Роль загальновживаних елементів у сірому чавуні
1. Вуглець і кремній: вуглець і кремній є елементами, які сильно сприяють графітизації. Вуглецевий еквівалент можна використовувати для ілюстрації їх впливу на металографічну структуру та механічні властивості сірого чавуну. Збільшення вуглецевого еквівалента призводить до того, що пластівці графіту стають грубішими, їх кількість збільшується, а міцність і твердість зменшуються. Навпаки, зменшення вуглецевого еквівалента може зменшити кількість графітів, очистити графіт і збільшити кількість дендритів первинного аустеніту, тим самим покращуючи механічні властивості сірого чавуну. Однак зменшення вуглецевого еквівалента призведе до зниження ефективності лиття.
2. Марганець: сам марганець є елементом, який стабілізує карбіди та перешкоджає графітизації. Має ефект стабілізації та очищення перліту в сірому чавуні. У діапазоні від Mn=0,5% до 1,0% збільшення кількості марганцю сприяє підвищенню міцності та твердості.
3. Фосфор: коли вміст фосфору в чавуні перевищує 0,02%, може виникнути міжзернова евтектика фосфору. Розчинність фосфору в аустеніті дуже мала. Коли чавун застигає, фосфор в основному залишається в рідині. Коли затвердіння евтектики майже завершено, склад рідкої фази, що залишився між евтектичними групами, близький до потрійного евтектичного складу (Fe-2%, C-7%, P). Ця рідка фаза твердне приблизно при 955 ℃. Коли чавун твердне, молібден, хром, вольфрам і ванадій відокремлюються в збагачену фосфором рідку фазу, збільшуючи кількість евтектики фосфору. Коли вміст фосфору в чавуні високий, окрім шкідливого впливу самої фосфорної евтектики, це також призведе до зменшення легуючих елементів, що містяться в металевій матриці, тим самим послаблюючи дію легуючих елементів. Фосфорна евтектична рідина є кашоподібною навколо евтектичної групи, яка твердне та зростає, і її важко поповнити під час усадки затвердіння, а відливка має більшу тенденцію до усадки.
4. Сірка: зменшує текучість розплавленого чавуну та підвищує схильність виливків до розтріскування в гарячому стані. Це шкідливий елемент у виливках. Тому багато хто вважає, що чим менше вміст сірки, тим краще. Фактично, коли вміст сірки становить ≤0,05%, цей тип чавуну не підходить для звичайного модифікатора, який ми використовуємо. Причина в тому, що щеплення дуже швидко розкладається, і на виливках часто з'являються білі плями.
5. Мідь: мідь є легуючим елементом, який найчастіше додають у виробництво сірого чавуну. Основна причина полягає в тому, що мідь має низьку температуру плавлення (1083 ℃), легко розплавляється та має хороший легуючий ефект. Здатність міді до графітизації становить приблизно 1/5 від здатності кремнію, тому вона може зменшити схильність чавуну до білого відливу. У той же час мідь також може знизити критичну температуру перетворення аустеніту. Таким чином, мідь може сприяти утворенню перліту, збільшувати вміст перліту, очищати перліт і зміцнювати перліт і ферит у ньому, тим самим підвищуючи твердість і міцність чавуну. Однак чим більше міді, тим краще. Відповідна кількість доданої міді становить від 0,2% до 0,4%. При додаванні великої кількості міді одночасне додавання олова та хрому шкідливо для продуктивності різання. Це призведе до утворення великої кількості сорбітної структури в структурі матриці.
6. Хром: легуючий ефект хрому є дуже сильним, головним чином тому, що додавання хрому збільшує тенденцію розплавленого заліза до білого відливу, а виливок легко стискається, що призводить до відходів. Тому кількість хрому слід контролювати. З одного боку, є надія, що розплавлений чавун містить певну кількість хрому для підвищення міцності та твердості виливка; з іншого боку, вміст хрому суворо контролюється на нижній межі, щоб запобігти усадці виливка та спричиненню збільшення кількості брухту. Традиційний досвід стверджує, що коли вміст хрому у вихідному розплавленому чавуні перевищує 0,35%, це матиме фатальний вплив на лиття.
7. Молібден. Молібден є типовим сполукоутворюючим елементом і сильним стабілізуючим елементом перліту. Він може очищати графіт. Коли ωMo<0,8%, молібден може очищати перліт і зміцнювати ферит у перліті, тим самим ефективно покращуючи міцність і твердість чавуну.
Слід зазначити кілька проблем із сірим чавуном
1. Збільшення перегріву або подовження часу витримки може спричинити зникнення наявних неоднорідних ядер у розплаві або зниження їх ефективності, зменшуючи кількість зерен аустеніту.
2. Титан має ефект рафінування первинного аустеніту в сірому чавуні. Оскільки карбіди, нітриди і карбонітриди титану можуть служити основою для зародження аустеніту. Титан може збільшити серцевину аустеніту та покращити зерна аустеніту. З іншого боку, коли в розплавленому чавуні є надлишок Ti, S у залізі реагує з Ti замість Mn, утворюючи частинки TiS. Графітове ядро TiS не таке ефективне, як MnS. Таким чином, утворення евтектичного графітового ядра затримується, тим самим збільшуючи час осадження первинного аустеніту. Ванадій, хром, алюміній і цирконій подібні до титану тим, що вони легко утворюють карбіди, нітриди і карбонітриди і можуть стати аустенітними ядрами.
3. Існують великі відмінності у впливі різних інокулянтів на кількість евтектичних кластерів, які розташовані в такому порядку: CaSi>ZrFeSi>75FeSi>BaSi>SrFeSi. FeSi, що містить Sr або Ti, слабше впливає на кількість евтектичних кластерів. Інокулянти, що містять рідкоземельні елементи, мають найкращий ефект, і ефект більш значний при додаванні в комбінації з Al і N. Ферросиліцій, що містить Al і Bi, може сильно збільшити кількість евтектичних кластерів.
4. Зерна графіт-аустенітного двофазного симбіотичного росту, утворені із зародками графіту як центр, називаються евтектичними кластерами. Субмікроскопічні агрегати графіту, залишкові нерозплавлені частинки графіту, первинні лусочки графіту, сполуки з високою температурою плавлення та газові включення, які існують у розплавленому залізі та можуть бути ядрами евтектичного графіту, також є ядрами евтектичних кластерів. Оскільки евтектичне ядро є початковою точкою зростання евтектичного кластера, кількість евтектичних кластерів відображає кількість ядер, які можуть перерости в графіт в евтектичній рідині заліза. Фактори, що впливають на кількість евтектичних кластерів, включають хімічний склад, стан ядра розплавленого заліза та швидкість охолодження.
Велике значення має кількість вуглецю і кремнію в хімічному складі. Чим ближче вуглецевий еквівалент до евтектичного складу, тим більше евтектичних кластерів. S є ще одним важливим елементом, який впливає на евтектичні кластери сірого чавуну. Низький вміст сірки не сприяє збільшенню евтектичних кластерів, оскільки сульфід у розплавленому чавуні є важливою речовиною графітового ядра. Крім того, сірка може зменшити межфазну енергію між гетерогенним ядром і розплавом, так що більше ядер може бути активовано. Коли W (S) менше 0,03%, кількість евтектичних кластерів значно зменшується, а ефект інокуляції знижується.
При масовій частці Mn в межах 2% збільшується кількість Mn і відповідно кількість евтектичних кластерів. Nb легко генерувати сполуки вуглецю та азоту в розплавленому залізі, яке діє як графітове ядро для збільшення евтектичних кластерів. Ti і V зменшують кількість евтектичних кластерів, оскільки ванадій знижує концентрацію вуглецю; титан легко захоплює S в MnS і MgS з утворенням сульфіду титану, і його здатність до зародження не така ефективна, як MnS і MgS. N у розплавленому чавуні збільшує кількість евтектичних кластерів. Коли вміст азоту менше 350 x10-6, це неочевидно. Після перевищення певного значення переохолодження посилюється, тим самим збільшуючи кількість евтектичних кластерів. Кисень у розплавленому залізі легко утворює різні оксидні включення у вигляді ядер, тому зі збільшенням кисню кількість евтектичних кластерів збільшується. На додаток до хімічного складу важливим фактором впливу є стан ядра евтектичного розплаву. Підтримка високої температури та перегрівання протягом тривалого часу призведе до зникнення або зменшення вихідного ядра, зменшення кількості евтектичних кластерів та збільшення діаметра. Обробка інокуляцією може значно покращити стан серцевини та збільшити кількість евтектичних кластерів. Швидкість охолодження має дуже очевидний вплив на кількість евтектичних кластерів. Чим швидше охолодження, тим більше евтектичних кластерів.
5. Кількість евтектичних кластерів безпосередньо відображає товщину евтектичних зерен. Загалом дрібне зерно може покращити характеристики металів. За умови однакового хімічного складу та типу графіту зі збільшенням кількості евтектичних кластерів міцність на розрив зростає, оскільки листи графіту в евтектичних кластерах стають тоншими зі збільшенням кількості евтектичних кластерів, що підвищує міцність. Проте зі збільшенням вмісту кремнію кількість евтектичних груп значно зростає, а міцність натомість знижується; міцність чавуну зростає з підвищенням температури перегріву (до 1500 ℃), але при цьому значно зменшується кількість евтектичних груп. Зв'язок між законом зміни числа евтектичних груп, спричиненим тривалою обробкою інокуляцією, і збільшенням міцності не завжди має однакову тенденцію. Міцність, отримана при модифікації FeSi, що містить Si і Ba, вища, ніж у CaSi, але кількість евтектичних груп чавуну набагато менше, ніж у CaSi. Зі збільшенням числа евтектичних груп схильність чавуну до усадки зростає. Щоб запобігти утворенню усадки в невеликих частинах, кількість евтектичних груп слід контролювати нижче 300~400/см2.
6. Додавання легуючих елементів (Cr, Mn, Mo, Mg, Ti, Ce, Sb), які сприяють переохолодженню в графітизованих модифікаторах, може покращити ступінь переохолодження чавуну, подрібнити зерна, збільшити кількість аустеніту та сприяти утворенню перліт. Додані поверхнево-активні елементи (Te, Bi, 5b) можуть бути адсорбовані на поверхні ядер графіту, щоб обмежити ріст графіту та зменшити розмір графіту, щоб досягти мети покращення комплексних механічних властивостей, покращення однорідності та посилення організаційного регулювання. Цей принцип був застосований у практиці виробництва чавуну з високим вмістом вуглецю (наприклад, деталей гальм).
Час публікації: 05 червня 2024 р
