生砂成形技術を使用したダクタイル鋳鉄部品の製造中の円筒管状砂中子の深刻な気孔の処理

今日は、ダクタイル鋳鉄部品の被覆砂コアで発生した気孔欠陥のケースを分析します。素材はGGG40を使用し、縦型生産ラインで生産されています。

鋳物砂中子の下部には固体領域があるため、鋳物丸管内のガスは排出されにくい。そのため、砂中子から発生したガスは、溶鉄の凝固過程において鋳物内部の最終凝固領域（ホットスポット）に「閉じ込め」られ、スムーズに排出できなくなります。以下に、その形成の詳細な理由と体系的な解決策を示します。

炉心の原因分析：砂中子のピークガス放出量と溶鉄の凝固タイミングが一致しない。コーティングされた砂中子が高温の溶鉄に接触すると、樹脂バインダーが急速に燃焼して分解し、大量のガスが発生します。これらのガスがスムーズに排出できないと、溶銑中に侵入し、最終凝固表面に気孔が形成されてしまいます。

解決：

1. サンドコア自体を最適化します (最も重要です!): サンドコアのガス発生を削減します: 使用しているコーティングサンドのブランドとモデルを確認します。通常、低排出ガス樹脂や硬化剤を使用している低排出ガスコーテッドサンドへの切り替えをお勧めします。サンドコアの通気性を向上させる: コーティングされたサンドの供給業者と連絡をとり、サンドコアの強度要件を適切に軽減します。強度が高すぎるということは、樹脂の添加量が多く、ガスの発生が多いことを意味します。スタイリングや鋳造の要件を満たしながら、強度は低いほど優れています。砂中子の緻密性が高すぎないか確認してください。中子を作成するときは、砂中子が過度に緻密になるのを防ぐために、砂の射出圧力が高すぎてはなりません。砂中子のスムーズな排気を確保：砂中子を作るときは、排気路を作る必要があります。直径 3 cm のこの小さなコアの場合、通気針で砂中子の中心にいくつかの小さな排気穴を開けたり、あらかじめ埋め込まれたワックスの糸を使用して、注入中に溶かして排気チャネルを形成したりすることができます。サンドコアヘッドの嵌合クリアランスをチェックして、コアヘッドの排気チャネルがスムーズで障害物がなく、ガスがコアヘッドを通って金型または砂排気システムにスムーズに逃げることができることを確認します。

2. 凝固シーケンスとガストラップ：ダクタイル鋳鉄はペースト状の凝固特性を有しており、シェル形成後も内部は長時間液体状態を保ちます。鋳物の肉厚は均一ですが、内壁の中央領域が最終凝固領域になります。排出できなかったガスは金型キャビティ内に高圧を形成し、溶鉄の表面が固まったり凝固し始めたりする弱い瞬間（通常は中上部の内壁）に液体状態の金属内部に侵入します。グラファイトの膨張と凝固圧力により、これらのガスは最終的に最終凝固領域に「閉じ込められ」、皮下細孔または侵入細孔を形成します。

3. 溶融鉄の化学的特性は状況を悪化させます。過剰な残留マグネシウム (Mg) 含有量により溶融鉄の表面張力が増加し、侵入した気泡が浮上して抜け出すのがより困難になる可能性があります。鉄液の酸化 (酸素含有量が多い) または炉の装入が不完全である (錆、油汚れ) と、自己析出細孔の傾向が増加し、侵入ガスとともに深刻な細孔が形成されます。

2、体系的な解決策は、一次から二次の順序で調査およびテストする必要があります。

1. ガス発生を減らすための砂中子の最適化 (最も直接的かつ効果的な対策): 直ちにコーティング砂の供給元に連絡し、低ガスコーティング砂に切り替えてください。この材料は、特殊な樹脂と添加剤を使用してガス発生を削減し、ガス発生のピークを遅らせることで、このような問題を解決するように特別に設計されています。砂中子の排気が絶対に妨げられていないことを確認してください (最も重要です!): 直径 30 mm の砂中子の場合、中子製造プロセス中に排気システムを取り付ける必要があります。最良の方法: あらかじめ埋め込まれた排気ワックス ワイヤーを使用します。コアの製造プロセス中に 1 本または複数のワックス ワイヤーが埋め込まれ、鋳造中にワックス ワイヤーが溶けて、完全な排気チャネルが形成されます。簡単な方法: 砂中子の中心 (またはその近く) に通気孔を挿入するか、通気針を使用します。これらのチャネルがコア ヘッドに接続されていることを確認してください。中子設計の最適化: 型内の中子の位置を確認して、砂中子を配置した後、中子と砂型の間の隙間 (ガスが型の外に逃げる最後の経路) が完全に密閉されないことを確認します。必要に応じて、コアヘッド間のギャップを増やしたり、特殊な排気スロットを作成したりできます。

2. プロセスの最適化 (溶鉄と砂中子の相互作用を調整) により、鋳込み温度を上昇させます。これは、現場での最も迅速かつ効果的な一時的な対策です。注湯温度を適切に上昇させると（1380℃→1400～1420℃など）、溶融鉄が液体のままである時間を延長し、ガスが排出される時間を長くすることができます。サンドコアの表面をより速く焼結させて「ガラス化」した硬いシェルを形成し、深い樹脂がガスを放出し続けるのを防ぎます。注意: 温度が高すぎると他の問題 (砂の付着など) が発生する可能性があるため、平衡点を見つける必要があります。注湯速度を加速する: 乱流を避けながら充填時間を短縮します。急速に確立された金属静圧により、ガスの侵入をより効果的に抑制し、下部凝固の前に完全に排気することができます。スムーズな注湯を確保：溶融鉄による砂中子の直接の流出を避けるために底部注湯システムを採用し、乱流やカールを軽減します。 3. 精錬​​と鉄液の管理（自分自身の問題を排除し、怪我を追加するのを避けるため）残留マグネシウム含有量を厳密に管理します。過剰なマグネシウム残留物は細孔の「触媒」です。球状化処理後の残留 Mg 含有量は、プロセスで要求される下限値 (0.03% ～ 0.04% など) 内に制御され、多すぎないように注意してください。クリーンな炉材の使用：サビや油汚れのひどい鉄スクラップやリサイクル材を排除し、分解による[H]、[O]、COガスの発生を防ぎます。スラグの徹底的な除去：球状化処理および注湯の前に、スラグが金型キャビティ内に転がり込むのを防ぐために、スラグを完全に除去する必要があります。

概要とアクションの優先順位に関する推奨事項

1. 最優先事項（即時検査）：砂中子に排気ダクトがあるかどうかを確認してください。そうでない場合は、これが最初に解決しなければならない問題です。ワックス糸を埋めたり、通気孔を結んだりしてみてください。

2. 第 2 の優先事項 (迅速テスト): 注湯温度を 20 ～ 30 °C 上げて、気孔率の改善を観察します。影響が大きい場合は、砂中子でのガス発生の問題が強く指摘されます。

3. 3 番目の優先事項 (サプライヤーに連絡する): 比較テストのために低排出ガスでコーティングされた砂のサンプルを要求します。これが問題解決の鍵となることがよくあります。

4. 第 4 の優先事項 (検出と記録): 球状化後の鉄液中の残留 Mg 含有量をチェックし、それが妥当な低い範囲内にあることを確認します。