Formazione di inclusioni non metalliche nelle fusioni

Le fonti di inclusioni e gas nel metallo fuso includono principalmente diversi aspetti: residui e gas dalla decomposizione termica e vaporizzazione dei modelli, scorie e gas generati durante la fusione del metallo fuso, scorie ossidate formate dall'ossidazione del metallo fuso, dissoluzione di gas specifici da parte del metallo fuso ad alta temperatura e impurità esterne che entrano nella cavità dello stampo sigillato.

Tra queste scorie e gas, le scorie prodotte durante la fusione del metallo fuso rappresentano la proporzione maggiore, seguite dalle scorie generate dalle reazioni tra i gas disciolti nel metallo fuso ad alta temperatura e il metallo stesso, nonché dagli ossidi formati dall'ossidazione del metallo fuso. Infatti, i residui dalla vaporizzazione e decomposizione termica dei modelli occupano una proporzione relativamente piccola. Ciononostante, una scarsa sigillatura delle cavità dei modelli consente l'invasione di impurità esterne, che possono indurre gravi difetti di inclusione massiva.

Queste scorie, gas e impurità solide mescolate esternamente presentano bassa densità. Galleggiano lentamente verso l'alto durante il riempimento e il raffreddamento del metallo fuso prima della solidificazione, e si spostano verso aree con minore pressione laterale sotto pressione negativa. Se tali scorie e gas sfuggono dai getti mentre il metallo rimane liquido, non si verificheranno difetti di inclusione né di soffiature.

Nelle fonderie a schiuma persa, le camere a pressione negativa dei sistemi a pressione negativa della sabbia sono per lo più disposte sul fondo e sulle pareti circostanti delle scatole di sabbia. La direzione dell'estrazione a pressione negativa è perpendicolare alla direzione naturale di galleggiamento verso l'alto delle scorie e dei gas, il che ostacola il galleggiamento verso l'alto e lo scarico di impurità e gas.

I fattori termodinamici e cinetici che governano la formazione e la rimozione delle inclusioni nel metallo fuso facilitano il verificarsi di difetti di inclusione nei getti a schiuma persa, ostacolandone al contempo l'eliminazione. A causa della diversità dei materiali grezzi e ausiliari adottati dalle fonderie nazionali, e sotto la pressione della continua riduzione dei costi, il rottame d'acciaio e la ghisa acquistati contengono composizioni complicate e abbondanti impurità.

La maggior parte delle fonderie fonde rottame d'acciaio in forni a induzione a media frequenza per la produzione di getti, con conseguente elevato contenuto di elementi impuri nel metallo fuso. Nel frattempo, i materiali dei modelli utilizzati dalle imprese nazionali di fonderia a schiuma persa sono per lo più schiuma di polistirene per edilizia e imballaggio. Complesse reazioni fisiche e chimiche tra il metallo fuso in riempimento e i materiali dei modelli producono abbondanti prodotti di pirolisi, aumentando ulteriormente le inclusioni nel metallo fuso.