Støbegods fra Østen Stål

Støbegods fra Østen
Stål- & stålkvaliteter
80 % af de mange emner af støbegods fra Østen, som Force
Technology har undersøgt og afprøvet, levede ikke op til de stillede
krav og kunne ikke anvendes.
Force Technology har i de senere
år oplevet et stigende antal henvendelser vedrørende støbejern og
stålstøbegods fremstillet i lande
som blandt andet Kina, Vietnam
og Korea. Interessen for at få
fremstillet støbegods i disse lande
er stærkt stigende, da prisen er
lav sammenlignet med leverancer
fra eksempelvis europæiske og
skandinaviske støberier. Godset
er bestilt af og leveret til kunder
blandt andet i Danmark.
Virksomheden er jævnligt blevet konsulteret, da det leverede
støbegods i flere tilfælde ikke har
levet op til den forventede / ønskede kvalitet. Den manglende
kvalitet har f.eks. vist sig i form af
forkert kemisk sammensætning af
det bestilte støbegods og for dårlige mekaniske egenskaber hidrørende fra en ikke optimal mikrostruktur i godset. Store geometriske fejl så som manglende godstykkelse, porøsiteter, sugninger,
indeslutninger mv. er ligeledes
set, og disse fejl har ofte været i et
sådant omfang, at de støbte emner
måtte kasseres. Sidstnævnte fejltyper går ind under det, vi benævner som ”klassiske” støbefejl, som
altid, i et større eller mindre omfang, kan forventes i støbegods.
Reducerede mekaniske egenskaber
Traditionelt gråt støbejern med
flagegrafit anvendes stadig i et
vist omfang, men mængden af SGjern, som er støbejern med kuglegrafit, er stigende. Flagegrafitten
i det traditionelle, grå støbejern
virker som små flade diskontinuiteter i materialet, og derfor er de
mekaniske egenskaber (trækstyrke og sejhed) ikke specielt
gode sammenlignet med SG jern,
16
Af
Henrik Bang,
Force Technology
hvor grafitten ligger som kugler.
Kuglerne i SG jern dannes ved at
pode smelten med magnesium
umiddelbart inden udstøbning.
Dette betyder så, at tidsrummet,
fra smelten er podet med magnesium, til denne skal støbes ud, er
relativt kort. Går der for lang tid,
vil kugleformen gradvist blive
mere eller mindre ”eksploderet”
og aflang (set i mikroskopet), for
til sidst at ende som grafitflager i
stedet for kugler. Eksempel herpå
er vist på figur 1 og 2 herunder.
Bliver podningen ikke udført korrekt, kan der opstå magnesiumslagger i smelten, som efterfølgende kan/vil observeres i materialet som aflange diskontinuiteter,
hvilket vil reducere trækstyrken,
slagsejheden og udmattelsesstyrken. Magnesiumslagger i materialet er også kendt som ”dross”.
fra støberiet har handelsselskabet
ofte bestilt store mængder komponenter. Til trods for, at handelsselskabet i visse tilfælde har en repræsentant på støberiet, forekommer det, at de leverede komponenter ikke modsvarer den forventede
kvalitet. Fejltyper som manglende
godstykkelse, sugninger, mikroporøsiteter, sandindeslutninger, indvendige kanter / forskydninger og
en lang række af andre fejl er ikke
unormale. Og dette til trods for, at
det aktuelle støberi kan eftervise
mange års erfaring i at levere til
det internationale marked, samt
besidder diverse godkendelser. Set
med støberiets øjne, så har deres
kunde fået en komponent, der ser
ud som den, han har ønsket.
Handelsselskaber kan
komme galt af sted
Store svejsereparationer af støbegodset grundet eksempelvis utætheder observeret under trykprøvning forekommer også.
Svejsereparationer af stålstøbegods er at betragte som en del af
selve fremstillingsprocessen på et
stålstøberi. Men svejsereparationer skal udføres efter en godkendt
svejseprocedure og ofte med en efterfølgende varmebehandling. Leveres en svejserepareret komponent til en slutkunde vil denne,
eller en certificerende myndighed,
ofte kræve dokumentation for den
udførte reparation. Foreligger der
ingen dokumentation, kan komponenten typisk ikke godkendes.
Indgår komponenten eksempelvis
i et større anlæg, kan dette betyde
forsinkelse, dagbøder osv. Sådanne oplevelser reducerer komponentleverandørens troværdighed.
Rent støbeteknisk er det praktisk
muligt at støbe alle de legeringer,
vi kender fra de i industrien anvendte gængse materialer. Visse
komponenter til eksempelvis trykbærende anlæg er traditionelt
fremstillet i stålstøbegods. Komponenterne sælges ofte til slutkunden af handelsselskaber, der
importerer fra støberier. Disse
handelsselskaber har også i stigende grad fået øjnene op for, at
anvende
underleverandører
i
fjernøsten. FORCE Technology
har set talrige eksempler på, at diverse handelsselskaber sender
nogle af deres støbte komponenter
til støberier i fjernøsten med forespørgsel om, hvorvidt et givet støberi vil være i stand til at fremstille de aktuelle komponenter.
Med en positiv tilkendegivelse
Svejsereparationer
kan give dagbøder
STØBERIET nr. 6, 2009
Figur 1: Støbejern hvor grafitten har form som kugler. Figur 2: Støbejern med grafitflager i stedet for "kugler"
Fuld dokumentation
rækker ikke altid
Relativt store emner fremstilles
også ofte i stålstøbegods. FORCE
Technology har set eksempler på
sådanne store emner med en vægt
på omkring 10 tons. Disse var blevet leveret af et støberi i Østen
med fuld dokumentation for, at
varmebehandling samt ikke destruktiv kontrol var udført, og at
godset var fundet fejlfrit og i orden. Køberen af godset valgte dog
at lave egenkontrol af godset, hvilket afslørede revner i overfladen.
Efter bortslibning af revnerne
blev der observeret store kaviteter, indeslutninger af sand mv. i
Figur 3. SCRATA komparator sæt
STØBERIET nr. 6, 2009
mange positioner. For denne
kunde udførte vi - baseret på fotos
og tegning af støbelayout - en vurdering af mulige årsager til fejlene. Det var vores vurdering, at
støbelayoutet ikke var optimalt,
hvilket med overvejende sandsynlighed var årsagen til de observerede fejl. Efter støberiets vurdering levede de støbte emner dog
fuldt ud op til, hvad man havde
forpligtet sig til at levere. Leveringstiden på sådanne store støbte
emner kan nemt være f.eks. 5 måneder. Ovenstående emner måtte
sandsynligvis kasseres, hvilket
utvivlsomt resulterede i en stor
projektforsinkelse.
Hvordan specificeres
støbegods – hvor godt
skal det være?
Generelt.
Der findes ikke et færdigt sæt
standarder, der præcist siger, hvilken kvalitet støbejern og stålstøbegods skal leve op til, hvilket i
hvert enkelt tilfælde aftales mellem kunde og støberi. Dette vil
kort blive beskrevet senere i
denne artikel.
Problemstillinger
som støbelayout, formfremstilling,
raffinering af smelten osv. bør
man som kunde hos et støberi
Figur 4. Praktisk eksempel på anvendelse af komparator.
17
ikke gå dybere ind i. De støbetekniske problematikker bør således
løses på baggrund af støberiets erfaringer og ekspertise. Går man
som kunde ind i disse problematikker vil man efterfølgende
kunne blive holdt ansvarlig for, at
et støbt emne ikke blev som forventet og måtte kasseres. Derimod anbefales det at få en god
dialog med støberiet om, hvad
man ønsker, og hvad støberiet har
mulighed for at levere. Man kan jo
vælge at gå den sikre vej og specificere, at man ønsker noget ”fejlfrit” gods, men dette er ofte svært
at fremstille og dermed kostbart,
hvis ikke umuligt at fremstille.
Alt efter hvilken komponent, man
ønsker at få støbt, kan det ofte
være nødvendigt at finde ud af,
ved hjælp af styrkeberegninger,
hvor komponenten er hårdest belastet og efterfølgende have fokus
på dette geometriske område. Ofte
kan det være en fordel at få prøvestøbt et eller flere emner og lave
destruktiv såvel som ikke destruktiv prøvning af de kritiske
områder for at fastlægge, hvorvidt
støberiet er i stand til at levere
den ønskede kvalitet.
Hvordan specificeres
overfladens beskaffenhed­?
Bestiller man et støbt emne, har
man altid en eller anden forventning til overfladens beskaffenhed.
Som tidligere nævnt, så skal overfladebeskaffenheden aftales med
støberiet i hvert enkelt tilfælde.
For nogle emner er det ikke af signifikant betydning, hvorvidt overfladen er glat eller ru. For andre
komponenter, som eksempelvis
skal anvendes til transport af flydende medier, er det mere vigtigt,
at overfladerne fremstår glatte og
uden kanter mv., som ville kunne
forårsage turbulent flow og dermed f.eks. kavitations – eller erosionsskader.
Komperatorer til
visue­l sammenligning
Standarden, DS/EN 12454 (”Visuel prøvning af overfladeuregelmæssigheder. Stålsandstøbning”)
18
beskriver, hvorledes overfladeruhed samt diskontinuiteter specificeres og kontrolleres. Standarden
foreskriver, at der skal anvendes
komparatorer.
En komparator er en referenceplade med et aftryk af en given
overfladebeskaffenhed og anvendes til visuel sammenligning.
Blandt andet har det britiske
Casting Development Centre udviklet et sådant sæt, som definerer
forskellige niveauer for eksempelvis ikke metalliske indeslutninger
på overflader, gasporøsiteter mv.
fire forskellige kvalitetsniveauer
anvendes. Disse komparatorer
går under betegnelsen SCRATA
komparatorer. Figur 3 viser et
SCRATA komparator sæt. Figur 4
viser et praktisk eksempel på anvendelse. Overfladefejl og revnelignende indikationer.
Standarderne
DS/EN
1369
(Støbning – Magnetpulverundersøgelse) og DS/EN 1371 (Støbning
– Penetrantprøvning) beskriver,
hvorledes støbte emner undersøges for de fejltyper, som ovennævnte metoder typisk vil detektere. Prøvningsmetoderne er
velkendte fra svejsekontrol, hvor
acceptkriteriet normalt er ”ingen
lineære indikationer”.
På støbte emner vil det mere eller mindre altid være forventeligt
at finde indikationer i varierende
omfang. Derfor definerer standarderne nogle fejltyper, samt krav til
tæthed, størrelse mv. Ligeledes er
der i standarderne defineret nogle
kvalitetsniveauer. Hvilket kvalitetsniveau, der måtte ønskes for
et aktuelt emne, skal aftales med
støberiet i hvert enkelt tilfælde. I
tabel 5 (i DS/EN 1369) er defineret (med reference til de tidligere
beskrevne komparatorer), hvilken
overfladebeskaffenhed der påkræves, for at indikationer af en given
størrelse kan detekteres.
Fejl inde i støbegodset
For at detektere mulige fejl inde
i selve støbegodset anvendes metoderne ultralyd og radiografi.
Standarderne DS/EN 12680-1, 2
+ 3 (Støbning – Ultralydsundersøgelse) og DS/EN 12681 (Støbning
– Radiografisk prøvning) beskriver, hvorledes støbegods undersøges.
Ultralydsundersøgelse:
Kriterierne for ”volumetriske diskontinuiteter” er defineret i tabel 1 i DS/EN 12680-1. Tabellen
beskriver fem forskellige kvalitetsniveauer og specificerer forskellige fejltyper og fejlstørrelser,
samt hvor tæt disse må ligge. Der
opereres med en udvendig zone og
en midterzone på godset, og kvalitetsniveauerne for disse to zoner
kan være forskellige. Som reference bliver der typisk anvendt
et 3 til 8 mm fladbundet hul, for
at definere størrelser på hulrum.
Standarden åbner også mulighed
for, at der i områder på godset,
hvor dette er hårdt belastet, kan
specificeres en bedre kvalitet end i
resten af godset.
Standarden forudsætter også,
at godset har været udsat for en
kornforfinende varmebehandling,
inden der foretages ultralydsundersøgelse. Mange emner fremstår
med en relativ grov struktur efter støbning, hvilket kan bevirke,
at det er svært for ultralyden at
trænge igennem materialet.
Radiografi:
Som i de ovenfor nævnte standarder er der i DS/EN 12681 ligeledes
defineret fem forskellige kvalitetsniveauer. Hvilket kvalitetsniveau,
det aktuelle støbegods skal leve
op til, skal også her aftales med
støberiet i hvert enkelt tilfælde.
Standarden henviser eksempelvis
til ASTM-E-446, som er et referenceatlas – i dette tilfælde for stålstøbegods op til 51 mm tykkelse.
Yderligere defineres der en række
forskellige diskontinuiteter som f.
eks revner, gasporøsiteter, sandog slaggeindeslutninger mv. I forbindelse med radiografisk undersøgelse af støbegods skal kvaliteten holdes op mod det referenceatlas, som standarden henviser til,
og herudfra kan det så bedømmes,
hvorvidt kvaliteten af støbegodset
lever op til det specificerede.
Styr på materialets mikrostruktur og mekaniske egenskaber
(prøveemner).
STØBERIET nr. 6, 2009
For stålstøbegods er det den
kemiske sammensætning af materialet samt den efterfølgende
kornforfinende varmebehandling,
der primært afgør de mekaniske
egenskaber. For støbejern er det
grafittens form, fordeling og størrelse, der afgør, hvorledes de mekaniske egenskaber bliver. For at
verificere, hvorvidt det bestilte
støbegods lever op til de specificerede egenskaber, er det oplagt at
lave relevante tests på et medstøbt
prøveemne. Ud fra testresultater
kan det så bedømmes, hvorvidt
den aktuelle charge lever op til det
specificerede.
Standarden
DS/EN
1559-1
(Støbning – Tekniske leveringsbetingelser, Del 1, Generelt) beskriver de krav, man generelt skal /
bør stille til støbegods. Det være
STØBERIET nr. 6, 2009
sig både støbejern, støbestål, støbt
aluminium, støbt magnesium og
støbt zink. For de ovennævnte materialer er der en standard med
tillægskrav udover de i DS/EN
1559-1 specificerede.
For stålstøbegods er der i standarden DS/EN 1559-2 (tillægskrav
til stålstøbegods) angivet nogle
retningsliner for størrelsen af
medstøbte prøveemner, samt hvor
på disse prøveemner aktuelle prøvestykker skal udtages. De mekaniske egenskaber skal leve op til
de krav, der er specificeret i produktstandarden, eller til hvad der
er aftalt med st øberiet. Yderligere
angiver standarden den tilladelige
afvigelse i den kemiske sammensætning.
DS/EN 1559-3 (tillægskrav til
jernstøbegods) refererer til de
specifikke standarder for de forskellige typer af støbejern – eksempelvis DS/EN 1563 ( Støbning – støbegods med kuglegrafit
(SG-jern)). I DS/EN 1563 er de
mekaniske egenskaber specificeret, samt hvorledes medstøbte
prøver – afhængig af, om de er
støbt selvstændigt eller sammen
med det aktuelle emne - skal udformes. Yderligere stiller denne
standard krav til formen af grafitkugler i henhold til DS/EN 945-1
(Støbejerns mikrostruktur – Del 1:
Grafitklassificering ved hjælp af
visuel analyse). Denne standard er
en form for ”atlas” over forskellige
grafitformer, størrelse og fordeling, som kan forventes i støbejern
med flagegrafit samt i støbejern
med kuglegrafit.
19