9.9 Blackning

Blackning utgör i många sammanhang en nödvändig operation i samband med gjutgodsframställning. Vid blackning påläggs form- och kärnytor en skyddande finkornig beläggning.

Skriv ut
Innehållsförteckning

    9.9.1 Blackning

    De porer som finns mellan sandkornen på en oblackad form- eller kärnyta täpps därigenom till. Smältans inträngning mellan sandkornen försvåras därmed. Syftet är att åstadkomma jämna, släta och sandfria godsytor.

    Blackens viktigaste uppgift är att skapa ett avstånd mellan den heta smältan och form- respektive kärnytan för att på så sätt undvika metallinträngningar och reaktioner mellan det gjutna materialet och formmassan.

    En black består vanligen av följande komponenter:

    • Täckmaterial
    • Lösningsmedel
    • Bindemedel
    • Uppslamningsmedel
    • Vätmedel
    • Bakteriehämmande medel
    • Skumdämpande medel

    Utvecklingstrender för blacker

    Några av de trender som finns inom området är:

    • Aktiva blacker som används vid CGI och segjärnstillverkning är under utveckling.
    • Aluminiumgjuterier tenderar att använda mer black än tidigare, då man vill ha finare ytor och blästern inte kan ta bort fastbränningar eller grova ytor.
    • Det utvecklas mer specialblacker för järngjuterier för att få en mer stabil och säker produktion.
    • Mera snabbtorkande blacker är också sådant som är under lupp och jobbas med.
    • På grund av det höga zirkonpriset så pågår också arbete med att ersätta detta. Detta gäller  detta gäller främst blacker för stålgjuterier.

    9.9.2 Blackers komponenter

    Här presenteras de komponenter som vanligen ingår i en black.

    Täckmaterial

    Täckmaterialet utgör blackens huvudbeståndsdel, basmaterial, och är ofta blackens aktiva komponent. De vanligaste täckmaterialen är grafit och zirkon, aluminiumsilikat samt andra keramiska material.

    Täckmaterialets kornstorlek är av stor betydelse. Det skall inte vara grövre än att det kan tränga in mellan porerna i sandväggen och härigenom åstadkomma att det utanpåliggande blackskiktet blir väl förankrat. Det bör inte heller vara onödigt finkornigt eftersom blackens sprickkänslighet ökar med finkornigheten. Utgående från beräkningar och erfarenheter gäller att täckmaterialets kornstorlek huvudsakligen bör ligga mellan en tiondel och en femtedel av sandens kornstorlek vid tät kornpackning.

    Lösningsmedel

    Lösningsmedlets uppgift är att se till att blacken befinner sig i flytande form, så att den kan penetrera de ytor blacken skall bindas till. När blacken har penetrerat ytorna skall lösningsmedlet dunstas av eller brännas bort.

    Som lösningsmedel används antingen vatten eller ett organiskt lösningsmedel, ISO propylalkohol (etanol). Man säger därför i dagligt tal att man använder en vattenblack respektive spritblack.

    Vattenblack är den billigaste och mest miljöanpassade blacktypen. Fördelarna är att dessa blacker inte avger några farliga ångor och att de är lätta att transportera, lagra och hantera. I allt större utsträckning används numera därför vattenblacker. Nackdelar kan främst uppstå i samband med att vattnet torkas bort av den torkutrustning som torkar kärnan. alltså någon form av torkutrustning.

    I stort sett kan vattenblack användas överallt, men det finns tillämpningar där spritblack ändå är att föredra trots risk för en otillfredsställande arbetsmiljö.

    Detta gäller bland annat i följande fall:

    • Vid form- och kärnmaterial som är speciellt känsliga för vatten, till exempel när vattenglasbindemedel används.
    • Vid krav på snabb torkning. Detta kan gälla vid högproduktiva tillverknings liner där tiden från form- och kärntillverkning till avgjutning är relativt kort.

    Bindemedel

    Bindemedlets uppgift är att fästa täckmaterialets korn till varandra och till form/kärnytan. Bindemedlen liknar de bindemedel som används vid kärntillverkning, men även fosfatbindemedel används för en del speciella blacker.

    Uppslamningsmedel

    Uppslamningsmedlets uppgift är att se till att täckmaterialet inte sjunker till botten och sedimenterar alldeles för fort. Samtidigt bidrar det till blackens konsistens. I vattenblacker är det vanligt att använda bentonit och cellulosaderivat som uppslamningsmedel. I spritblacker används oljesvällande bentonit.

    Vätmedel

    Ytaktiva ämnen (vätmedel) förekommer som tillsats i vattenblacker. Dess uppgift är att förbättra klistringen mellan black och form- respektive kärnvägg samt att öka inträngningen av blacken mellan sandkornen.

    Bakteriehämmande medel

    Om vattenbaserade blacker får stå alltför länge, sker ofta en tillväxt av bakterier eller svampar i dem, de ”ruttnar” eller ”surnar”. För att förhindra detta tillsätts biocider, svamp- och bakteriedödare.

    Skumdämpande medel

    Ibland förekommer skumdämpare men då endast för vattenblacker.

    9.9.3 Lagringsföreskrifter för blacker

    Både vattenblacker och spritblacker kan lagras i sex månader vid normala förhållanden.

    Vattenblacker kan lagras i sex månader vid normala förhållanden i obruten tät förpackning. De får inte utsättas för frost då frysning förstör blacket, men skall heller inte stå i direkt solljus.

    Vattenblacker bör inte komma ut till avlopp, vatten eller mark. Detta är i de flesta fall inte angivet i säkerhetsdatabladen men dessa kan ge problem då de exempelvis kan färga vattnet.

    Spritblacker kan lagras sex månader vid normala förhållanden i obruten tät förpackning och måste lagras torrt på en väl ventilerad plats skild från värme och antändningskällor. Vidare skall åtgärder mot statisk elektricitet vidtas, detta på grund av explosions- och brandrisken. Spritblacker är klassade som mycket brandfarliga.

    9.9.4 Övriga blacker

    Här behandlas några olika blacker.

    Tellur- och vismutblacker (Kylblack)

    Kylblack (med till exempel tellur eller vismut) kan anbringas på de ytor på kärnan som möter de partier på godset där sugningar uppstår. När smältan träffar tellur-eller vismutblacket stelnar det snabbt i ytan närmast blacket. Allt kol som är löst i smältan bildar då cementit och ger en mycket hård och tät struktur. Eftersom tellur och vismut gynnar vitt stelnande (metastabila systemet) kan man genom att använda olika stark inblandning av tellur eller vismut i kylblacket styra vilken tjocklek detta cementitskikt skall ha.

    Kylblack kan även användas för att ge slittåliga ytor. Observera att detta inte ska användas på ytor som senare ska bearbetas då det blir alldeles för hårt.

    Läs mer om vitt stelnande i kapitlet om gjutjärn.

    Penetrationsblacker

    Finns både med vatten eller sprit som lösningsmedel.

    Blackerna har hög torrhalt och stark inträngningsförmåga. Blackerna impregnerar även bindemedelsbryggorna och fyller ut hålrummen mellan sandkornen med black för de första 3 till 5 sandkornslagren. Detta black används för att exempelvis motverka erosion och penetrationer.

    Svavelstoppsblack

    Ett black som används vid furanformning. Det kemiska svavelstoppet bygger på en kalciumkomponent som binder svavlet som vill spridas ut från den återvunna sanden in i järnet. Som en variant förekommer också väldigt finmalda fraktioner som tränger in i sandytan och ger ett visst fysikaliskt svavelstopp som stoppar svaveldiffusionen.

    Pulverblack (Elektrostatiska blacker)

    Pulverblacker är blacker som appliceras elektrostatiskt på formar och kärnor. Denna metod ger inga problem med lösningsmedelsångor eller brandrisk. En annan fördel är man inte behöver någon torkutrustning heller.

    Blacker för lost foam

    Lost foam-blacker är framtagna för att ge utmärkta godsytor och dimensionsstabilitet till polystyrenmodeller, samtidigt som vanliga problem som bildning av glanskol, metallpenetration och för tidig formkollaps undviks.

    Permeabilitet och sammansättning är speciellt utvecklad för att möta kraven från lost foam-processen.

    Blackerna kan appliceras genom pensling, doppning, och sprutning.

    9.9.5 Applicering av black

    De flesta blacker kan påföras formar och kärnor på flera olika sätt beroende på spädningsgraden.

    Påföringsmetoderna är:

    • Doppning
    • Översköljning
    • Pensling
    • Sprutning

    Oftast kan man obehindrat växla mellan metoderna, men i vissa fall är man bunden till att använda någon specifik metod.

    Stor noggrannhet måste iakttas vid blackningen. Exempelvis ger ojämn tjocklek hos blackskiktet upphov till måttvariationer hos godset. Oavsett vilken appliceringsmetod man använder är det viktigt att blacken är homogen och att viskositeten är lämplig för appliceringsmetoden. Sprutning kräver lägst och pensling högst viskositet.

    Film: Blackning på Volvos nya gjuteri G2.

    Blackning i Volvos nya gjuteri G2.

    Doppning

    Doppning är en effektiv och rationell metod som fungerar särskilt bra för långa serier och hela kärnpaket. Enstaka små och medelstora kärnor blackas också med fördel med metoden, men den är helt olämplig för formar. Blacken skall vara starkt tixotrop, det vill säga att den varken rinner eller droppar. Det medför att den ständigt måste hållas i rörelse för att kunna flyta ut över ytorna.

    Nackdelar med metoden är att luft kan bli instängd i fickor och på så sätt hindra blackbeläggning. En annan nackdel är att minst en kärnanvisare blir blackad. Det kan leda till blåsor och påverka dimensionsnoggrannheten negativt, i synnerhet om flera kärnor skall sammanfogas.

    Doppningen kan ske för hand men då kan blacktjockleken variera beroende på dopptid och hur man håller kärnan vid avrinningen. Detta är en mycket svår operation som kräver erfarenhet och kompetens hos operatören.

    Det vanligaste är att operationen automatiseras Vid automatiserad blackning genom doppning kan blackningsstationen helt inkapslas och förses med effektiv ventilation om så behövs exempelvis vid spritblackning. Den automatiserade doppningen ger samma resultat från gång till gång, då dopptid, tid och vinklar hela tiden är de samma. En förutsättning för att få samma resultat är också att blackens viskositet inte varierar för mycket samt att blackens temperatur är jämn. Vidare får inte kärnan eller formen vara för varm för då förkortas blackavrinningstiden.

    Film: Doppning av formar i black på Scanias gjuteri.

    Blackning på Scania.

    Översköljning

    Vid blackning genom översköljning spolas blacken över kärnan eller formen. Förfarandet benämns även flödesblackning. Metoden används huvudsakligen vid blackning av stora kärnor. Översköljningen sker alltid över ett uppsamlingskar, varvid kärnan exempelvis placeras på ett galler så att överskottsblack rinner tillbaka till systemet. I många fall måste vissa ytor dras av med pensel efter översköljningen för att avlägsna eventuell överskottsblack. Översköljningen sker ofta manuellt och kräver speciellt vid spritblackning god ventilation.

    Pensling

    Pensling innebär att formen eller kärnan ”målas” med black (se figuren). Metoden förekommer vid korta serier samt vid blackning av stora formar och kärnor. Speciellt vid spritblackning krävs god ventilation.

    Metoden ger förhållandevis släta ytor men fordrar viss vana och tar längre tid än andra förfaranden. Pensling används också när man vill blacka lokalt med stödblack, kylblack eller penetrationsblack.

    Sprutning

    Sprutning kan användas till nästan alla storlekar på formar och kärnor. Operationen sker ofta manuellt. En dimma av luft och black uppstår, vilket medför att god ventilation krävs.

    Vid sprutblackning skall blacken vara tixotrop och det är viktigt att viskositeten är rätt. I annat fall uppstår lätt ojämna ytor. Tekniken skall vara sådan att ett jämnt, tjockt lager sprutas ut över hela ytan

    Detta kan vara svårt vid exempelvis djupa indragningar. Det är också svårt att kontrollera sprutresultatet under tiden sprutarbetet utförs. Det är viktigt att sprutpistolens munstycke anpassas till storleken hos de fasta partiklarna i blacken. Det får inte förekomma enstaka alltför stora korn, eftersom munstycket då sätts igen.

    Sammantaget är detta en mycket svår operation som kräver erfarenhet och kompetens hos operatören.

    9.9.6 Torkning av black

    Före användningen måste den blackade formen och kärnan torka.

    Torkningen kan ske genom lufttorkning. Olika sätt att påskynda torkningen förekommer. Detta kan ske i ugn med gas eller el, med mikrovågsugn, eller under en ramp med infravärme.

    En torkutrustning som utvecklats under senare år är torkugnar med vakuum kombinerat med IR-teknik. I många fall rekommenderar leverantören det för blacken bästa torkningsförfarandet.

    För att torkresultatet skall bli bra krävs även ett bra luftflöde i processen.

    Spritblacker torkas vanligen genom antändning eller lufttorkning. Bildade förbränningsgaser bör ventileras bort från arbetsplatsen. Om eftertorkning av spritblack sker i ugn måste explosionsrisken uppmärksammas och de delar i produktionen som berörs måste då EX-klassas.