Pembasahan: Apa Itu Dan Mengapa Ia Kebimbangan?

Pengeluar faundri moden berminat dalam pengeluaran produk berkualiti terbaik tanpa kompromi - pembasahan boleh menjadi punca beberapa masalah dalam proses pemutus logam.

Pengenalan

Pembasahan adalah fenomena di mana cecair dapat mengekalkan sentuhan dengan permukaan pepejal, yang dibawa oleh interaksi intermolecular. Dalam faundri moden, masalah utama yang disebabkan oleh pembasahan adalah kesan pada kemasan permukaan bahan yang dibuang. Hasil ini jarang memudaratkan bahan yang dibuang, tetapi hampir selalu bermaksud bahawa kerja tambahan (dan oleh itu masa dan wang) diperlukan untuk menghilangkan kecacatan permukaan, biasanya melalui pemesinan dengan tangan. Sememangnya, pemilik dan pengendali foundry berminat untuk mengurangkan kemungkinan pembasahan berlaku, oleh itu meminimumkan peluang pemprosesan pasca pemutus perlu dilakukan. Kecacatan permukaan biasanya mengambil bentuk 'burrs', iaitu di mana beberapa logam lebur telah bersentuhan dengan pasir dan disejukkan dengan cara yang tidak teratur. Pasir juga boleh menembusi logam. (1,2,3)

Dalam kes cecair yang hadir, pada suhu faundri ia akan mendidih dan mengembangkan gas. Ini mewujudkan ruang untuk logam cair dan pasir untuk berinteraksi, dalam kes pemutus logam berasaskan pasir. Interaksi permukaan boleh digambarkan sebagai 'pembasahan kuat' apabila terdapat interaksi cecair pepejal yang baik. 'Pembasahan yang kurang baik' merujuk kepada interaksi cecair pepejal yang lemah.

Aditif boleh ditambah untuk mengurangkan kemungkinan pembasahan berlaku, selain memastikan kawalan kelembapan yang mencukupi dan sesuai. Kecacatan permukaan lebih cenderung berlaku apabila terdapat interaksi pembasahan yang kuat (perbincangan terperinci mengenai kimia permukaan adalah di luar skop artikel ini), yang kebanyakannya timbul daripada daya antara molekul Van der Waal dan ikatan hidrogen.

logam lebur yang dicurahkan ke dalam acuan dengan Pasir pengisi

Strategi Untuk Menafikan Atau Mengelakkan Pembasahan

Pencegahan lebih baik daripada mengubati. Dalam hampir semua kes, foundrymen akan memasukkan bahan ke dalam acuan pemutus mereka untuk menafikan kesan pembasahan, atau lebih baik masih menghalangnya secara terang-terangan. Aditif ini selalunya merupakan bahan organik, dengan pelbagai sisa tumbuhan berkanji, minyak dan bahan kimia organik berbahaya yang mencari kegunaan luas selama bertahun-tahun - semuanya adalah contoh bahan karbonaceous. Hampir mana-mana bahan kaya karbon boleh digunakan dengan menyediakan ia akan menggabungkan dengan baik melalui waras. Salah satu bahan tambahan yang menonjol untuk mengelakkan pembasahan, bagaimanapun, adalah
habuk arang batu / anthracite
. Menjadi agak murah, mudah untuk bekerja dengan dan mudah terbakar sepenuhnya menjadikannya pilihan yang menarik untuk pelbagai jenis pemutus.

Ringkasnya, meningkatkan jumlah bahan karbonaceous dalam acuan pasir akan mengakibatkan lebih banyak pirolisis bahan tersebut. Pirolisis adalah pembakaran tidak lengkap, iaitu pembakaran jika tiada oksigen. Untuk bahan organik, ini bermakna pengeluaran karbon (yang cenderung mendepositkan dirinya sebagai lapisan pada kedua-dua logam dan pasir) dan hidrogen (yang bertindak sebagai penghalang gas kepada logam dan / atau penembusan pasir, dan mempunyai kesan lain terhadap pembentukan oksida, lihat kemudian). Sebatian yang sesuai untuk bertindak sebagai bahan karbonaceous ini adalah mereka yang mempunyai kapasiti coking yang tinggi, komponen organik meruap yang agak rendah (tidak lebih daripada 30% mengikut berat), kandungan abu yang rendah dan kandungan sulfur yang sangat rendah (tidak lebih daripada 0.8% mengikut berat). Saiz pengisaran bahan tambahan karbonaceous mestilah sesuai untuk penggabungan penuh melalui acuan pasir, dengan laporan awal mencadangkan saiz zarah tidak lebih daripada 0.3 mm (4).

Oleh kerana pembasahan menyebabkan pembentukan saluran kecil di dalam pasir, logam molen boleh meresap ke dalamnya dan ini adalah asal-usul banyak kecacatan permukaan, seperti dalam 'terbakar' dan 'terbakar' melalui perubahan permukaan pada antara muka pemutus, yang membawa kepada permukaan yang tidak rata. Kesan semudah logam lebur yang mematuhi pasir adalah tanda-tanda biasa bahawa pembasahan telah berlaku. Silikon dan fosforus dalam pasir boleh bertukar dengan besi dan mangan dalam logam lebur yang boleh menyebabkan bahan asas dan perubahan kimia - boleh dicegah sepenuhnya jika pembasahan dihalang dengan penambahan bahan karbonaceous yang dipilih dengan teliti(5).

Pada asasnya, pembasahan adalah isu biasa dalam pemutus logam, tetapi juga boleh dicegah. Ia boleh semudah menggabungkan sejumlah kecil bahan seperti
habuk arang batu (anthracite)
ke dalam pasir, yang pirolisis dengan bersih, dan akan menghalang pembasahan dan fenomena kecacatan permukaan yang berkaitan berikutnya, mencegah keperluan rawatan selepas pemutus dengan tangan (6).

Debu arang batu

Debu arang batu adalah anthracite serbuk. Ia adalah produk arang batu berkualiti tinggi yang dikisar kepada spesifikasi halus, rendah sebatian organik yang tidak menentu, rendah abu dan rendah sulfur - dalam kuantiti secara konsisten di bawah yang dinyatakan di atas. Anthracite adalah arang batu berkualiti tinggi, ia tidak bitumen seperti lignite, dan mengandungi bahagian tertinggi karbon tulen, yang bermaksud bahawa apabila pembakaran atau pirolisis, lebih sedikit bahan pencemar berbahaya dipancarkan berbanding arang batu gred rendah (7,8).

Mungkin benar-benar logik bahawa habuk arang batu menggantikan bahan karbonaceous klasik seperti arang batu bitumen, kerana prestasi dijangka sama. Ia mengatasi prestasinya. Oleh kerana evolusi gas toksik seperti benzena, toluena dan xilena dari arang batu berkualiti rendah (9), keadaan atmosfera tempatan di sekitar foundries didapati miskin pada tahun 1940-an. Arang batu berkualiti tinggi seperti anthracite secara dramatik mengurangkan evolusi gas tersebut. Telah dilaporkan bahawa anthracite menghasilkan lebih banyak karbon filem nipis pelindung per unit jisim daripada jenis arang batu lain - dijangka kerana terdapat kurang bahan cemar, oleh itu lebih banyak karbon.

Walaupun kualiti yang lebih tinggi, anthracite kekal sebagai bahan yang murah dan mendapati penggunaan yang luas dalam pelbagai tetapan. Profil pirolisisnya yang bersih menjadikannya pilihan yang ideal (dan sangat disukai oleh industri) untuk pemutus pasir hijau, di mana ia bertanggungjawab untuk mengurangkan kejadian berkaitan pembasahan.

Perlu diperhatikan juga adalah hakikat bahawa saiz bijirin kering, kecil dan oleh itu habuk arang batu yang mengalir bebas akan bercampur dengan mudah dan tersebar sama rata di seluruh pasir. Lebih banyak sumber karbon resin atau bitumen seperti lignite tidak akan tersebar sama rata kerana sifat 'melekit' mereka yang membawa kepada pengumpalan, oleh itu menjalankan risiko mempunyai kawasan di pasir berhampiran dengan antara muka logam cair tanpa bahan karbon sama sekali - oleh itu menawarkan perlindungan sifar dan membuka pintu kepada fenomena pembasahan dan kecacatan permukaan berikutnya akan menyebabkannya.

Mencegah Terbakar Foundry

Sangat berkaitan dengan pembasahan adalah pembakaran foundry, yang menunjukkan dirinya dengan cara yang sama dan memerlukan pemprosesan pasca pemutus yang hampir sama untuk menghapuskan kesannya. Pembakaran foundry agak biasa dalam pengeluaran besi dan keluli - ia berlaku apabila silikat besi terbentuk di permukaan logam yang dibuang, apabila silika (dari acuan pasir) dan oksida besi (dari besi) bertindak balas. Ini menyebabkan bijirin pasir menjadi fius dan deposit di permukaan yang dibuang, sukar dikeluarkan dan memerlukan pemesinan, sama seperti pembasahan(10). Oleh itu, foundrymen berhasrat untuk menghalang pembentukan oksida besi pada mulanya. Sama seperti dalam pencegahan pembasahan, pirolisis anthracite / habuk arang batu menghasilkan suasana pengurangan yang sangat berkesan yang menghalang sepenuhnya pengoksidaan besi, oleh itu menghalang pembentukan oksida besi (11). Prinsip ini juga boleh digunakan dalam pemutus hijau, di mana refraktori kromit sering mengandungi jumlah silika yang kecil hingga sederhana. Sekali lagi, pengeluaran gas hidrogen yang terhasil daripada pirolisis menimbulkan atmosfera yang berkurangan dan seterusnya menghalang pembentukan oksida (12). Perlindungan lanjut terhadap pembakaran disediakan kerana proses pirolisis menyebabkan filem nipis karbon tulen disimpan di permukaan logam, yang menghalang penembusan logam ke dalam pasir. Sebaliknya juga benar; pasir tidak boleh menembusi logam. Secara umum, ini boleh dianggap sebagai tingkah laku seperti pembasahan.

Keselamatan

Seperti yang dinyatakan, anthracite adalah tidak toksik. Tekanan yang membina adalah satu-satunya kebimbangan, kerana pirolisis habuk arang batu menyebabkan pengusiran gas (13) dengan campuran greensand yang mengandungi hanya 5% habuk arang batu boleh menyebabkan tekanan berganda daripada greensand semata-mata. Sesetengah penembusan logam dijangka oleh hidrogen yang berkembang (14), tetapi ini akan diabaikan sedikit oleh lapisan karbon nipis yang terbentuk (lihat lebih awal). Secara keseluruhan, tekanan membina dan evolusi hidrogen berada dalam toleransi dan keupayaan reka bentuk persediaan pemutus berasaskan pasir moden.

Ringkasan

Pembasahan adalah fenomena di mana cecair - biasanya air - dapat mengekalkan sentuhan dengan pepejal
Dalam kes kerja faundri dan pemutus, pembasahan secara langsung menyebabkan pembentukan kecacatan permukaan, yang kemudiannya perlu dikeluarkan secara manual, menambah kos dan masa
Mencegah pembasahan biasanya dilakukan melalui penambahan bahan organik kepada acuan pemutus
Debu arang batu (anthracite) adalah pilihan utama untuk pencegahan pembasahan kerana prestasinya yang sangat baik, kemudahan pengendalian dan sifat bukan toksik - semuanya sambil menjadi sangat kos efektif
Pembakaran habuk arang batu yang tidak lengkap (pirolisis) menghasilkan persekitaran yang mengurangkan yang menghalang jenis kecacatan permukaan tertentu, manakala lapisan karbon nipis pada masa yang sama terbentuk yang menghalang jenis kecacatan lain
Anthracite tidak toksik dan tidak akan mengakibatkan evolusi gas toksik
Pembakaran foundry adalah fenomena yang berkaitan, dan juga boleh dicegah melalui penggunaan habuk arang batu

Rujukan

1 A. Josan dan C. P. Bretotean, menggunakan tambahan khas untuk menyediakan campuran acuan untuk bahagian keluli pemutus jenis roda pemacu, dalam: Persidangan Antarabangsa mengenai sains gunaan 2014 (ICAS2014), Hunedoara, Romania, 2014

2 B. E. Brooks dan C. Beckermann, pengeluaran pembakaran dan penembusan acuan dalam pemutus keluli menggunakan simulasi, dalam: 60Th Sfsa persidangan teknikal dan operasi, Chicago, 2006

3 Analisis Jawatankuasa Kecacatan Pemutus, Analisis Kecacatan Pemutus, Persatuan Foundrymen Amerika, Des Plaines, Amerika Syarikat

4 Paten AS US3666706A, 1969

5 M. Holtzer et al., Struktur Mikro dan Sifat Besi Mulur dan Pemutus Besi Grafit Dipadatkan, Springer, Cambridge, 2015

6 B. Drevet (ed) Kebolehtelapan pada Suhu Tinggi; Siri Bahan Pergamon Jilid 3, Elsevier, Amsterdam, 1999

7 G. Thiel dan S. R. Giese, pagi SoC. Trans., 2005, 113, 471

8 J. Wang dan F. S. Cannon, Kajian pirolisis bahan tambahan karbonaceous dalam foundries pasir hijau , di Seattle : Persidangan Karbon Antarabangsa, Seattle, 2007

9 G. F. Keatinge dan N. M. Potter, Br. J. Ind. Med., 1945, 2, 125

10 A. Petro et al., Am. Dan SoC. Trans., 1980, 88, 683

11 H. W. Duetert et Al., Am. Dan SoC. Trans., 1970, 78, 145

12 D. T. Peterson et Al., Am. Dan SoC. Trans., 1980, 88, 503

13 J. Mocek dan J. Samsonowicz, Arch. Mendapati. Eng., 2011, 11, 87

14 A. Campbell, Buku Panduan Pemutus Lengkap (2nd ed.), Butterworth Heinemann, London, 2015