Rollen av vanliga element i grått gjutjärn
1.Kol och kisel: Kol och kisel är element som starkt främjar grafitisering. Kolekvivalenter kan användas för att illustrera deras effekter på den metallografiska strukturen och de mekaniska egenskaperna hos grått gjutjärn. En ökning av kolekvivalenten gör att grafitflingorna blir grövre, ökar i antal och minskar i styrka och hårdhet. Tvärtom kan en minskning av kolekvivalenten minska antalet grafiter, förfina grafit och öka antalet primära austenitdendriter, och därigenom förbättra de mekaniska egenskaperna hos grått gjutjärn. En minskning av kolekvivalenten kommer dock att leda till en minskning av gjutningsprestanda.
2.Mangan: Mangan i sig är ett grundämne som stabiliserar karbider och hindrar grafitisering. Det har effekten att stabilisera och förädla perlit i grått gjutjärn. I intervallet Mn=0,5% till 1,0% är ökning av mängden mangan gynnsam för att förbättra styrka och hårdhet.
3. Fosfor: När fosforhalten i gjutjärn överstiger 0,02 %, kan intergranulär fosforeutektik förekomma. Lösligheten av fosfor i austenit är mycket liten. När gjutjärn stelnar blir i princip fosfor kvar i vätskan. När den eutektiska stelnandet är nästan fullbordad är den återstående vätskefassammansättningen mellan de eutektiska grupperna nära den ternära eutektiska sammansättningen (Fe-2%, C-7%, P). Denna flytande fas stelnar vid cirka 955 ℃. När gjutjärn stelnar segregeras molybden, krom, volfram och vanadin i den fosforrika vätskefasen, vilket ökar mängden fosfor eutektiskt. När fosforhalten i gjutjärn är hög, kommer det, förutom de skadliga effekterna av själva fosforeutektiken, också att reducera legeringselementen som finns i metallmatrisen och därigenom försvaga effekten av legeringselementen. Den fosforeutektiska vätskan är mosig runt den eutektiska gruppen som stelnar och växer och det är svårt att få påfyllning under stelningskrympningen och gjutgodset har en större tendens att krympa.
4.Svavel: Det minskar flytbarheten hos smält järn och ökar tendensen hos gjutgods att spricka varma. Det är ett skadligt element i gjutgods. Därför tror många att ju lägre svavelhalt desto bättre. Faktum är att när svavelhalten är ≤0,05 % fungerar inte den här typen av gjutjärn för det vanliga ympmedel vi använder. Anledningen är att ympningen avtar mycket snabbt, och vita fläckar uppstår ofta i avgjutningarna.
5. Koppar: Koppar är det vanligaste tillsatta legeringselementet vid tillverkning av grått gjutjärn. Det främsta skälet är att koppar har en låg smältpunkt (1083℃), är lätt att smälta och har en bra legeringseffekt. Grafitiseringsförmågan hos koppar är ungefär 1/5 av kiselns, så det kan minska tendensen hos gjutjärn att ha en vit gjutning. Samtidigt kan koppar också minska den kritiska temperaturen för austenitomvandling. Därför kan koppar främja bildningen av perlit, öka halten av perlit och förfina perlit och stärka perlit och ferrit däri, och därigenom öka hårdheten och styrkan hos gjutjärn. Men ju högre mängd koppar, desto bättre. Den lämpliga mängden koppar som tillsätts är 0,2 % till 0,4 %. När man tillsätter en stor mängd koppar är tillsats av tenn och krom samtidigt skadligt för skärprestandan. Det kommer att orsaka att en stor mängd sorbitstruktur produceras i matrisstrukturen.
6. Krom: Den legerande effekten av krom är mycket stark, främst på grund av att tillsatsen av krom ökar tendensen hos smält järn att få en vit gjutning, och gjutgodset är lätt att krympa, vilket resulterar i avfall. Därför bör mängden krom kontrolleras. Å ena sidan hoppas man att det smälta järnet innehåller en viss mängd krom för att förbättra styrkan och hårdheten hos gjutgodset; å andra sidan kontrolleras krom strikt vid den nedre gränsen för att förhindra att gjutgodset krymper och orsakar en ökning av skrothastigheten. Traditionell erfarenhet säger att när kromhalten i det ursprungliga smälta järnet överstiger 0,35 % kommer det att ha en dödlig effekt på gjutgodset.
7. Molybden: Molybden är ett typiskt föreningsbildande grundämne och ett starkt perlitstabiliserande grundämne. Det kan förfina grafit. När ωMo<0,8% kan molybden förfina perlit och stärka ferriten i perlit, och därigenom effektivt förbättra styrkan och hårdheten hos gjutjärn.
Flera problem i grått gjutjärn måste noteras
1. Att öka överhettningen eller förlänga hålltiden kan få de befintliga heterogena kärnorna i smältan att försvinna eller minska deras effektivitet, vilket minskar antalet austenitkorn.
2.Titan har effekten att förädla primär austenit i grått gjutjärn. Eftersom titankarbider, nitrider och karbonitrider kan tjäna som grund för austenitkärnbildning. Titan kan öka kärnan av austenit och förädla austenitkorn. Å andra sidan, när det finns överskott av Ti i det smälta järnet, kommer S i järnet att reagera med Ti istället för Mn för att bilda TiS-partiklar. Grafitkärnan hos TiS är inte lika effektiv som den hos MnS. Därför fördröjs bildningen av eutektisk grafitkärna, vilket ökar utfällningstiden för primär austenit. Vanadin, krom, aluminium och zirkonium liknar titan genom att de är lätta att bilda karbider, nitrider och karbonitrider och kan bli austenitkärnor.
3.Det finns stora skillnader i effekterna av olika inokulanter på antalet eutektiska kluster, som är ordnade i följande ordning: CaSi>ZrFeSi>75FeSi>BaSi>SrFeSi. FeSi innehållande Sr eller Ti har en svagare effekt på antalet eutektiska kluster. Ympmedel som innehåller sällsynta jordartsmetaller har bäst effekt, och effekten är mer signifikant när de tillsätts i kombination med Al och N. Ferrokisel innehållande Al och Bi kan kraftigt öka antalet eutektiska kluster.
4. Kornen av grafit-austenit tvåfas symbiotisk tillväxt som bildas med grafitkärnor som centrum kallas eutektiska kluster. Submikroskopiska grafitaggregat, kvarvarande osmälta grafitpartiklar, primära grafitflinggrenar, föreningar med hög smältpunkt och gasinneslutningar som finns i smält järn och kan vara kärnorna i eutektisk grafit är också kärnorna i eutektiska kluster. Eftersom den eutektiska kärnan är utgångspunkten för tillväxten av det eutektiska klustret, speglar antalet eutektiska kluster antalet kärnor som kan växa till grafit i den eutektiska järnvätskan. Faktorer som påverkar antalet eutektiska kluster inkluderar kemisk sammansättning, det smälta järnets kärntillstånd och kylningshastigheten.
Mängden kol och kisel i den kemiska sammansättningen har en viktig inverkan. Ju närmare kolekvivalenten är den eutektiska sammansättningen, desto fler eutektiska kluster finns det. S är ett annat viktigt element som påverkar de eutektiska klustren av grått gjutjärn. Låg svavelhalt bidrar inte till att öka de eutektiska klustren, eftersom sulfiden i det smälta järnet är en viktig substans i grafitkärnan. Dessutom kan svavel minska gränsytenergin mellan den heterogena kärnan och smältan, så att fler kärnor kan aktiveras. När W (S) är mindre än 0,03 % reduceras antalet eutektiska kluster avsevärt och effekten av inokulering reduceras.
När massfraktionen av Mn är inom 2 %, ökar mängden Mn, och antalet eutektiska kluster ökar i enlighet därmed. Nb är lätt att generera kol- och kväveföreningar i det smälta järnet, som fungerar som en grafitkärna för att öka de eutektiska klustren. Ti och V minskar antalet eutektiska kluster eftersom vanadin minskar kolkoncentrationen; titan fångar lätt S i MnS och MgS för att bilda titansulfid, och dess kärnbildningsförmåga är inte lika effektiv som MnS och MgS. N i det smälta järnet ökar antalet eutektiska kluster. När N-halten är mindre än 350 x 10-6 är det inte uppenbart. Efter att ha överskridit ett visst värde ökar underkylningen, vilket ökar antalet eutektiska kluster. Syre i smält järn bildar lätt olika oxidinneslutningar som kärnor, så när syret ökar ökar antalet eutektiska kluster. Utöver den kemiska sammansättningen är den eutektiska smältans kärntillstånd en viktig påverkande faktor. Att bibehålla hög temperatur och överhettning under lång tid kommer att göra att den ursprungliga kärnan försvinner eller minskar, minskar antalet eutektiska kluster och ökar diametern. Inokuleringsbehandling kan avsevärt förbättra kärntillståndet och öka antalet eutektiska kluster. Nedkylningshastigheten har en mycket tydlig effekt på antalet eutektiska kluster. Ju snabbare nedkylning, desto fler eutektiska kluster finns det.
5. Antalet eutektiska kluster återspeglar direkt tjockleken på de eutektiska kornen. I allmänhet kan fina korn förbättra prestanda hos metaller. Under förutsättningen av samma kemiska sammansättning och grafittyp, när antalet eutektiska kluster ökar, ökar draghållfastheten, eftersom grafitskivorna i de eutektiska klustren blir finare när antalet eutektiska kluster ökar, vilket ökar hållfastheten. Men med ökningen av kiselhalten ökar antalet eutektiska grupper avsevärt, men styrkan minskar istället; styrkan hos gjutjärn ökar med ökningen av överhettningstemperaturen (till 1500 ℃), men vid denna tidpunkt minskar antalet eutektiska grupper avsevärt. Sambandet mellan förändringslagen av antalet eutektiska grupper orsakade av långvarig inokuleringsbehandling och ökningen i styrka har inte alltid samma trend. Styrkan som erhålls genom inokuleringsbehandling med FeSi innehållande Si och Ba är högre än den som erhålls med CaSi, men antalet eutektiska grupper av gjutjärn är mycket mindre än för CaSi. Med ökningen av antalet eutektiska grupper ökar gjutjärnets krympningstendens. För att förhindra bildandet av krympning i små delar bör antalet eutektiska grupper kontrolleras under 300~400/cm2.
6. Tillsats av legeringselement (Cr, Mn, Mo, Mg, Ti, Ce, Sb) som främjar underkylning i grafitiserade ympmedel kan förbättra graden av underkylning av gjutjärn, förfina kornen, öka mängden austenit och främja bildningen av perlit. De tillsatta ytaktiva elementen (Te, Bi, 5b) kan adsorberas på ytan av grafitkärnor för att begränsa grafittillväxt och minska grafitstorleken, för att uppnå syftet att förbättra omfattande mekaniska egenskaper, förbättra enhetlighet och öka organisatorisk reglering. Denna princip har tillämpats vid tillverkning av gjutjärn med hög kolhalt (såsom bromsdelar).
Posttid: 2024-05-05
