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CORRELAZIONE TRA L’IMPIEGO DELLE MANICHE ESOTERMICHE E LA DIFETTOSITA’ NEI GETTI Congresso ASSOFOND Ottobre 2012 Vicenza Relatore: Diego Gastaldi ASK Italia Ringraziamenti: Fulvio Franca, Jaime Prat ELEMENTI PRESENTI NELLE MANICHE CHE CONCORRONO ALLA DIFETTOSITA’ NEI GETTI: -FLUORO (occhio di pesce, tacconi, degenerazione grafitica) -ALLUMINIO (microporosità) -FIBRE (inclusioni, deformazioni) DIFETTI TIPICI NELLA PRATICA DI FONDERIA 1- Occhio di Pesce (contaminazione della sabbia da Fluoro) 2- Taccone (bassa resistenza a strato umido della sabbia) 3- Degenerazione Grafitica 4- Microporosità da gas (contaminazione da Fluoro) (eccessiva presenza di Alluminio) 5- Inclusioni e Deformazioni (fibre) DIFETTI TIPICI NELLA PRATICA DI FONDERIA 1- Occhio di Pesce (contaminazione della sabbia da Fluoro) 2- Taccone (bassa resistenza a strato umido della sabbia) 3- Degenerazione Grafitica 4- Microporosità da gas (contaminazione da Fluoro) (eccessiva presenza di Alluminio) 5- Inclusioni e Deformazioni (fibre) 1-DIFETTO “OCCHI DI PESCE” CAUSA: FLUORO Nelle fonderie di ghisa sferoidale un largo impiego di maniche tradizionali contenenti FLUORO possono dare origine al difetto conosciuto come: “OCCHIO DI PESCE” (Fish Eye Defect) La comparsa del difetto coincide con l’uso intensivo di maniche ed è relativo all’ammontare di FLUORO accumulato nella sabbia a verde. 1-DIFETTO “OCCHI DI PESCE” CAUSA: FLUORO 1-DIFETTO “OCCHI DI PESCE” CAUSA: FLUORO Sezione del difetto ingrandita 100x Grafite degenerata nella superficie del getto 1-DIFETTO “OCCHI DI PESCE” CAUSA: FLUORO Fonderia Sperimentale Moulds Pouring Shake-Out Casting + Riser 1-DIFETTO “OCCHI DI PESCE” CAUSA: FLUORO Creazione in fonderia del difetto “OCCHIO DI PESCE” Importanti quantità di residui di minimanica sono stati mescolati alla sabbia per creare l’ambiente adatto alla formazione del difetto. 1-DIFETTO “OCCHI DI PESCE” CAUSA: FLUORO ESITO DELLA PROVA 1-DIFETTO “OCCHI DI PESCE” CAUSA: FLUORO Eliminazione del difetto Occhio di Pesce 1-Il più efficace metodo per eliminare il difetto “Occhio di Pesce” è eliminare il Fluoro dalla sabbia, usare maniche senza Fluoro come azione correttiva permanente Necessario 1-Ricondizionamento della sabbia inquinata 2-Costante controllo della sabbia 3-Contenere il valore di Fluoro sotto 0,01% DIFETTI TIPICI NELLA PRATICA DI FONDERIA 1- Occhio di Pesce (contaminazione della sabbia da Fluoro) 2- Taccone (bassa resistenza a strato umido della sabbia) 3- Degenerazione Grafitica 4- Microporosità da gas (contaminazione da Fluoro) (eccessiva presenza di Alluminio) 5- Inclusioni e Deformazioni (fibre) 2-TACCONI CAUSA: FLUORO La bassa resistenza allo strato umido è causa dei Tacconi, il problema compare quando il Fluoro presente nella sabbia a verde disattiva la Bentonite. Il valore di accettabilità sulla sabbia di Fluoro è di 0,01%. Il Fluoro presente nelle maniche diventa agente accrescitore di quello già contenuto nella sabbia e derivante da altri elementi come Bentonite, Grafite, Ricarburanti, Coke, Scorie. 2-TACCONI CAUSA: FLUORO Il difetto “Taccone” si presenta come croste superficiali come viene evidenziato nella foto 2-TACCONI CAUSA:FLUORO CONTROLLO DELLA SABBIA (test Resistenza dello Strato Umido) Il test misura la capacità della bentonite di assorbire l’umidità rilasciata quando la superfice della sabbia viene riscaldata. L’umidità migra nelle parti interne e si condensa quando trova la sabbia fredda. Una sabbia con una bentonite in buone condizioni può tollerare un alto livello di umidità. Una bentonite che è stata inquinata dal Fluoro è debole e può dare molti problemi e difetti. Step 2 Trazione Step 1 Riscaldamento Area di saturazione dell’acqua Campione del test della sabbia Area di debolezza 2-TACCONI CAUSA: FLUORO Macchina per il controllo della resistenza dello Strato Umido Piastra riscaldata a 300ºC Strumento di trazione Manometro 2-TACCONI CAUSA: FLUORO Condizione della Bentonite e “Resistenza dello Strato Umido” Per una sabbia in buone condizioni il livello tipico del Fluoro è: <0,01% A livello 0,04% di Fluoro la “Resistenza dello Strato Umido” è molto bassa, e il difetto “TACCONE” e “OCCHIO DI PESCE” si possono presentare nei getti di ghisa sferoidale “Resistenza dello Strato Umido” >30 N/mm2 indica buone condizioni della sabbia, “Resistenza dello Strato Umido” <24 N/mm2 indica cattive condizioni della sabbia “Resistenza dello Strato Umido” <20 N/mm2 indica pessime condizioni della sabbia “Resistenza dello Strato Umido” e quantità di Fluoro non sono monitorate in modo continuativo in molte fonderie di ghisa sferoidale. Sono necessarie addizioni di Bentonite e di Sabbia nuova per abbattere il livello di Fluoro 1-DIFETTO “OCCHI DI PESCE” CAUSA: FLUORO FONTI DI CONTAMINAZIONE DA FLUORO SABBIA ANIME MANICHE CON FLUORO METALLO/FORNO Contenuto Si Sabbia Nuova RIcarburantI %F Grafite %F H2O Coke dI Petrolio %F Coagulante delle scorie %F Inoculante In-mold – 2ª qualità Carbone Bent. Sardegna Fluoro: 1000/1500 ppm S: 0,0% Bent. Greca Fluoro: 800/1000 ppm S: 0,4% LINEA VERDE Fluoro max.: 0,01% DIFETTI TIPICI NELLA PRATICA DI FONDERIA 1- Occhio di Pesce (contaminazione della sabbia da Fluoro) 2- Taccone (bassa resistenza a strato umido della sabbia) 3- Degenerazione Grafitica 4- Microporosità da gas (contaminazione da Fluoro) (eccessiva presenza di Alluminio) 5- Inclusioni e Deformazioni (fibre) 3- DEGENERAZIONE GRAFITICA CAUSA: FLUORO Il FLUORO necessario per l’innesco dell’Alluminio, viene in parte assorbito dal metallo della materozza e questo provoca la degenerazione del nodulo di grafite all’interno della manica. Il metallo degradato affluisce attraverso l’attacco (collo) e si posiziona nella parte sottostante adiacente all’attacco. La lavorazione meccanica effettuata nella zona dell’attacco della materozza, evidenzia una differenziazione di luminosità (alone) che testimonia il cambiamento della struttura della ghisa. 3- DEGENERAZIONE GRAFITICA CAUSA: FLUORO La foto evidenzia bene la zona di degenerazione della grafite nella zona di attacco della manica 3- DEGENERAZIONE GRAFITICA CAUSA: FLUORO PUNTI VERIFICA MICROGRAFICA collo superficie centro 3- DEGENERAZIONE GRAFITICA CAUSA: FLUORO superficie Minimaniche senza Fluoro KMV EXF Minimanche con Fluoro KMV EX3 NO Degenerazione 2,5 mm di Grafite vermiculare Area analizzata: SUPERFICIE Minimanche Standard con Fluoro 5 mm di Garfite vermiculare 3- DEGENERAZIONNE GRAFITICA CAUSA: FLUORO CENTRO Minimanica senza Fluoro KMV EXF 90% Minimanica con Fluoro KMV EX3 85% (5% Vermiculare) Area Analizzata: CENTRO Minimanche Standard con Fluoro 80-85% (5-10% Vermiculare) 3- DEGENERAZIONE GRAFITICA CAUSA: FLUORO COLLO 90% Minimanica senza Fluoro KMV EXF Area Analizzata: COLLO 85% (5% Vermiculare) Minimanica con Fluoro EX3 80-85% (5-10% Vermiculare) Minimanica standard con Fluoro NOTE: CAUSA: FLUORO AMBIENTE E SICUREZZA Il Fluoro è un elemento indesiderabile anche per l’ambiente. Anche se si presenta a basse concentrazioni, mette la fonderia in difficoltà per lo smaltimento della sabbia perchè considerata rifiuto pericoloso. Lo Stesso Smaltimento può Essere molto Costoso. DIFETTI TIPICI NELLA PRATICA DI FONDERIA 1- Occhio di Pesce (contaminazione della sabbia da Fluoro) 2- Taccone (bassa resistenza a strato umido della sabbia) 3- Degenerazione Grafitica 4- Microporosità da gas (contaminazione da Fluoro) (eccessiva presenza di Alluminio) 5- Inclusioni e Deformazioni (fibre) 4- MICROPOROSITA’ DA GAS CAUSA: ALLUMINIO MICROPOROSITA’ (Pinholes) Il difetto è causato dalla presenza di Alluminio nel metallo liquido che reagisce con l’Idrogeno scisso dall’acqua e con altri elementi creando GAS che migra in fase di raffreddamento nella zona sottopelle nella parte superiore del getto. L’accumulo dell’Alluminio oltre che da materiali di carica, inoculanti e nodularizzanti; proviene dai ritorni, come le materozze che si sono arricchite di Alluminio presente nelle Maniche Esotermiche. 4- MICROPOROSITA’ DA GAS CAUSA: ALLUMINIO Micrografie della Microporosità, (Pinholes) 4- MICROPOROSITA’ DA GAS CAUSA: ALLUMINIO Ipotizzando che l’Alluminio presente nelle maniche esotermiche possa contaminare Il metallo della materozza abbiamo eseguito un’analisi metallografica della stessa: C Si Mg Al 3.48 2.40 0.03 0.30 Zona Centrale 3.50 2.12 0.045 0.047 Attacco Getto 2.14 0.05 <0.01 Parte Alta 3.56 Esempio di analisi di una Materozza derivante da Manica Esotermica 4- MICROPOROSITA’ DA GAS CAUSA: ALLUMINIO Analisi della Materozza Provenienza dell’Alluminio Al Cumulo di ritorni in GS 0.016 Al 0.30 0.010 0.047 <0.01 <0.01 Maniche esotermiche EXACTCAST® Maniche Esotermiche Classiche Il contenuto di Alluminio nella manica EXACTCAST® è molto inferiore di una manica esotermica 4- MICROPOROSITA’ DA GAS CAUSA: ALLUMINIO 1000 - Tensione superficiale (d/cm) 900 - Tensione superficiale normalizzata a 2.550ºF 800 - No gas (pinholes) 700 600 500 400 - Pinholes No Pinholes 300 200 - Gas (Pinholes) 100 0- 0% 0,1% 0,2% % di ALLUMINIO 0,3% 0,4% 4- MICROPOROSITA’ DA GAS CAUSA: ALLUMINIO Fonti di contaminazioni da GAS (Azoto-Idrogeno) Cold Box Sistem Part I/Part II =55/45 75% Isocianato ANIME METALLO/FORNO N2<100 ppm FORMATURA A VERDE N2 max. per la Ghisa 0.1% N2 max. per l’Acciaio 0.01% Ricarburanti Grafite 0.1% N2 Coke 1-1.2% N2 Carica del forno, % Acciaio Carica di rottami e ritorni Inoculanti, % Titanio Tenore di Alluminio <0.01% >0.2% Nero minerale - <1.5 N2 Controllare il contenuto di Al del FeSiMg Limitare la quantità di materozze di ritorno arricchite di Alluminio o ridurre l’arricchimento RIEPILOGO: FLUORO-ALLUMINIO Le Fonderie di Ghisa Sferoidale che usano Maniche Esotermiche che contengono Fluoro ed un elevato contenuto di Alluminio possono andare incontro ai seguenti problemi: – Difetti di Occhio di Pesce – Degenerazione Grafitica nella struttura adiacente all’attacco della manica – Scarse prestazioni della Bentonite (Low Wet Tensile Strength) – Tacconi – Costi elevati di smaltimento della sabbia L’apparire di queste anomalie spesso coincide con un elevato uso di Maniche ed è correlato con: – La quantità di Fluoro immesso nel sistema della Sabbia Verde – L’ Incremento della quantità di Alluminio nel metallo. DIFETTI TIPICI NELLA PRATICA DI FONDERIA 1- Occhio di Pesce (contaminazione della sabbia da Fluoro) 2- Taccone (bassa resistenza a strato umido della sabbia) 3- Degenerazione Grafitica 4- Microporosità da gas (contaminazione da Fluoro) (eccessiva presenza di Alluminio) 5- Inclusioni e Deformazioni (fibre) 5- INCLUSIONI E DEFORMAZIONI CAUSA: FIBRE Un difetto ricorrente nella fonderia di acciaio, di difficile determinazione. 5- INCLUSIONI E DEFORMAZIONI CAUSA: FIBRE L’analisi micrografica del particolare ha permesso di individuare il tipo di elemento causa del difetto : Presenza di FIBRE non fuse Micrografia del difetto Micrografia delle maniche 5- INCLUSIONI E DEFORMAZIONI CAUSA: FIBRE Analisi micrografica è stata fatta sulle maniche esotermiche tradizionali per verificarne la composizione. La ricerca ha evidenziato la presenza di FIBRE, le stesse riscontrate sul difetto nel getto Sabbia FIBRE Guscio di Riso 5- INCLUSIONI E DEFORMAZIONI CAUSA: FIBRE Analisi di una Manica al microscopio elettronico NOTE: CAUSA: FIBRE Aggiornamento dell’Agenzia ECHA sulle nuove 15 Sostanze Altamente Pericolose NOTE: CAUSA: FIBRE Le Fibre di Silicato di Alluminio nella lista delle Sostanze Altamente Pericolose * 5- INCLUSIONI E DEFORMAZIONI CAUSA: FIBRE A seguito della classificazione come prodotto cancerogeno la Fibra di Silicato di Alluminio impiegata nelle maniche è stata sostituita tutta o in parte, da FIBRA BIOSOLUBILE, che presenta una bassa resistenza alla temperatura, le foto evidenziano il tipo di difetto che puo’ causare. 5- INCLUSIONI E DEFORMAZIONI CAUSA: FIBRE La deformazione delle maniche crea problemi di: smaterozzatura o taglio della materozza, una inefficiente alimentazione, effetti di trascinamento IL MATERIALE DI EROSIONE DELLE MANICHE MIGRA NEGLI ATTACCHI DI COLATA E CREA DIFETTO DI INCLUSIONI NELLA VICINANZA DELL’ATTACCO TECNOLOGIA EXACTCAST® TECNOLOGIA EXACTCAST® ASK Chemicals ha brevettato un nuovo materiale EXACTHERM® che permette la produzione di Maniche esotermiche in assoluta assenza di FIBRE. Vengono impiegate Microsfere Cave di Ossido di Alluminio Da questa Tecnologia è nata la linea di Maniche : EXACTCAST® TECNOLOGIA EXACTCAST® La Tecnologia EXACTCAST® mette a disposizione una diversificata gamma di maniche SENZA FLUORO e con BASSO CONTENUTO DI FLUORO MICROSFERE Silicato di Aluminio a bassa densità Al + Ossidante + Mg + Maniche Esotermiche Senza Fluoro Es. EXACTCAST® EXF + Al + Ossidante + Criolite F6Al4K2 Maniche esotermiche A basso livello di Fluoro Es. EXACTCAST® EX2 & EX3 TECNOLOGIA EXACTCAST® TECNOLOGIA EXACTCAST® Serie: Minimaniche KMV, QT, QM, KL/CC KMV QM New: KMV Optima KL/CC KMV QT KMV TECNOLOGIA EXACTCAST® New: KMV Optima KL/CC La minimanica KMV Optima KL/CC presenta grandi vantaggi rispetto alle KMV Q-M. Il bicchierino mobile non crea attrito con la manica in fase di pressata, per cui non crea erosioni e/o micro particelle di minimanica che possono creare problemi sulla sanità dei getti. Il tappo in plastica, come sulle KMV Q-T in fase di pressata si apre con facilità e la minimanica KMV resta intatta si evitano che particelle cadano sul getto TECNOLOGIA EXACTCAST® KMV Optima KL/CC MATERIALE ESOTERMICO NON CADE NELLA FORMA NO ABRASIONE NEL MOVIMENTO DELLA PARTE METALLICA TECNOLOGIA EXACTCAST® Serie: Insertabili KI, KIM KI New: KIM TECNOLOGIA EXACTCAST® New: KIM La fonderia che non ha accesso alla placca modello in formatura è stata penalizzata nell’impiego delle minimaniche, le maniche “Insert” hanno permesso una notevole riduzione del materozzaggio. Ora con le maniche KIM possiamo ancora migliorare le rese placca. La loro conformazione interna corrisponde alle minimaniche KMV e l’esterno viene mantenuto nella geometria classica delle “Insert”, questo garantisce un perfetto inserimento nella forma a verde come fosse una anima con la resa di alimentazione equivalente a quella di una minimanica. TECNOLOGIA EXACTCAST® Caso n.1 Diminuzione di Volume tra KIM e Insertabile Tradizionale a Pari Modulo KIM 6/9 INSERTABILE 6/12 - 40% Volume M = 1,8 cm V = 150 cm3 M = 1,8 cm V = 250 cm3 Tecnologia EXACTCAST® Caso n.2 Riduzione di Volume tra KIM e Insertabile tradizionale a Pari Modulo KIM 4/7 INSERTABILE 4/7 - 29% Volume M = 1,3 cm V = 50 cm3 M = 1.25 cm V = 70 cm3 CONCLUSIONE La Tecnologia EXACTCAST® è relativa a un nuovo concetto di alimentazione con maniche in grado di soddisfare le esigenze tecniche, ovviando alle difettosità nei getti causate dai componenti delle maniche. La Tecnologia EXACTCAST® in confronto con le Maniche tradizionali equivale a: - Zero contenuto in Fluoro o 50% in meno - Meno 50% di contenuto in Alluminio - No Fibre - 50% di peso in meno in confronto con le maniche tradizionali - Facilità di applicazione ed ergonomicità - Facilità di smaterozzatura - Ampia scelta di moduli e di forme - Applicazioni speciali APPLICAZIONI APPLICAZIONI Applicazioni speciali in Automotive Tecnologia Excatcast® per una manica/anima Manica Anima in sabbia Manica isolante Nuova tecnologia manica/anima Nuovo DISEGNO Senza Difetti APPLICAZIONI Applicazioni in Automotive Applicazione di KMV 100 Q 20M, ottima rottura alla smaterozzatura APPLICAZIONI Applicazione in Automotion EXACTCAST EXF KMV 100Q 20M Area di contatto nella forma con minimanica con inserto metallico APPLICAZIONI EXACTCAST KMV 159 EXACTCAST Fluorine Free KMV 159 APPLICAZIONI Applicazione in ghisa sferoidale APPLICAZIONI Applicazione in ghisa sferoidale GRAZIE PER L’ATTENZIONE!!
