Vměstky typu Cluster klaster jsou typickým projevem mikrovměstků v ocelích uklidněných hliníkem, kde oxid hlinitý díky své vysoké mezifázové energii vytváří lehce trojrozměrné clustery. Jednotlivé vměstky v klastru mají průměr 1 až 5 mikronů, ale celý klaster je ve své podstatě trojrozměrný. Chemické složení vady Oxidy hliníku Nitridy titanu Oxidy vápníku N N Vzorek 1 (N-45) Vzorek 2 (N-75) Vzorek 3 (N-60) OtahalConsult 60

61 Semi - cluster (semi - klaster) Vměstky typu Semi Klaster se liší od předcházejícího hlinitanového klasteru v chemickém složení a velikosti klasteru. Vměstky semi-klasteru jsou sulfidy manganu (MnS) a nitridy titanu (TiN), které se tvoří při tuhnutí a mohou být mezidendritické. Chemické složení vady Nitridy titanu Sulfidy manganu Zlatité 100 Šedé 100 Vzorek 1 (N-78) Vzorek 2 (N-48) Vzorek 3 (N-43) OtahalConsult 61

62 Singulární jednotlivé vměstky Chemické složení vady TiN Sloučeniny niobu Sulfidy manganu Zlatité (a) Zlatité (b) Šedé 100 Singulární jednotlivé mikrovměstky se vyskytují jednotlivě, samostatně. Tvoří je většinou sulfidy manganu (MnS), nebo nitridy titanu (TiN). Vzorek 1 (N-36) Vzorek 2 (N-57) Vzorek 3 (N-42) OtahalConsult 62

63 Atlas vměstků Litiny makrovměstky (struskoplynové vady) Vznik makroskopických vměstků v litinách je velmi podrobně popsán v lit. Vady odlitků ze železných a neželezných slitin, kapitola makroskopické vměstky. Vzhledem k tomu, že litiny obsahují oproti ocelím vysoký obsah uhlíku, mohou oxidy oxidická struska, která vnikla do odlitku, nebo vznikla reakcí shora popsanými mechanizmy při odlévání ve formě (lépe makročástice oxidů), reagovat s uhlíkem taveniny podle rovnic: /MeO/ (oxidy) + C (uhlík) {CO} + /Me/ nebo /MeO 2 / + 2C 2{CO} za vzniku oxidu uhelnatého, při čemž je redukován kov. Kde MeO je většinou FeO, (ale může být i MgO, Al 2 O 3, CaO, BaO, MnO) a C je uhlík z taveniny; Me je kov, který přechází do taveniny, nebo se vylučuje ve strusce a spoluvytváří struskové připečeniny. Vzniklý zárodek oxidu uhelnatého se v tavenině rozpíná a vytváří bublinu. Do ni pak mohou difundovat další plyny, především vodík a dusík, za postupné redukce - stravování - oxidické strusky. Rozsah struskoplynových vad je dán především množstvím a druhem reakce schopných částic strusky oxidů vniklých nebo vytvořených v odlitku. Tyto strusky obohaceny sírou sulfidy, které hojně nalézáme v rozpadající se strusce a struskových povlacích přímo ve vadách, nebo v těsném okolí, způsobují pokles jejich tavící teploty, a to podle složení až na cca 1065 až C, což je hluboko pod tavící teplotou litiny. Tyto oblasti strusky jsou po ztuhnutí okolní taveniny ještě tekuté a vznikající plynné produkty nemohou z litiny unikat a jsou rozptýleny v blízkosti strusky, přičemž vznikají typické, strusko-plynové dutiny.-bubliny. Vnější vzhled oxidačních, struskoplynových vad (sekundární struskovitosti) může být proto velmi rozdílný. Tyto vady jsou charakterizovány různě velkými dutinami soustředěnými buď ve shlucích, nebo i ojediněle, v převážné míře což však není podmínkou pod povrchovou kůrou odlitku. Teoreticky by mohla být při úplném průběhu reakce struska kov bublina prázdná. Ve skutečnosti však při ohledání těchto prázdných vad na příklad elektronovým mikroskopem, nebo RTG analýzou, nalézáme vždy na jejich povrchu rozptýleny zbytky oxidů, případně produkty nebo zbytky rozpadu sulfidy, oxisulfidy, karbidy, nitridy a pod. Jestliže bude reakce postupujícím tuhnutím taveniny přerušena, zůstávají makroskopické částice strusky v dutině, případně jejím okolí, a jsou patrny i pouhým okem. To je nejobvyklejší případ. Makroskopické vměstky v litinách jsou tedy často provázeny bublinami a označujeme je proto jako struskoplynové vady. Řada příkladů makroskopických vměstků v litinových odlitcích je uvedena v citované literatuře. OtahalConsult 63

64 Vzorek 1 Vzorek č.1 z odlitku čepu ze šedé litiny (lito na syrovo do bentonitové směsi) Obr.1a odlitek čepu ze šedé litiny s makrovměstky Chemické složení odlitku čepu: %C %Si %Mn %P %S 3,52 2,30 0,59 0,21 0,06 Obr.1b Vyjmutý vzorek pro metalografické ohledání Obr.1c okraj vady - 100x OtahalConsult 64

65 Obr.1d Okraj vady se zbytky vměstků 200x Obr.1e Vměstky formovací směs, písek 200x Obr.1f oxidické vměstky + písek 300x Obr.1f oxidické vměstky 300x Obr.1g povrch dutiny s vměstky 300x Obr.1h povrch dutiny s vměstky 1 000x OtahalConsult 65

66 Kvantitativní plošná Rtg analýza povrchu vady z obr.1h %Al %Si %S %K %Cu %Cr %Mn %Fe 18,98 22,55 1,13 0,74 0,03 0,42 1,66 54,87 Obr.1. J Bodová Rtg analýza z obr. 1h (bílá oblast vpravo dole) Příčina vzniku vady Struskoplynová vada s převážným podílem makrovměstků ze žárovzdorného materiálu formovacích směsí z formy a oxidických vměstků s ostrůvky vyredukovaného kovu. Vada byla způsobena nedostatečným zapěchováním formy v oblasti vtokové soustavy a nedostatečnou licí teplotou litinové taveniny. OtahalConsult 66

67 Vzorek 2 Vzorek č.2 z odlitku příruba ze šedé litiny (lito na syrovo do bentonitové směsi) Obr.2a příruba ze šedé litiny Obr.2b struskoplynové vady v odlitku příruby z obr.2a Chemické složení odlitku příruby C% Si% Ce% Sc Si/C 2 3,82 1,99 4,48 1,07 0,136 OtahalConsult 67

68 Obr.2c Obr.2d Obr.2e Obr.2f Obr.2g OtahalConsult 68

69 Spektrum v místech dle obr.2g C O Si Fe Total Spectrum Spectrum Spectrum /váhová procenta/ Obr.2.h Spektrum v místech dle obr.2h C O Mg Al Si Ca Ti Fe Total Spectrum Spectrum Spectrum Příčina vzniku vady Struskoplynové vady bubliny, s převážným obsahem oxidických vměstků s podílem kupolní strusky. Oxidy s převahou FeO pokrývají prakticky celý povrch vad. Projevují se nadeutektické staženiny. Vada je způsobena nízkou licí teplotou, vysokým obsahem uhlíku v základním materiálu a zvýšenou vlhkostí formovacích směsí. OtahalConsult 69

70 Vzorek 3 Vzorek č.3 z odlitku brzdového bubnu z tvárné litiny (lito na syrovo do bentonitové směsi, sekundárně očkováno) Obr.3a Brzdový buben z tvárné litiny (vady vyznačeny ) Obr. 3b Schéma vady v řezu Obr.3c pohled na vadu z obr.3a Obr.3d Detailní pohled na vadu v řezu OtahalConsult 70

71 V odlitcích se sledované vady objevují buďto jednotlivě, nebo převážně na několika místech odlitku, jako drobné povrchové bubliny ve tvaru kulových, někdy protáhlých vrchlíků o průměru cca 1,5 až několika mm, někdy pronikající i do větší hloubky ve stěně odlitku, jako typická struskoplynová vada. Povrch vad je matný, jemně zvrásněný. Na neotryskaném odlitku po vybalení z formy, především nad vtokovými zářezy, jsou vady někdy provázeny jakousi doprovodnou struskovitou připečeninou makrovměstkem- podobnou vycezenině, pod kterou se po jejím odstranění uvedená vada objeví. Obr.3e Spektrum základního materiálu Obr.3f Spektrum povrchu vady Obr.3g - Řez vadou Obr.3h Povrch vady Obr.3i Povrch vady Obr.3j Povrch vady OtahalConsult 71

72 REM analýza spektra v obr.3f ukazuje, že je povrch bubliny zoxidován. Jedná se o oxidy s převažujícím obsahem Fe a s podíly Si, Mn, Al a Ca. Na povrchu jsou též oblasti se silným nánosem grafitu (obr. 3i a 3j). X3 X4 Obr.3k Rtg analýza oxidů z obr.3l, (X2, X4 << Obr.3l Část připečeniny- makrovměstku z vady X2 X1 Polokvantitativní analýza oxidů (%) v obr.3l Oxyd x1 x2 x3 x4 MgO 2,17 2,87 0,0 1,76 Al2O3 8,69 10,45 0,45 10,68 SiO2 42,71 44,57 96,66 40,23 SO3 0,71 1,35 1,15 0,54 CaO 17,54 14,37 0,76 11,61 BaO 9,0 8,14 0,29 7,84 MnO 11,92 10,04 0,54 9,88 Fe2O3 7,28 8,2 1,18 17,46 Celkem Bentonitové formovací směsi obsahují uhlikaté příměsi značek Carboluxon Z 140, a Simix 6 o následujícím složení: Polokvantitativní analýza (%) Prvek Carboluxon Simix C K 88,05 88,94 O K 7,43 7,25 MgK 0,17 0,12 NaK - 0,11 AlK 1,03 0,57 SiK 1,15 0,62 S K 0,56 0,75 CaK 0,45 0,67 FeK 1,17 0,97 Celk OtahalConsult 72

73 Srovnáme-li spektra (chemické složení) obou přípravků můžeme konstatovat, že se téměř neliší a jsou prakticky shodná. Lze proto předpokládat, že se při svém chemickomechanickém účinku při styku s taveninou budou chovat přibližně stejně. Po primárním očkování hořčíkovou předslitinou se těsně před odléváním odlitků přidává do taveniny grafitizační očkovadlo typ LMC o chemickém složení: Si 64,86 %, Al 0,70 %, Ca 1,44 %, Ba 0,84 % Obr.3m Povrch vzorku očkovadla LMC Na shora uvedeném obr. 3m. je část povrchu zrna očkovadla LMC, na němž byla ze šesti zcela náhodně vybraných míst stanovena polokvantitativní RTG analýza EDAX jednotlivých, zde se vyskytujících oxidů. V následující tabulce. jsou shrnuty výsledky, jak jednotlivých rozborů, tak též jejich průměrné hodnoty očkovadla LMC a srovnány s hodnotami připečeniny makrovměstku - z vady. OtahalConsult 73

74 Vzájemné grafické srovnání průměrných hodnot RTG spektra připečeniny z vady a očkovadla LMC je pak vyneseno v následujícím prostorovém diagramu.. Hodnoty očkovadla LMC představuje první řada prostorového diagramu (modrá), hodnoty připečeniny druhá řada (tmavočervená). Je zcela evidentní, téměř ideální shoda obou spekter. Jedná se o nedokonale rozpuštěné očkovadlo LMC, případně s příměsí z formovacích materiálů. Příčina vzniku vady Z vnějšího vzhledu povrchu vady při mikroskopickém ohledání, mikroanalýz povrchových útvarů, povlaků, odebraného vzorku připečeniny makrovměstků - a uhlíkatých přísad plyne, že se jedná o exogenní struskoplynovou bublinu. Impuls k jejímu vzniku daly makročástice látek, obsahující směs silných oxydantů typu (Al- Ca-Ba-Mn-Si)O ve spojení (reakcí) s uhlíkem z formovací směsi, případně z taveniny. Jedná se o grafitizační očkovadlo používané k úpravě tekuté litiny před odléváním brzdových bubnů. Hlavním znakem je obsah Ba, které obsahují například očkovadla typu Foundrysil a Inoculoy firem ELKEM a SKW. Vzniklé molekuly oxidu uhelnatého - CO - vytváří bublinu, do které vnikají okamžitě plyny z okolí (formy). OtahalConsult 74

75 Vzorek 4 Vzorek č.4 z odlitku skříně z tvárné litiny (lito do formy z furanové směsi Obr.4a Odlitek skříně z tvárné litiny /MECAS ESI/ Obr.4b teplotní formy po 12,6 sec (vady šipky) Obrázky 4a až 4d představují schematický pohled na odlitek skříně pro elektrolokomotivu, teplotní pole formy v období 12,6 sec. po odlití včetně vtokové a nálitkové soustavy a rozložení vad v odlitku. Obr.4c Bokorys skříně (vady ve směru šipek) Obr.4d Čelní pohled (vady ve směru šipek) Sledované vady se objevují po otryskání odlitku skříně ( obr.4b - 4d.) buďto jednotlivě, nebo převážně na několika místech odlitků, jako rozsev drobných, povrchových bublin ve tvaru kulových, někdy protáhlých, někdy zcela nepravidelných vrchlíků, místně připomínající i bodliny, až do max. rozměru několika (2 až 8) mm, někdy pronikající i do větší hloubky ve stěně odlitku. Některé bubliny jsou zcela, neb částečně zaplněny připečenou struskou makrovměstky-, jako typická oxidická, struskoplynová vada. Vzhledem k tomu, že se vady identifikují až po otryskání odlitku je pravděpodobné, že je primárně výskyt struskových OtahalConsult 75

76 připečenin v bublinách před touto operací mnohem hojnější, než-li se jeví po otryskání odlitku. Povrch vad je silně narušen dynamickou sílou tryskajících broků a hlavně pak částice křemičitých zrn a i jiné případné nečistoty mohou být do vady dodatečně zatemovány a nemusí být částicemi vnesenými do vad z dutiny formy! Obr.4e Pohled na struskoplynové vady Obr.4f vada v kolmém řezu V obr.4g je pohled na vady světelným mikroskopem při šikmém osvětlení a obr.4h je pohled v kolmém řezu procházející vadami. Z obr,4f a 4h je patrný obsah strusky makrovměstkůve vadách. Obr.4g Pohled na vady (opticky - šikmé světlo) Obr.4h Kolmý řez vadami Ohledání vad z přímého pohledu rastrovacím elektronovým mikroskopem s energiově dispersním analyzátorem EDAX a vlnově dispersním analyzátorem INCA Oxford Instrument představuje série následujících snímků v obr.4i až 4 m. OtahalConsult 76

77 Vměstky v odlitcích ze slitin železa Obr.4 i Makrovměstky ve vadě 4e 10x Obr.4k - Makrovměstky ve vadě 4 e ( horní část) Obr.4 j Makrovměstky ve vadě 4e (spodní část) 30x Obr.4 l Detail makrovměstku 30x 70x Obr. 4 m. identifikace analyzovaných míst spektrum 1až 4, 1 vada typu bodliny, 2 oblast struskové připečeniny, 3 hluboká prohlubeň kráter! 4 dutina se struskou typu bodliny OtahalConsult 77

78 Tab IV a. EDS analýza INCA v označených místech dle obr. 4 m. Processing option : All elements analysed (Normalised) Spectrum C O Mg Al Si S Mn Fe Total Spectrum Spectrum Spectrum 3 No pulses Spectrum Max Min Váhová % Orientační složení v oblasti vad a struskových částic udává obr. 4 m a Tab.IV. Ohledání vady v kolmém směru kolmo na řez-(boční pohled): Vada v kolmém směru je na obr. 4 f. Obr.4 n- struskoplynová dutina v řezu 20x Obr.4 o - dtto - střední část (makrovměstku) 120x Obr.4 p - dtto - horní část vady 100x Obr.4 q - dtto makroskopické vměstky, 200x OtahalConsult 78

79 Obr. 4 r. identifikace analyzovaných míst spektrum 1až 6 Tab. IV b. EDS analýza v označených místech dle obr. 4 r. Spectrum MgO Al 2O 3 SiO 2 S MnO FeO Místo ve vadě Spectrum 1 15,5 26,3 39,73 1, ,65 okraj Spectrum 2 31,7 14,36 44,43 2,10 5,1 1,59 okraj Spectrum 3 10,3 14,20 48,7 1,91 7,8 17,09 okraj Vzdálenost od okraje Spectrum 4 3,04 0 8,11 0,36 0,76 87,73 cca 1/6 Spectrum 5 1,01 0,5 7,03 0,28 1,0 90,18 cca2/5 Spektrum 6 0,9 0,22 10,49 0,31 0,65 87,43 cca střed Rozložení oxidů ve strusce, v jednotlivých místech 1 až 6 v průřezu připečeniny udává obr. 4 r a Tab.IV b. Litina pro výrobu tvárné litiny se taví v el. indukční peci. Tvárná litina se vyrábí polévacím způsobem na modifikátor obchodní značky (B) uložený na dně normální hrncové pánve. Grafitizační očkování obchodním přípravkem (F) posypem do proudu taveniny při jejím přelévání do licí pánve. OtahalConsult 79

80 Obr. 4 r. Struktura modifikátoru ( B); Tab. IV c. EDS analýza INCA v označených místech dle obr. 4 r. Spectrum O Mg Al Si Ca Fe Ce Total Spectrum Spectrum Spectrum Spectrum Max Min Váhová % OtahalConsult 80

81 Obr. 4 s. Struktura grafitizačního očkovadla ( F) Tab. IV d. EDS analýza INCA v označených místech dle obr. 4 s. Spectrum O Si Ca Fe Total Spectrum Spectrum Spectrum Spectrum Max Min Váhová % Složení struskových připečenin (makrovměstků) Struskové připečeny jsou konglomerátem oxidů typu (Fe, Si, Al, Mn, Mg, S)O a jednotlivých roztroušených částic Si (pískových zrn). Přiléhavý je anglický název dross, což by odpovídalo českému smetí-pěna-kal-odkal. Jedná se beze sporu o produkt sekundární a terciální oxidace reoxidace, při chladnutí roztavené litiny až do okamžiku jejího ztuhnutí ve formě. Jejími hlavními složkami jsou FeO, a SiO 2. dále pak Al 2 O 3, MgO a MnO. Reoxidační struska se začíná tvořit kolem teploty 1 400C, což závisí na obsahu C% a Si%. Jak známo, že se stoupajícím obsahem Si a klesajícím obsahem C, vzrůstá reoxidační OtahalConsult 81

82 teplota tvorby oxidů. Na příklad při obsahu C= 3,2% a tomtéž obsahu Si, činí reoxidační teplota již 1450C. Naproti tomu při obsahu C=3,8% a obsahu Si=1,5%, činí reoxidační teplota cca 1400C. Přítomnost Mg zvyšuje reoxidační teplotu a rozšiřuje oblast tvorby oxidů. Porovnáme-li obsahy jednotlivých oxidů odebraných v různých místech připečeniny ve vadě, pak zjišťujeme především zásadní rozdíly v obsahu FeO a SiO 2 a dále pak MgO a Al 2 O 3. Tab. IVe. Rozsah a průměrné hodnoty obsahu oxidů v připečenině vzorku z obr. 4r. Spektrum MgO Al 2O 3 SiO 2 S MnO FeO Spektrum ,3-31,7 14,2-26,3 39,73-48,7 1,81-2,0 0-7,8 1,59-17,09 Průměr 21,0 20,25 44,21 1,9 3,9 9,34 Spektrum 4-6 0,9-3,04 0-0,22 7,03-10,49 0,28-0,36 0,65-1,0 87,43-90,18 Průměr 1,97 0,11 8,76 0,32 0,83 88,80 Na snímcích jsou oblasti s vyšším obsahem SiO 2 světlé, až bílé, oblasti s vyšším obsahem FeO jsou tmavé. Složení oxidační strusky ukazuje, že se na jejím vzniku podílí i prvky obsažené v očkovadlech (v modifikátoru a sekundárním očkovadle). Mechanizmus vzniku struskoplynových, oxidačních vad Mechanizmus vzniku struskoplynových vad u odlitků z tvárné litiny je obdobný, jako u šedé litiny. Přítomnost Mg a dalších desoxidantů v tvárné litině pak zvyšují její citlivost k tvorbě oxidačních, struskoplynových vad. (viz makroskopické vměstky a struskoplynové vady v lit. Vady odlitků ) Obsah FeO v makrovměstcích se pohybuje v rozmezí cca 9 až 90% a obsah SiO2 v rozmezí 8 až 48%. Je tudíž nasnadě, že poměrně ve velkém intervalu mohou vznikat slitiny typu Fe2SiO4 (Fayalit-Wustit), s velmi nízkými tavícími teplotami, kolem 1 200C a níže, tedy vysoce tekuté reaktivní strusky. Současně při zpracování hořčíkem probíhají v litině reakce produkující MgO, případně 2MgOSiO2. Produkty těchto reakcí vytváří tekutou, lepivou a agresivní oxidickou strusku, která vytváří na povrchu taveniny zrcadlící struskové povlaky a která se při přelévání a odlévání kovu lehce mísí s taveninou a může v odlitku vytvářet oxidické pleny. (mimo jiné tyto strusky napadají křemičité vyzdívky pecí a pánví, stěny křemičitých forem a jsou zdrojem řady vad.) Je proto třeba před zpracováním hořčíkem udržovat v tavenině co nejnižší obsah kyslíku. V prostředí formy pak makročástice oxidů mohou reagovat podle rovnice: /MeO/ (oxidy) + C (uhlík) {CO} + /Me/, nebo /MeO2/ + 2C 2{CO} za vzniku oxidu uhelnatého, při čemž je redukován kov. Kde MeO je většinou FeO, (ale může být i MgO, Al2O3, CaO, BaO, MnO) a C je uhlík z taveniny; Me je kov, který přechází do taveniny, nebo se vylučuje ve strusce a spoluvytváří připečeniny. Vzniklý zárodek oxidu uhelnatého se v tavenině rozpíná a vytváří bublinu. Do ni pak mohou difundovat další plyny, především vodík a dusík, za postupné redukce - stravování - oxidické strusky. Podle velikosti oxidických částic a stupni proběhlé redukce nacházíme na povrchu stěny odlitku připečeniny (makrovměstky), které mohou detektovat bublinu v odlitku.. Vznik bublin v odlitku pak závisí především na dynamice vývinu plynů, viskozitě taveniny, prodyšnosti formy, metalostatickému tlaku ve formě, a celkovém přetlaku plynů ve formě. OtahalConsult 82

83 Vzorek 5 Vzorek č. 5 z odlitku otočného víka ze šedé litiny (lito do furanové směsi, ) Obr.5a Otočné víko ze šedé litiny Obr.5b Struskoplynové vady na obrobené spodní ploše víka OtahalConsult 83

84 Obr.5c,d,e Povrch vady (bubliny) s makrovměstky (zvětšení 25x, 100x a 500x) Plošná RTG analýza povrchu vady z obr.5d (%) Al K Si K S K Ti K Mn K Fe K 1,24 7,79 10,83 0,93 19,85 28,35 Obr.5f RTG analýza označených míst Obr.5g RTG analýza vybrané plochy OtahalConsult 84

85 Obr.5h,i,j,k,l,m - Povrch vady (bubliny) s makrovměstky- jiná místa (zvětšení 100x, 500x, 1000x, a 500x, 1000x, 2000x) Obr.5n RTG analýza označených míst Obr.5o RTG analýza vybrané plochy OtahalConsult 85

86 Plošná RTG analýza povrchu vady z obr.5h (%) Al K Si K S K Ti K Mn K Fe K 2,19 13,18 16,05 0,92 17,17 50,49 Příčina vzniku vad Struskoplynové vady s převážným podílem reoxidačních makrovměstků s vysokým obsahem hlinitanů, oxidů, nitridů a karbidů titanu, sulfidů a oxisulfidů typů MnS. Vada byla způsobena nedostatečnou licí teplotou litinové taveniny a dlouhou licí dobou Vzorek 6 Vzorek č.6 z odlitku podstavy ze šedé litiny (lito do přisušené formu s bezvodým, grafitovým nátěrem, ) Obr.6 a Podstava ze šedé litiny s vadami na opracovaném povrchu OtahalConsult 86

87 Obr.6 b Detail vad na spodní části podstavy z obr.6a Chemické složení odlitku podstavy C% Si% Mn% S% P% 3,2 1,59 0,75 0,06 0,18 Obr.6 c,d,e,f, g,h Povrch vady (bubliny) s makrovměstky (zvětšení 8x, 50x a 250x, 1000x, 1050x, 1550x) OtahalConsult 87

88 Plošná RTG analýza povrchu vady z obr.6 c (%) Al K Si K S K Ti K Mn K Fe K 2,24 6,79 12,83 0,93 19,85 26,35 Obr.6 i RTG spektrum povrchu vady z obr.6 g; Obr.6 j RTG spektrum povrchu z obr.6 h; Obr.6 k Makrovměstek (1 550x) a jeho RTG analýza v obr.6 l; Kvantitativní analýza makrovměstku v obr.6 k Prvek Al K Si K S K K K Ca K Ti K Mn K Fe K Koncentrace váhová % 5,63 13,9 1,58 0,69 0,98 0,58 2,71 38,10 Oxidy 10,64 29,74 3,93 0,83 1,37 0,97 3,50 49,01 OtahalConsult 88

89 Obr.6 m, n, o, p, q, r Povrch vady - bubliny s makrovměstky a výpotkem (zvětšení 8x, 25x, 50x, 500x, 750x, 750x); Obr.6 s, t Rtg analýza makrovměstků z obr. 6 p, q OtahalConsult 89

90 Kvantitativní analýza makrovměstku v obr. 6 q Prvek Al K Si K S K K K Ca K Ti K Mn K Fe K Koncentrace váhová % 0,12 5,74 11,32 0,00 0,00 1,92 33,21 10,23 Oxidy 0,22 12,27 28,26 0,00 0,00 3,20 42,89 13,15 Obr. 6 u, v, x - Povrch vady - bubliny s makrovměstky (zvětšení 100x, 500x, 1000x); Obr.6 y Rtg analýza makrovměstků z obr. 6 v, x; Příčina vzniku vad Struskoplynové vady s převážným podílem reoxidačních makrovměstků místně s vysokým obsahem hlinitanů, oxidů, nitridů a karbidů titanu, sulfidů a oxisulfidů typů MnS. Vada byla způsobena nedostatečnou licí teplotou litinové taveniny a dlouhou licí dobou jako v předcházejícím případě. OtahalConsult 90

91 Vzorek 7 Vzorek č. 7 z odlitku podélného stolu frézy ze šedé litiny (lito do ST směsí s vodním sklem - bezvodý, grafitový nátěr ) Obr.7 a Podélné stoly rovinné frézy ze šedé litiny Obr.7 b - Makrovměstky-spruskoplynové vady na ohrubovaných vodících plochách stolů Chemické složení odlitku podélného stolu frézy C% Si% Mn% S% P% 3,15 1,35 0,70 0,07 0,18 OtahalConsult 91

92 Obr.7 c, d Povrch vady s mikrovměstky Obr. 7 Plošná RTG analýza-(nahoře e, f, g :- Mn K, S K, Ti K, dole h, i, j :- Al K, O K, C K); Kvantitativní analýza vměstku v obr.7 c, d Prvek Al K Si K S K K K Ca K Ti K Mn K Fe K Koncentrace váhová % 0,07 4,36 13,38 0,00 0,00 1,02 39,95 2,99 Oxidy 0,13 9,33 33,40 0,00 0,00 1,70 51,58 3,85 Typické, oxidické struskoplynové vady jejichž vznik, ale i eliminace je podrobně popsána v lit. /5/ a v úvodu k této kapitole - Litiny. V reprodukovaných vadách v obr.7 b až j prakticky zcela proběhla reakce struska (makrovměstek) kov a vznikly bubliny, na jejichž povrchu jsou především kulové sulfidy a oxisulfidy, karbidy a nitridy. Jejich složení je v tabulce. Povrch bubliny je poprášen jemným grafitovým povlakem, což taktéž dokladuje původ vady. OtahalConsult 92

93 Vzorek 8 Vzorek č. 8 z odlitku vřeteníku ze šedé litiny (lito do ST směsí s vodním sklem a esterolem - bezvodý, grafitový nátěr ) Obr.8 a, - Odlitek vřeteníku ze šedé litiny Obr.8 b - Makrovměstky-spruskoplynové vady na ohrubovaném vřeteníku Chemické složení odlitku C% Si% Mn% S% P% 3,35 1,55 0,45 0,08 0,015 OtahalConsult 93

94 Obr. 8 Povrch vady v místě c a v místě jiné vady d Obr.8d -Plošná RTG analýza- :- O K, Mn K, Si K, S k, Ti K, Al K, C K); OtahalConsult 94

95 Obr. 8 e Plošná RTG analýza v místě 8 d (Mn, S, Al, Ti)K Kvantitativní analýza makrovměstku z obr. 8 c. Prvek Al K Si K S K K K Ca K Ti K Mn K Fe K Koncentrace váhová % 3,06 8,69 5,56 0,28 1,21 0,38 4,04 29,75 Oxidy 5,79 18,58 5,56 0,33 1,69 0,63 5,22 38,27 Typické, oxidické struskoplynové vady jejichž vznik, ale i eliminace je podrobně popsána v lit. /5/ a v úvodu k této kapitole - Litiny. Povrch řady vad je pokryt rozsáhlými oblastmi rozpadajících se makrovměstků o průměrném složení dle tabulky. OtahalConsult 95

96 Vzorek 9 Vzorek č.9 z odlitku skříně ze šedé litiny (lito do povrchově sušené formy - bezvodý, grafitový nátěr ) Obr. 9 a odlitek skříně ze šedé litiny Obr. 9 b Vady na ohrubovaném odlitku skříně Chemické složení odlitku skříně C% Si% Mn% S% P% 3,45 1,85 0,50 0,09 0,25 OtahalConsult 96

97 Obr. 9 c, d, - povrch vady z obr. 9 b Obr. 9 e, f, g, - různá místa na povrchu vad skříně Kvantitativní analýza makrovměstku z obr. 9 g. Prvek Al K Si K S K K K Ca K Ti K Mn K Fe K Koncentrace váhová % 5,63 13,9 1,58 0,69 0,98 0,58 2,71 38,10 Oxidy 10,64 29,74 3,93 0,83 1,37 0,97 3,50 49,01 OtahalConsult 97

98 Obr.9d -Plošná RTG analýza- :- Mn K, S K, Si K, O K, Ti K, C K; Hodnocení: viz předcházející příklady. OtahalConsult 98