Ролята на често използваните елементи в сивия чугун
1. Въглерод и силиций: Въглеродът и силицийът са елементи, които силно насърчават графитизацията. Въглероден еквивалент може да се използва, за да се илюстрират техните ефекти върху металографската структура и механичните свойства на сивия чугун. Увеличаването на въглеродния еквивалент кара графитните люспи да станат по-груби, да се увеличи броят им и да намали здравината и твърдостта. Напротив, намаляването на въглеродния еквивалент може да намали броя на графитите, да пречисти графита и да увеличи броя на първичните аустенитни дендрити, като по този начин подобри механичните свойства на сивия чугун. Въпреки това, намаляването на въглеродния еквивалент ще доведе до намаляване на ефективността на леене.
2. Манган: Самият манган е елемент, който стабилизира карбидите и възпрепятства графитизацията. Има ефект на стабилизиране и рафиниране на перлит в сив чугун. В диапазона от Mn=0,5% до 1,0%, увеличаването на количеството манган е благоприятно за подобряване на якостта и твърдостта.
3. Фосфор: Когато съдържанието на фосфор в чугуна надвишава 0,02%, може да възникне междузърнеста фосфорна евтектика. Разтворимостта на фосфора в аустенита е много малка. Когато чугунът се втвърди, фосфорът основно остава в течността. Когато евтектичното втвърдяване е почти завършено, съставът на оставащата течна фаза между евтектичните групи е близък до тройния евтектичен състав (Fe-2%, C-7%, P). Тази течна фаза се втвърдява при около 955 ℃. Когато чугунът се втвърди, молибден, хром, волфрам и ванадий се отделят в богатата на фосфор течна фаза, увеличавайки количеството на фосфорна евтектика. Когато съдържанието на фосфор в чугуна е високо, в допълнение към вредните ефекти на самата фосфорна евтектика, това също ще намали легиращите елементи, съдържащи се в металната матрица, като по този начин отслабва ефекта на легиращите елементи. Фосфорната евтектична течност е кашава около евтектичната група, която се втвърдява и расте, и е трудно да се попълни по време на свиване при втвърдяване, а отливката има по-голяма тенденция да се свива.
4.Сяра: Намалява течливостта на разтопеното желязо и увеличава склонността на отливките да се напукват горещо. Това е вреден елемент в отливките. Затова много хора смятат, че колкото по-ниско е съдържанието на сяра, толкова по-добре. Всъщност, когато съдържанието на сяра е ≤0,05%, този вид чугун не работи за обикновения инокулант, който използваме. Причината е, че инокулацията се разлага много бързо и често се появяват бели петна по отливките.
5.Мед: Медта е най-често добавяният легиращ елемент при производството на сив чугун. Основната причина е, че медта има ниска точка на топене (1083 ℃), лесно се топи и има добър легиращ ефект. Графитизиращата способност на медта е около 1/5 от тази на силиция, така че може да намали склонността на чугуна да има бял отлив. В същото време медта може също да намали критичната температура на трансформация на аустенит. Следователно медта може да насърчи образуването на перлит, да увеличи съдържанието на перлит и да рафинира перлита и да укрепи перлита и ферита в него, като по този начин увеличи твърдостта и здравината на чугуна. Въпреки това, колкото по-голямо е количеството мед, толкова по-добре. Подходящото количество добавена мед е 0,2% до 0,4%. Когато добавяте голямо количество мед, едновременното добавяне на калай и хром е вредно за производителността на рязане. Това ще доведе до образуването на голямо количество сорбитна структура в матричната структура.
6. Хром: Легиращият ефект на хрома е много силен, главно защото добавянето на хром увеличава тенденцията на разтопеното желязо да има бяла отливка и отливката лесно се свива, което води до отпадъци. Следователно количеството хром трябва да се контролира. От една страна се надяваме, че разтопеното желязо съдържа известно количество хром, за да се подобри здравината и твърдостта на отливката; от друга страна, хромът е строго контролиран на долната граница, за да се предотврати свиването на отливката и причиняването на увеличаване на процента на скрап. Традиционният опит твърди, че когато съдържанието на хром в първоначалното разтопено желязо надвишава 0,35%, това ще има фатален ефект върху отливката.
7. Молибден: Молибденът е типичен елемент, образуващ съединение и силен стабилизиращ перлита елемент. Може да рафинира графит. Когато ωMo<0,8%, молибденът може да рафинира перлита и да укрепи ферита в перлита, като по този начин ефективно подобрява здравината и твърдостта на чугуна.
Трябва да се отбележат няколко проблема в сивия чугун
1. Увеличаването на прегряването или удължаването на времето на задържане може да накара съществуващите хетерогенни сърцевини в стопилката да изчезнат или да намали тяхната ефективност, намалявайки броя на аустенитните зърна.
2. Титанът има ефект на рафиниране на първичен аустенит в сив чугун. Тъй като титановите карбиди, нитриди и карбонитриди могат да служат като основа за нуклеация на аустенит. Титанът може да увеличи сърцевината на аустенита и да рафинира аустенитните зърна. От друга страна, когато има излишък от Ti в разтопеното желязо, S в желязото ще реагира с Ti вместо с Mn, за да образува TiS частици. Графитното ядро на TiS не е толкова ефективно, колкото това на MnS. Следователно образуването на евтектична графитна сърцевина се забавя, като по този начин се увеличава времето за утаяване на първичния аустенит. Ванадий, хром, алуминий и цирконий са подобни на титана по това, че лесно образуват карбиди, нитриди и карбонитриди и могат да станат аустенитни ядра.
3. Има големи разлики в ефектите на различните инокуланти върху броя на евтектични клъстери, които са подредени в следния ред: CaSi>ZrFeSi>75FeSi>BaSi>SrFeSi. FeSi, съдържащ Sr или Ti, има по-слаб ефект върху броя на евтектични клъстери. Инокуланти, съдържащи редкоземни елементи, имат най-добър ефект и ефектът е по-значителен, когато се добавят в комбинация с Al и N. Феросилиций, съдържащ Al и Bi, може силно да увеличи броя на евтектични клъстери.
4. Зърната на графитно-аустенитния двуфазен симбиотичен растеж, образувани с графитни ядра като център, се наричат евтектични клъстери. Субмикроскопични графитни агрегати, остатъчни неразтопени графитни частици, първични графитни люспи, съединения с висока точка на топене и газови включвания, които съществуват в разтопеното желязо и могат да бъдат ядрата на евтектичния графит, също са ядрата на евтектични клъстери. Тъй като евтектичното ядро е началната точка на растежа на евтектичния клъстер, броят на евтектическите клъстери отразява броя на ядрата, които могат да прераснат в графит в евтектичната желязна течност. Факторите, влияещи върху броя на евтектични клъстери, включват химически състав, сърцевина на разтопеното желязо и скорост на охлаждане.
Количеството въглерод и силиций в химическия състав оказват важно влияние. Колкото по-близо е въглеродният еквивалент до евтектичния състав, толкова повече евтектични клъстери има. S е друг важен елемент, който влияе върху евтектичните кластери на сивия чугун. Ниското съдържание на сяра не е благоприятно за увеличаване на евтектични клъстери, тъй като сулфидът в разтопеното желязо е важно вещество на графитното ядро. Освен това сярата може да намали междинната енергия между хетерогенното ядро и стопилката, така че да могат да се активират повече ядра. Когато W (S) е по-малко от 0,03%, броят на евтектични клъстери е значително намален и ефектът от инокулацията е намален.
Когато масовата част на Mn е в рамките на 2%, количеството Mn се увеличава и съответно броят на евтектичните клъстери се увеличава. Nb е лесен за генериране на въглеродни и азотни съединения в разтопеното желязо, което действа като графитно ядро за увеличаване на евтектичните клъстери. Ti и V намаляват броя на евтектични клъстери, тъй като ванадият намалява концентрацията на въглерод; титанът лесно улавя S в MnS и MgS, за да образува титанов сулфид и неговата нуклеационна способност не е толкова ефективна, колкото MnS и MgS. N в разтопеното желязо увеличава броя на евтектични клъстери. Когато съдържанието на N е по-малко от 350 x10-6, това не е очевидно. След превишаване на определена стойност, преохлаждането се увеличава, като по този начин се увеличава броят на евтектични клъстери. Кислородът в разтопеното желязо лесно образува различни оксидни включвания като ядра, така че с увеличаването на кислорода броят на евтектичните клъстери се увеличава. В допълнение към химическия състав, състоянието на ядрото на евтектичната стопилка е важен влияещ фактор. Поддържането на висока температура и прегряването за дълго време ще доведе до изчезване или намаляване на оригиналното ядро, намаляване на броя на евтектични клъстери и увеличаване на диаметъра. Третирането с инокулация може значително да подобри състоянието на ядрото и да увеличи броя на евтектични клъстери. Скоростта на охлаждане има много очевиден ефект върху броя на евтектични клъстери. Колкото по-бързо е охлаждането, толкова повече евтектични клъстери има.
5. Броят на евтектичните клъстери директно отразява дебелината на евтектичните зърна. Като цяло фините зърна могат да подобрят работата на металите. При предпоставката за същия химичен състав и тип графит, тъй като броят на евтектичните клъстери се увеличава, якостта на опън се увеличава, тъй като графитните листове в евтектичните клъстери стават по-фини с увеличаване на броя на евтектичните клъстери, което увеличава якостта. Въпреки това, с увеличаване на съдържанието на силиций, броят на евтектичните групи се увеличава значително, но вместо това силата намалява; силата на чугуна се увеличава с повишаване на температурата на прегряване (до 1500 ℃), но по това време броят на евтектичните групи намалява значително. Връзката между закона за промяна на броя на евтектичните групи, причинена от дългосрочно третиране с инокулация, и увеличаването на якостта не винаги има същата тенденция. Якостта, получена чрез инокулиране с FeSi, съдържащ Si и Ba, е по-висока от тази, получена с CaSi, но броят на евтектичните групи на чугуна е много по-малък от този на CaSi. С увеличаването на броя на евтектичните групи се увеличава тенденцията на свиване на чугуна. За да се предотврати образуването на свиване в малки части, броят на евтектични групи трябва да се контролира под 300~400/cm2.
6. Добавянето на легиращи елементи (Cr, Mn, Mo, Mg, Ti, Ce, Sb), които насърчават преохлаждането в графитизирани инокуланти, може да подобри степента на преохлаждане на чугуна, да подобри зърната, да увеличи количеството на аустенит и да насърчи образуването на перлит. Добавените повърхностно активни елементи (Te, Bi, 5b) могат да бъдат адсорбирани върху повърхността на графитните ядра, за да се ограничи растежа на графита и да се намали размерът на графита, така че да се постигне целта за подобряване на цялостни механични свойства, подобряване на еднородността и увеличаване на организационната регулация. Този принцип е приложен в производствената практика на високовъглероден чугун (като спирачни части).
Време на публикуване: 05 юни 2024 г
