Gjutning och simulering av tunt segjärnsgjutgods

Många segjärnskomponenter är idag överdimensionerade på grund av bristande kunskap kring hur tunt segjärngjutgods ska produceras. Idag ligger stort viktfokus inom många branscher, speciellt då inom fordonsbranschen. Då kunskapen kring att gjuta segjärnet tunt är bristfällig blir konsekvensen vanligen att byta material (till exempel aluminium) för att reducera vikt. Då förloras många av segjärnets goda mekaniska egenskaper såsom hållfasthet och brottförlängning. Den största utmaningen vid gjutning av tunt segjärnsgjutgods är att undvika karbidurskiljning (vitt stelnande) på grund av den höga stelnings- och svalningshastighet som uppkommer. Formfyllnaden blir av samma anledning också försvårad. Ett antal prov göts i en testgeometri som bestod av ett tunnväggigt rör. Proven visade olika parameters påverkan på fyllhöjden i röret. Väggtjockleken visade sig naturligt vara en av de parametrar som påverkade allra mest. Kol- och kiselhalt visade mindre effekt på fyllhöjden. Mikrostrukturen i ett antal rör studerades och det kunde ses ett samband mellan den höga stelnings- och svalningshastigheten och karbidbildning samt nodultäthet. Det noterades också att karbidbildning och nodultätheten varierar genom röret. Detta antas bero på att formmaterialet värms upp av den passerande smältan och blir mer isolerande. Det kan även bero på att foten på röret bidrar med värme till den närmaste omgivningen och därmed bromsar stelning och svalning. Provgjutningarna i röret användes som indata för att trimma in gjutsimuleringsprogrammet ProCast. Det intrimmade programmet användes sedan för att gjutsimulera projektets reella komponent, ett cylinderskydd från Indexator AB. Simuleringen visade att det skulle bli en problematisk gjutning med stor risk för kallflytningar. En provgjutning bekräftade resultatet. För att minska karbidbildningen krävs mer utredning kring hur smältans kemiska sammansättning och ympprocessen påverkar segjärnets mikrostruktur vid tunnväggig gjutning. Försök bör också göras med ökad isolation i formmaterialet för att sänka stelnings- och svalningshastigheten. Formfyllnad vid tunnväggig gjutning är idag möjlig att simulera med tillfredställande noggrannhet. Dock behövs mer kunskap kring samspelet mellan smälta och form. Gravitationsgjutning av tunna sektioner är ett relativt snabbt förlopp där värmeövergångstalet och värmeledningsförmågan hos formsanden är faktorer som påverkar i hög grad