Inclusioni di Dross 1.Effetti sulla funzionalità della fusione 2.Definizioni 3.Aspetto, composizione, analisi 4.Meccanismo di formazione 5.

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2 Inclusioni di Dross 1.Effetti sulla funzionalità della fusione 2.Definizioni 3.Aspetto, composizione, analisi 4.Meccanismo di formazione 5.Origini 6.Studi di caso 7.Prevenzione

3 Dross, effetti sulla funzionalità della fusione In condizioni di flessione e torsione a fatica in cui le tensioni cicliche raggiungono un massimo alla superficie del componente, resistenza a fatica è ridotta nella presenza di inclusioni, di scorie, e altri difetti superficiali che fungono da siti di iniziazione della crepa.

4 Inclusioni di Dross Definizioni

5 Dross, definizione 1. Dross, scoria e sabbia, sono le tre inclusioni non metalliche trovate in maggior parte dei casi in ghisa con grafite sferoidale 2. Dross, sono inclusioni endogene, mentre scoria e inclusioni di sabbia sono esogene 3. Dross hanno un aspetto filamentoso, mentre scoria e sabbia si presentano sotto forma di blocchi 4. Dross, sono silicati di magnesio formati durante la colata(in flusso di colata o nel bacino di colata), nelle entrate della ghisa nella prima ghisa entrata mentre le scorie sono generate del trattamento con Mg o provengono come residui dai forni fusori UNDERSTANDING THE FORMATION OF DROSS IN DUCTILE IRON CASTINGS Martin Gagné, Marie-Pierre Paquin, Pierre-Marie Cabanne RIO TINTO Iron & Titanium Sorelmetal Sorel-Tracy, Canada Frankfurt, Germany

6 Dross, composizione chimica

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8 Dross, definizione Dross, è un prodotto di reazione che si forma dal trattamento con Mg durante riossidazione successiva del Mg respinto dal metallo fuso prima di essere solidificato E quindi solo un'altra parola per un tipo specifico di scorie (prodotto di reazione). La reazione lega il magnesio con zolfo, ossigeno e silicio formando moduli continui. Questa "scoria" è leggera e per questo motivo si trova in genere nella superficie superiore e sotto superficie o può essere inglobata in tutto il metallo, soprattutto con temperature di colata più fredde. E 'molto difficile evitare completamente la reazione di magnesio con questi altri elementi, dal momento che abbiamo bisogno di magnesio per formare noduli. Siamo sempre di fronte al problema delle scorie nella produzione di ghisa sferoidale. Se si guarda la "scoria" al microscopio sarà quasi sempre trovata grafite lamellare in associazione con le scorie. La ragione di questo è la quantità di magnesio insufficiente a causa della reazione di magnesio con altri elementi. Le scorie si presentano sotto forma di traverse lunghe invece di concentrati come aree. Quando si verifica in questa forma si comportano come crepe o scaglie di grafite nella struttura e cosi, la resistenza alla fatica e resistenza agli urti del materiale, si abbassano considerevolmente. DROSS IN DUCTILE IRON, Hans Roedter, Sorelmetal Technical Services

9 Dross, definizione Il dross viene definito come un inclusione non metallica complessa a base di silicato di magnesio. Ha solitamente un aspetto pellicolare Processo di fusione Nella fusione elettrica la scoria di un bagno di ghisa sottoposto a mantenimenti lunghi a temperature relativamente basse (< 1350 C) si arricchirà di ossido di ferro (FeO) e di ossido di manganese (MnO) che si accumuleranno anche nelle siviere di colata. Questi ossidi riducono la temperatura di fusione della scoria ricca di silice favorendo nelle ghise comuni, la formazione di inclusioni del tipo pellicolare. Riossidazione dopo la sferiodizzazione La riossidazione ha luogo invece dopo trattamento e procede con l abbassarsi della temperatura. Una riossidazione supplementare può avvenire durante il riempimento della forma in condizioni di forte turbolenza che possano favorire la rottura del getto di metallo con conseguente esposizione ad ambienti non sufficientemente riducenti. Basse temperature di colata (< 1320 C) possono solo acuire il fenomeno. Questi ossidi riducono la temperatura di fusione della scoria ricca di silice favorendo nelle ghise comuni, la formazione di inclusioni del tipo pellicolare. Le scorie sono molto reattive a confronto del carbonio presente nel metallo, il che porta alla formazione di bolle di CO (fi g. 4). Tuttavia in queste ghise non si parla di dross ma di scorie fluide Julio Alva, L origine di gravi difetti di dross nei getti in ghisa sferoidale

10 Dross, definizione Il dross viene definito come un inclusione non metallica complessa a base di silicato di magnesio Incrementare efficienza dei filtri estrusi cambiandoli da 20 ppi a 10 ppi utilizzati per la ghisa grigia Risultati non soddisfacenti Uso dei materiali di carica puliti. Risultato: reazione di questi materiali con la refrattaria delle siviere aumenta la quantità di scoria formata Cambio della refrattaria delle siviere dal acida a neutra. Risultati non soddisfacenti Riduzione del Mg e Si residuo. Risultato: bassa precipitazione grafitica con bassa resistenza meccanica Over fusione ad alte temperature per ridurre il potenziale di ossigeno e mantenimento tempi lunghi. Risultato: riduzione delle dimensioni delle inclusioni ma senza miglioramenti significativi Utilizzo dei filtri spugnosi che consentono un flusso laminare di entrata della ghisa Risultato: no DROSS Dross inclusions in repetition automotive ductile iron castings - an example of foundry and supplier working in partnership to solve a problem

11 Inclusioni di Dross Aspetto, composizione e analisi

12 Dross inclusions

13 Dross inclusions

14 Scoria

15 Inclusioni di inoculanti

16 Inclusioni di silice

17 Assomiglianza tra le forme delle inclusioni non metalliche

18 Inclusioni di Dross Meccanismo di formazione

19 Teoria del doppio film(bifilm) Formazione dei DROSS John Campbell (casting scientist), Castings -The New Metallurgy of Cast Metals In 1951, Heine e Loper dalla Università di Wisconsin, hanno dato un immenso contributo nella spiegazione della formazione dei film complessi sulla superficie della ghisa con grafite sferoidale. Poco dopo, anche Merz e Marincek(1954) hanno portato nuove informazioni interessante. La teoria del doppio film si basa fondamentalmente su i lavori sopracitati e adesso si può spiegare cosa accade ad alte temperature. Quando la ghisa liquida si trova ad alte temperature, come esempio a 1550 C, il diagramma Ellingham indica che CO è molto più stabile rispetto a SiO2, quindi il C si ossida prima del Si. E per questo che alla superficie della ghisa nel forno fusorio si osservano delle bolle di gas. A queste temperature non si osservano dei film di Si, il bagno è pulito. Le particelle di SiO2 sono ridotte a Si metallico, che viene dissolvano nel metallo. Frattempo il CO viene espulso nel ambiente esterno. Ad circa 1420 C, il equilibrio di reazione è invertito ed è il Si che si ossida prima del C, formando SiO2 un film che copre il bagno. metallico. La temperatura di equilibrio dipende dalla composizione chimica della ghisa. A temperature di cca 1300 C. dal diagramma Ellingham, e molto chiaro che, per le ghise che contengono Mn, il MnO si forma, ma e meno stabile rispetto a SiO2 e ancora meno stabile rispetto a CO

20 Formazione dei DROSS In 1951, Heine e Loper dalla Università di Wisconsin, hanno dato un immenso contributo nella spiegazione della formazione dei film complessi sulla superficie della ghisa con grafite sferoidale. Poco dopo, anche Merz e Marincek(1954) hanno portato nuove informazioni molto interessante.

21 Temperatura di equilibrio TEQL = Si log C 2 273

22 Contenuto di ossigeno a varie temperature e % Mg

23 Formazione dei DROSS John Campbell (casting scientist), Castings -The New Metallurgy of Cast Metals Liquid Iron

24 Formazione dei DROSS John Campbell (casting scientist), Castings -The New Metallurgy of Cast Metals

25 Formazione dei DROSS John Campbell (casting scientist), Castings -The New Metallurgy of Cast Metals

26 Formazione dei DROSS John Campbell (casting scientist), Castings -The New Metallurgy of Cast Metals

27 Formazione dei DROSS John Campbell (casting scientist), Castings -The New Metallurgy of Cast Metals

28 Formazione dei DROSS

29 Formazione dei DROSS John Campbell (casting scientist), Castings -The New Metallurgy of Cast Metals

30 Formazione dei DROSS

31 Formazione dei DROSS John Campbell (casting scientist), Castings -The New Metallurgy of Cast Metals

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36 Elmt Element % Atomic % Compound % C 15,3 24,8 CO2 56,2 Mg 0,3 0,2 MgO 0,5 Al 0,4 0,3 Al2O3 0,8 Si 1,0 0,7 SiO2 2,2 S 0,3 0,2 SO3 0,8 Ca 0,2 0,1 CaO 0,3 Mn 0,1 0,0 MnO 0,1 Fe 30,2 10,5 FeO 38,8 Cu 0,4 0,1 CuO 0,4 Zn 0,0 0,0 ZnO 0,0 Ba 0,0 0,0 BaO 0,0 O 51,9 63,0 Elmt Element % C 3,3 Si 1,0 Fe 66,5 Cu 0,3 O 29,0

37 Affinitàchimica dei elementi chimici con O 2, S e N 2 DG (T) La2O CaO BeO SrO ZrO MgO BaO Al2O3 CeO2 SiO2 Ti3O5 Ossidi Ossidi DG (T) CeS CaS SrS LaS BaS MgS ZrS2 TiS MnS Solfuri Solfuri DG (T) ZrN TiN LaN CeN Be3N2 AlN Ca3N2 Si3N4 Sr3N2 Mg3N2 Ba3N2 Nitruri Nitruri

38 Elementi chimici che tramite l ossidazione formano scorie

39 Dross, definizione L'inclusione è una contaminazione da metalli di scorie, se solido, o scorie, se liquido. Questi di solito sono ossidi metallici, nitruri, carburi, calcides, o solfuri, che possono provenire da materiale che viene eroso dal rivestimento interno dei forni o siviere, o contaminato dalla terra di formatura. Ci sono un certo numero di modi per ridurre la concentrazione di inclusioni. Al fine di ridurre la formazione dei ossidi, il metallo può essere colato con un flusso, o nel vuoto o in atmosfera inerte. Altri ingredienti possono essere aggiunti alla miscela per spingere le scorie di fluttuare verso l'alto, dove possono essere raccolte prima che il metallo viene colato nello forma. Se questo processo non è pratico, si può utilizzare una siviera speciale attrezzata con sifone di colata. Un'altra opzione è quella di installare filtri ceramici nel sistema di colata. In caso contrario, forte turbolenze possono essere utilizzate per agitare il metallo liquido, costringendo le inclusioni più leggeri a entrare in flottazione. Se alcune delle scorie sono ripiegate nel fuso metallo, allora diventa un difetto trascinamento. I Dross, sono delle combinazioni chimiche complessi con O 2 : SiO 2 -MgO-FeO-Al 2 O 3 -MnO-Ce 2 O 3 -La 2 O-CaO-TiO 2 -Cr 2 O 3

40 Formazione dei ossidi complessi

41 Formazione dei ossidi complessi

42 Formazione dei ossidi complessi

43 Inclusioni di Dross Origini

44 Dross Mg 2 SiO 4 -FeO.SiO 2 Forni Fusori Trattamenti Sferoidizzazione Trasferimenti Ghisa liquida Riempimento Forma Scorie basso fondenti Scorie bassomedie fondenti Scorie medio - alte fondenti Scorie alto fondenti

45 Inclusioni di Dross Studi di caso

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55 Inclusioni di Dross Prevenzione

56 I Dross, sono delle combinazioni chimiche complessi con O 2 : SiO 2 -MgO-FeO-Al 2 O 3 -MnO- Ce 2 O 3 -La 2 O-CaO-TiO 2 -Cr 2 O 3

57 I Dross, sono delle combinazioni chimiche complessi con O 2 : SiO 2 -MgO-FeO-Al 2 O 3 -MnO- Ce 2 O 3 -La 2 O-CaO-TiO 2 -Cr 2 O 3 1. Ghisa senza Si 2. Ghisa senza Mg 3. Ghisa senza Fe 4. Ghisa senza O 2

58 Ghisa senza O 2 Dissosidazione nel mezzo fusorio con SiC

59 Ghisa senza O 2 Colata ad alte temperature TEQL = Si log C 2 273

60 Inclusioni di Dross, prevenzione 1. Disossidazione e modifica della temperatura di fusione delle scorie basso fondenti nel forno con SiC, riducendo FeO (non con Ba), 2. Sequenza delle aggiunte nella ghisa liquida, in funzione di T EQL 3. Bassa % di Si(max. 2%) 4. Mg max. 0,040% 5. Composizioni chimiche eutettiche auto alimentanti dopo la fase di ritiro liquido 6. Agitazione con gas inerti dopo trattamento con FeSiMg(cca 2 min) 7. Inssufflaggio dei gas inerti nella forma(n 2, Ar) 8. Usare delle materozze chiuse per contrasto del ritiro liquido 9. Utilizzo dei bacini di colata con stopper 10. Inoculazione moderata(0,05-0,1%) 11. Utilizzo dei inoculanti con elementi ad alta affinità al O 2 (La) 12. Utilizzo dei inoculanti a basso tenore di Si(45%) 13. Utilizzo dei filtri ceramici nella prossimità del getto 14. Entrate della ghisa di ampia sezione(senza turbolenza)