ASK - Assofond

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!!