La porosità da gas è un difetto in cui i gas disciolti creano bolle che rimangono intrappolate durante la solidificazione del metallo durante il processo di fusione. Quando il metallo è fuso, può contenere molti più gas rispetto a quando è solido. Raffreddandosi, il gas in eccesso forma bolle che diventano vuoti permanenti nella fusione finale. Questi pori da gas hanno pareti lisce e arrotondate e possono apparire in superficie o nascondersi all'interno del metallo.
I difetti di fusione dovuti al gas si distinguono principalmente in quattro tipologie, in base alle dimensioni e alla posizione.
I forellini sono minuscole cavità gassose di diametro compreso tra 0.1 e 2 millimetri. In genere si trovano raggruppati nella parte superiore della cavità dello stampo. Questi piccoli fori rotondi sono visibili a occhio nudo e spesso compaiono in gruppi sulla superficie della fusione.
Gli sfiatatoi sotterranei sono bolle di gas più grandi che si trovano appena sotto la superficie. Non sono visibili dall'esterno. Sono visibili solo quando si lavora il pezzo o lo si testa con attrezzature speciali.
I buchi aperti sono grandi cavità che emergono in superficie. Questi fori rotondi o ovali si formano quando il gas intrappolato fuoriesce parzialmente, lasciando comunque un vuoto.
La porosità interna chiusa si riferisce a qualsiasi vuoto gassoso completamente racchiuso nel metallo. Questo termine comprende tutti i tipi di porosità gassosa nascosta.
La porosità del gas si verifica quando il gas si dissolve nel metallo fuso o entra nello stampo e non riesce a fuoriuscire prima che il metallo si indurisca.
L'acqua presente in stampi, anime o rivestimenti si trasforma in vapore quando entra in contatto con il metallo caldo. Questo vapore si decompone in idrogeno gassoso. Anche l'umidità presente nell'aria può introdurre umidità sufficiente a causare problemi. Nella fusione dell'alluminio, le reazioni del vapore acqueo sono la principale fonte di porosità da idrogeno.
Leganti organici, distaccanti e lubrificanti si decompongono a contatto con il metallo fuso, rilasciando gas come monossido di carbonio, anidride carbonica o azoto. Un eccesso di spray per stampi o indurente può riempire la fusione di bolle di gas.
Il flusso turbolento attraverso il sistema di colata crea vortici che aspirano aria nel metallo. Senza un'adeguata ventilazione, l'aria intrappolata forma delle sfiatature interne. Ventilazioni ostruite o inadeguate sono una causa frequente di porosità nella fusione.
L'alluminio fuso assorbe facilmente l'idrogeno dall'umidità o dalla decomposizione del flusso. L'acciaio e il ferro assorbono azoto e idrogeno. L'utilizzo di rottami arrugginiti aumenta significativamente il contenuto di gas. Anche il surriscaldamento del metallo fa sì che assorba più gas.
Ogni poro di gas indebolisce il getto agendo come punto di concentrazione dello stress.
Un getto con solo il 9% di porosità può perdere il 27% della sua resistenza alla trazione. I pori di gas riducono la sezione trasversale effettiva del materiale. Sotto sforzo, i pori rotondi possono unirsi tra loro per formare crepeCiò riduce la durata della fatica e riduce sia la resistenza allo snervamento che la duttilità.
I fori superficiali si presentano come fossette sulle superfici lavorate, causando scarti visivi. I pori interni esposti durante la lavorazione creano scarti. Per applicazioni a tenuta di pressione come alloggiamenti idraulici o rubinetteria, anche i pori più piccoli causano perdite. La porosità interconnessa crea percorsi di perdita che rendono i getti inutilizzabili per il mantenimento della pressione. I pori per gas intrappolano anche sostanze corrosive e creano turbolenza nei passaggi dei fluidi.
Per l'alluminio, le fonderie iniettano argon o azoto ad alta purezza nella massa fusa. Le unità di degasaggio rotanti con giranti rotanti funzionano particolarmente bene. Le bolle di gas di spurgo raccolgono l'idrogeno e lo fanno galleggiare. Il degasaggio sotto vuoto funziona sia per l'acciaio che per l'alluminio, separando idrogeno e azoto dalla massa fusa.
Stampi, anime e materiali refrattari non devono presentare umidità. Anche piccole quantità generano vapore che forma idrogeno. Cuocere accuratamente anime e stampi. Polimerizzare completamente tutti i rivestimenti e i leganti. Sfiati strategici nei punti più alti consentono la fuoriuscita del gas durante il riempimento.
Percorsi di flusso fluidi prevengono turbolenze che intrappolano l'aria. Evitate angoli acuti e improvvisi cambiamenti di dimensioni. Utilizzate software di simulazione per ottimizzare il flusso d'aria. Nella pressofusione, profili di iniezione adeguati e il vuoto aiutano a evacuare l'aria prima che il metallo entri.
Iniziare con materiali di carica asciutti e puliti. Evitare rottami arrugginiti e ridurre al minimo la rifusione. Mantenere temperature di colata appena superiori al punto di fusione per ridurre la solubilità del gas. Rimuovere scorie e ossidi che possono intrappolare bolle di gas.
L'applicazione del vuoto nella cavità dello stampo rimuove l'aria prima che il metallo entri. Questa tecnica riduce drasticamente i difetti dovuti alla presenza di gas.
Quando non è possibile eliminare completamente la porosità, l'impregnazione sottovuoto-pressione sigilla i pori microscopici con resina. Questo non migliora la resistenza, ma ripristina la tenuta alla pressione.
La porosità da gas rimane uno dei difetti di fusione più comuni, ma è possibile controllarla. Concentratevi sulla rimozione dell'umidità, sulla degassificazione del metallo e sulla progettazione di un sistema di ventilazione adeguato. Con le tecniche giuste, otterrete fusioni solide e prive di problemi legati ai gas.
