Rolul elementelor utilizate în mod obișnuit în fonta cenușie
1.Carbon și siliciu: Carbonul și siliciul sunt elemente care promovează puternic grafitizarea. Echivalentul de carbon poate fi folosit pentru a ilustra efectele acestora asupra structurii metalografice și proprietăților mecanice ale fontei cenușii. Creșterea echivalentului de carbon face ca fulgii de grafit să devină mai grosieri, să crească în număr și să scadă în rezistență și duritate. Dimpotrivă, reducerea echivalentului de carbon poate reduce numărul de grafiți, poate rafina grafitul și crește numărul de dendrite primare de austenită, îmbunătățind astfel proprietățile mecanice ale fontei cenușii. Cu toate acestea, reducerea echivalentului de carbon va duce la o scădere a performanței de turnare.
2.Manganul: Manganul în sine este un element care stabilizează carburile și împiedică grafitizarea. Are efect de stabilizare și rafinare a perlitei din fontă cenușie. În intervalul Mn=0,5% până la 1,0%, creșterea cantității de mangan este favorabilă îmbunătățirii rezistenței și durității.
3. Fosfor: Atunci când conținutul de fosfor din fontă depășește 0,02%, poate apărea eutectic fosfor intergranular. Solubilitatea fosforului în austenită este foarte mică. Când fonta se solidifică, fosforul rămâne practic în lichid. Când solidificarea eutectică este aproape completă, compoziția de fază lichidă rămasă între grupările eutectice este apropiată de compoziția eutectică ternară (Fe-2%, C-7%, P). Această fază lichidă se solidifică la aproximativ 955℃. Când fonta se solidifică, molibdenul, cromul, wolframul și vanadiul sunt toate segregate în faza lichidă bogată în fosfor, crescând cantitatea de eutectic fosfor. Atunci când conținutul de fosfor din fontă este mare, pe lângă efectele nocive ale eutecticului de fosfor în sine, acesta va reduce și elementele de aliere conținute în matricea metalică, slăbind astfel efectul elementelor de aliere. Lichidul eutectic de fosfor este moale în jurul grupului eutectic care se solidifică și crește și este dificil de completat în timpul contracției de solidificare, iar turnarea are o tendință mai mare de a se contracta.
4. Sulful: Reduce fluiditatea fierului topit și crește tendința pieselor turnate de a crapa fierbinte. Este un element dăunător în piese turnate. Prin urmare, mulți oameni cred că cu cât conținutul de sulf este mai mic, cu atât mai bine. De fapt, atunci când conținutul de sulf este ≤0,05%, acest tip de fontă nu funcționează pentru inoculantul obișnuit pe care îl folosim. Motivul este că inocularea se descompune foarte repede, iar pete albe apar adesea în piese turnate.
5.Cupru: cuprul este cel mai frecvent element de aliere adăugat în producția de fontă gri. Motivul principal este că cuprul are un punct de topire scăzut (1083 ℃), este ușor de topit și are un efect bun de aliere. Capacitatea de grafitizare a cuprului este de aproximativ 1/5 din cea a siliciului, astfel încât poate reduce tendința fontei de a avea o turnare albă. În același timp, cuprul poate reduce și temperatura critică a transformării austenitei. Prin urmare, cuprul poate promova formarea perlitei, crește conținutul de perlita și poate rafina perlita și întări perlita și ferita din aceasta, crescând astfel duritatea și rezistența fontei. Cu toate acestea, cu cât cantitatea de cupru este mai mare, cu atât mai bine. Cantitatea adecvată de cupru adăugată este de 0,2% până la 0,4%. Când adăugați o cantitate mare de cupru, adăugarea de staniu și crom în același timp este dăunătoare performanței de tăiere. Va cauza o cantitate mare de structură de sorbit să fie produsă în structura matricei.
6.Crom: Efectul de aliere al cromului este foarte puternic, în principal pentru că adăugarea de crom crește tendința fierului topit de a avea o turnare albă, iar turnarea este ușor de micșorat, rezultând deșeuri. Prin urmare, cantitatea de crom ar trebui controlată. Pe de o parte, se speră că fierul topit conține o anumită cantitate de crom pentru a îmbunătăți rezistența și duritatea turnării; pe de altă parte, cromul este strict controlat la limita inferioară pentru a preveni contracția turnării și producerea unei creșteri a ratei deșeurilor. Experiența tradițională susține că atunci când conținutul de crom al fierului topit original depășește 0,35%, acesta va avea un efect fatal asupra turnării.
7. Molibden: Molibdenul este un element tipic de formare a compusului și un element puternic de stabilizare a perlitului. Poate rafina grafitul. Când ωMo<0,8%, molibdenul poate rafina perlita și poate întări ferita din perlită, îmbunătățind astfel în mod eficient rezistența și duritatea fontei.
Trebuie remarcate mai multe probleme în fonta gri
1. Creșterea supraîncălzirii sau prelungirea timpului de menținere poate face să dispară miezurile eterogene existente în topitură sau să le reducă eficacitatea, reducând numărul de boabe de austenită.
2.Titanul are ca efect rafinarea austenitei primare în fontă cenușie. Deoarece carburile, nitrururile și carbonitrurile de titan pot servi ca bază pentru nuclearea austenitei. Titanul poate crește miezul austenitei și poate rafina boabele de austenită. Pe de altă parte, când există exces de Ti în fierul topit, S din fier va reacționa cu Ti în loc de Mn pentru a forma particule de TiS. Miezul de grafit al TiS nu este la fel de eficient ca cel al MnS. Prin urmare, formarea miezului de grafit eutectic este întârziată, crescând astfel timpul de precipitare a austenitei primare. Vanadiul, cromul, aluminiul și zirconiul sunt similare cu titanul prin faptul că sunt ușor de format carburi, nitruri și carbonitruri și pot deveni miezuri de austenită.
3.Există diferențe mari în efectele diferitelor inoculante asupra numărului de clustere eutectice, care sunt dispuse în următoarea ordine: CaSi>ZrFeSi>75FeSi>BaSi>SrFeSi. FeSi care conține Sr sau Ti are un efect mai slab asupra numărului de clustere eutectice. Inoculantele care conțin pământuri rare au cel mai bun efect, iar efectul este mai semnificativ atunci când sunt adăugați în combinație cu Al și N. Ferosiliciul care conține Al și Bi poate crește puternic numărul de clustere eutectice.
4. Granulele de creștere simbiotică în două faze grafit-austenită formate cu nuclee de grafit ca centru se numesc clustere eutectice. Agregatele de grafit submicroscopice, particulele de grafit reziduale netopit, ramurile primare de fulgi de grafit, compușii cu punct de topire ridicat și incluziunile de gaz care există în fierul topit și care pot fi miezurile grafitului eutectic sunt, de asemenea, miezurile clusterelor eutectice. Deoarece nucleul eutectic este punctul de pornire al creșterii clusterului eutectic, numărul de clustere eutectic reflectă numărul de miezuri care pot crește în grafit în lichidul de fier eutectic. Factorii care afectează numărul de clustere eutectice includ compoziția chimică, starea de bază a fierului topit și viteza de răcire.
Cantitatea de carbon și siliciu din compoziția chimică are o influență importantă. Cu cât echivalentul carbonului este mai aproape de compoziția eutectică, cu atât mai multe grupuri eutectice sunt. S este un alt element important care afectează clusterele eutectice de fontă cenușie. Conținutul scăzut de sulf nu favorizează creșterea clusterelor eutectice, deoarece sulfura din fierul topit este o substanță importantă a miezului de grafit. În plus, sulful poate reduce energia interfacială dintre miezul eterogen și topitură, astfel încât mai multe miezuri pot fi activate. Când W (S) este mai mic de 0,03%, numărul de clustere eutectice este redus semnificativ, iar efectul inoculării este redus.
Când fracția de masă a Mn este în 2%, cantitatea de Mn crește, iar numărul de clustere eutectice crește în consecință. Nb este ușor de generat compuși de carbon și azot în fierul topit, care acționează ca un miez de grafit pentru a crește clusterele eutectice. Ti și V reduc numărul de clustere eutectice deoarece vanadiul reduce concentrația de carbon; titanul captează cu ușurință S în MnS și MgS pentru a forma sulfură de titan, iar capacitatea sa de nucleare nu este la fel de eficientă ca MnS și MgS. N din fierul topit crește numărul de clustere eutectice. Când conținutul de N este mai mic de 350 x10-6, nu este evident. După depășirea unei anumite valori, suprarăcirea crește, crescând astfel numărul de clustere eutectice. Oxigenul din fierul topit formează cu ușurință diverse incluziuni de oxid ca miezuri, astfel încât, pe măsură ce oxigenul crește, crește numărul de clustere eutectice. Pe lângă compoziția chimică, starea de bază a topiturii eutectice este un factor de influență important. Menținerea temperaturii ridicate și supraîncălzirea pentru o lungă perioadă de timp va face ca miezul original să dispară sau să scadă, va reduce numărul de clustere eutectice și va crește diametrul. Tratamentul de inoculare poate îmbunătăți foarte mult starea de bază și poate crește numărul de clustere eutectice. Viteza de răcire are un efect foarte evident asupra numărului de clustere eutectice. Cu cât răcirea este mai rapidă, cu atât sunt mai multe clustere eutectice.
5.Numărul de clustere eutectice reflectă direct grosimea boabelor eutectice. În general, boabele fine pot îmbunătăți performanța metalelor. Sub premisa aceleiași compoziții chimice și tip de grafit, pe măsură ce crește numărul de clustere eutectice, rezistența la tracțiune crește, deoarece foile de grafit din clusterele eutectice devin mai fine pe măsură ce crește numărul de clustere eutectice, ceea ce crește rezistența. Cu toate acestea, odată cu creșterea conținutului de siliciu, numărul grupelor eutectice crește semnificativ, dar rezistența scade în schimb; rezistența fontei crește odată cu creșterea temperaturii de supraîncălzire (până la 1500 ℃), dar în acest moment, numărul de grupuri eutectice scade semnificativ. Relația dintre legea modificării numărului de grupe eutectice cauzată de tratamentul de inoculare pe termen lung și creșterea puterii nu are întotdeauna aceeași tendință. Rezistența obținută prin tratamentul de inoculare cu FeSi care conține Si și Ba este mai mare decât cea obținută cu CaSi, dar numărul grupărilor eutectice ale fontei este mult mai mic decât cel al CaSi. Odată cu creșterea numărului de grupe eutectice, crește tendința de contracție a fontei. Pentru a preveni formarea contracției în părți mici, numărul de grupuri eutectice trebuie controlat sub 300~400/cm2.
6. Adăugarea de elemente de aliaj (Cr, Mn, Mo, Mg, Ti, Ce, Sb) care favorizează suprarăcirea în inoculantele grafitizate poate îmbunătăți gradul de suprarăcire a fontei, rafina boabele, crește cantitatea de austenită și favorizează formarea de perlită. Elementele active de suprafață adăugate (Te, Bi, 5b) pot fi adsorbite pe suprafața nucleelor de grafit pentru a limita creșterea grafitului și a reduce dimensiunea grafitului, astfel încât să se atingă scopul de a îmbunătăți proprietățile mecanice cuprinzătoare, de a îmbunătăți uniformitatea și de a crește reglementarea organizațională. Acest principiu a fost aplicat în practica de producție a fontei cu conținut ridicat de carbon (cum ar fi piesele de frână).
Ora postării: 05-jun-2024
