Rola powszechnie stosowanych pierwiastków w żeliwie szarym
1. Węgiel i krzem: Węgiel i krzem to pierwiastki silnie sprzyjające grafityzacji. Do zilustrowania ich wpływu na strukturę metalograficzną i właściwości mechaniczne żeliwa szarego można zastosować równoważnik węgla. Zwiększanie równoważnika węgla powoduje, że płatki grafitu stają się grubsze, zwiększają się ich liczbę oraz zmniejszają wytrzymałość i twardość. Wręcz przeciwnie, zmniejszenie równoważnika węgla może zmniejszyć liczbę grafitów, udoskonalić grafit i zwiększyć liczbę dendrytów austenitu pierwotnego, poprawiając w ten sposób właściwości mechaniczne żeliwa szarego. Jednakże zmniejszenie równoważnika węgla doprowadzi do zmniejszenia wydajności odlewania.
2. Mangan: Sam mangan jest pierwiastkiem stabilizującym węgliki i utrudniającym grafityzację. Ma działanie stabilizujące i rafinujące perlit w żeliwie szarym. W zakresie Mn=0,5% do 1,0% zwiększenie ilości manganu sprzyja poprawie wytrzymałości i twardości.
3.Fosfor: Gdy zawartość fosforu w żeliwie przekracza 0,02%, może wystąpić międzykrystaliczna eutektyka fosforu. Rozpuszczalność fosforu w austenicie jest bardzo mała. Kiedy żeliwo stwardnieje, fosfor w zasadzie pozostaje w cieczy. Gdy krzepnięcie eutektyki jest prawie całkowite, pozostały skład fazy ciekłej pomiędzy grupami eutektycznymi jest zbliżony do trójskładnikowego składu eutektyki (Fe-2%, C-7%, P). Ta faza ciekła krzepnie w temperaturze około 955 ℃. Kiedy żeliwo krzepnie, molibden, chrom, wolfram i wanad ulegają segregacji w fazie ciekłej bogatej w fosfor, zwiększając ilość eutektyki fosforu. Gdy zawartość fosforu w żeliwie jest wysoka, oprócz szkodliwego działania samej eutektyki fosforowej, powoduje ona również redukcję pierwiastków stopowych zawartych w osnowie metalu, osłabiając w ten sposób działanie pierwiastków stopowych. Ciecz eutektyczna fosforu jest papkowata wokół grupy eutektycznej, która krzepnie i rośnie, i trudno jest ją uzupełnić podczas skurczu krzepnięcia, a odlew ma większą tendencję do kurczenia się.
4. Siarka: Zmniejsza płynność stopionego żelaza i zwiększa skłonność odlewów do pękania na gorąco. Jest to szkodliwy pierwiastek w odlewach. Dlatego wiele osób uważa, że im niższa zawartość siarki, tym lepiej. W rzeczywistości, gdy zawartość siarki wynosi ≤0,05%, ten rodzaj żeliwa nie sprawdza się w przypadku zwykłego modyfikatora, którego używamy. Powodem jest to, że szczepionka bardzo szybko zanika, a na odlewach często pojawiają się białe plamy.
5. Miedź: Miedź jest najczęściej dodawanym pierwiastkiem stopowym w produkcji żeliwa szarego. Głównym powodem jest to, że miedź ma niską temperaturę topnienia (1083 ℃), łatwo się topi i ma dobry efekt stopowy. Zdolność grafityzacji miedzi wynosi około 1/5 zdolności krzemu, dzięki czemu może zmniejszyć tendencję żeliwa do białego nalotu. Jednocześnie miedź może również obniżyć temperaturę krytyczną przemiany austenitu. Dlatego miedź może sprzyjać tworzeniu się perlitu, zwiększać zawartość perlitu i rafinować perlit oraz wzmacniać zawarty w nim perlit i ferryt, zwiększając w ten sposób twardość i wytrzymałość żeliwa. Jednak im większa ilość miedzi, tym lepiej. Odpowiednia ilość dodanej miedzi wynosi od 0,2% do 0,4%. Jednoczesne dodawanie dużej ilości miedzi i cyny i chromu może negatywnie wpłynąć na wydajność cięcia. Spowoduje to wytworzenie dużej ilości struktury sorbitu w strukturze matrycy.
6.Chrom: Efekt stopowy chromu jest bardzo silny, głównie dlatego, że dodatek chromu zwiększa tendencję stopionego żelaza do tworzenia białego odlewu, a odlew łatwo się kurczy, co powoduje powstawanie odpadów. Dlatego należy kontrolować ilość chromu. Z jednej strony oczekuje się, że roztopione żelazo będzie zawierało pewną ilość chromu, która poprawi wytrzymałość i twardość odlewu; z drugiej strony zawartość chromu jest ściśle kontrolowana w dolnej granicy, aby zapobiec kurczeniu się odlewu i powodowaniu wzrostu ilości złomu. Tradycyjne doświadczenie głosi, że jeśli zawartość chromu w pierwotnym roztopionym żelazie przekroczy 0,35%, będzie to miało fatalny wpływ na odlew.
7. Molibden: Molibden jest typowym pierwiastkiem tworzącym związki i silnym pierwiastkiem stabilizującym perlit. Może rafinować grafit. Gdy ωMo <0,8%, molibden może rafinować perlit i wzmacniać ferryt w perlicie, skutecznie poprawiając w ten sposób wytrzymałość i twardość żeliwa.
Należy zwrócić uwagę na kilka problemów związanych z żeliwem szarym
1. Zwiększenie przegrzania lub wydłużenie czasu przetrzymywania może spowodować zanik istniejących rdzeni heterogenicznych w stopie lub zmniejszyć ich skuteczność, zmniejszając liczbę ziaren austenitu.
2. Tytan ma wpływ na rafinację pierwotnego austenitu w żeliwie szarym. Ponieważ węgliki, azotki i węglikoazotki tytanu mogą służyć jako podstawa zarodkowania austenitu. Tytan może zwiększyć rdzeń austenitu i udoskonalić ziarna austenitu. Z drugiej strony, gdy w roztopionym żelazie występuje nadmiar Ti, S w żelazie będzie reagował z Ti zamiast z Mn, tworząc cząstki TiS. Rdzeń grafitowy TiS nie jest tak skuteczny jak rdzeń MnS. Dlatego powstawanie rdzenia z grafitu eutektycznego jest opóźnione, co wydłuża czas wytrącania austenitu pierwotnego. Wanad, chrom, aluminium i cyrkon są podobne do tytanu pod tym względem, że łatwo tworzą węgliki, azotki i węglikoazotki i mogą stać się rdzeniami austenitycznymi.
3.Istnieją duże różnice w wpływie różnych modyfikatorów na liczbę klastrów eutektycznych, które są ułożone w następującej kolejności: CaSi>ZrFeSi>75FeSi>BaSi>SrFeSi. FeSi zawierający Sr lub Ti ma słabszy wpływ na liczbę klastrów eutektycznych. Najlepszy efekt dają modyfikatory zawierające pierwiastki ziem rzadkich, przy czym efekt jest bardziej znaczący w połączeniu z Al i N. Żelazokrzem zawierający Al i Bi może silnie zwiększać liczbę klastrów eutektycznych.
4. Ziarna dwufazowego wzrostu symbiotycznego grafit-austenit utworzone z jądrami grafitu w środku nazywane są klastrami eutektycznymi. Submikroskopijne agregaty grafitowe, pozostałości niestopionych cząstek grafitu, pierwotne rozgałęzienia płatków grafitu, związki o wysokiej temperaturze topnienia i wtrącenia gazowe, które występują w stopionym żelazie i mogą być rdzeniami grafitu eutektycznego, są również rdzeniami klastrów eutektycznych. Ponieważ jądro eutektyczne jest punktem wyjścia wzrostu klastra eutektycznego, liczba klastrów eutektycznych odzwierciedla liczbę rdzeni, które mogą przekształcić się w grafit w ciekłym eutektycznym żelazie. Czynniki wpływające na liczbę klastrów eutektycznych obejmują skład chemiczny, stan rdzenia stopionego żelaza i szybkość chłodzenia.
Istotny wpływ ma ilość węgla i krzemu w składzie chemicznym. Im równoważnik węgla jest bliższy składowi eutektycznemu, tym więcej jest klastrów eutektycznych. S jest kolejnym ważnym pierwiastkiem wpływającym na skupiska eutektyczne żeliwa szarego. Niska zawartość siarki nie sprzyja zwiększaniu się klasterów eutektycznych, ponieważ siarczek zawarty w roztopionym żelazie jest ważną substancją rdzenia grafitowego. Ponadto siarka może zmniejszać energię międzyfazową pomiędzy heterogenicznym rdzeniem a stopionym materiałem, dzięki czemu można aktywować więcej rdzeni. Gdy W (S) jest mniejsze niż 0,03%, liczba klastrów eutektycznych ulega znacznemu zmniejszeniu, a efekt zaszczepienia jest zmniejszony.
Gdy udział masowy Mn mieści się w granicach 2%, ilość Mn wzrasta i odpowiednio wzrasta liczba klastrów eutektycznych. Nb łatwo wytwarza związki węgla i azotu w roztopionym żelazie, które działa jak rdzeń grafitowy, zwiększając skupiska eutektyczne. Ti i V zmniejszają liczbę klastrów eutektycznych, ponieważ wanad zmniejsza stężenie węgla; tytan łatwo wychwytuje S w MnS i MgS, tworząc siarczek tytanu, a jego zdolność do zarodkowania nie jest tak skuteczna jak MnS i MgS. N w roztopionym żelazie zwiększa liczbę klastrów eutektycznych. Gdy zawartość N jest mniejsza niż 350 x 10-6, nie jest to oczywiste. Po przekroczeniu pewnej wartości następuje zwiększenie przechłodzenia, zwiększając w ten sposób liczbę klastrów eutektycznych. Tlen w roztopionym żelazie łatwo tworzy różne wtrącenia tlenkowe w postaci rdzeni, tak że wraz ze wzrostem zawartości tlenu wzrasta liczba klastrów eutektycznych. Oprócz składu chemicznego ważnym czynnikiem wpływającym jest stan rdzenia stopu eutektycznego. Utrzymywanie wysokiej temperatury i przegrzanie przez długi czas spowoduje zanik lub zmniejszenie pierwotnego rdzenia, zmniejszenie liczby skupisk eutektycznych i zwiększenie średnicy. Zabieg inokulacyjny może znacznie poprawić stan rdzenia i zwiększyć liczbę klastrów eutektycznych. Szybkość chłodzenia ma bardzo oczywisty wpływ na liczbę klastrów eutektycznych. Im szybsze chłodzenie, tym więcej klastrów eutektycznych.
5. Liczba skupień eutektycznych bezpośrednio odzwierciedla grubość ziaren eutektycznych. Ogólnie rzecz biorąc, drobne ziarna mogą poprawić wydajność metali. Przy założeniu tego samego składu chemicznego i rodzaju grafitu, wraz ze wzrostem liczby klastrów eutektycznych wzrasta wytrzymałość na rozciąganie, ponieważ arkusze grafitu w klastrach eutektycznych stają się drobniejsze wraz ze wzrostem liczby klastrów eutektycznych, co zwiększa wytrzymałość. Jednakże wraz ze wzrostem zawartości krzemu liczba grup eutektycznych znacznie wzrasta, ale zamiast tego maleje wytrzymałość; wytrzymałość żeliwa wzrasta wraz ze wzrostem temperatury przegrzania (do 1500℃), jednak w tym czasie liczba grup eutektycznych znacznie maleje. Zależność pomiędzy prawem zmian liczby grup eutektycznych wywołanym długotrwałym leczeniem inokulacyjnym a wzrostem wytrzymałości nie zawsze ma tę samą tendencję. Wytrzymałość uzyskana w wyniku zaszczepienia FeSi zawierającym Si i Ba jest wyższa niż wytrzymałość uzyskana w przypadku CaSi, ale liczba grup eutektycznych w żeliwie jest znacznie mniejsza niż w przypadku CaSi. Wraz ze wzrostem liczby grup eutektycznych wzrasta tendencja żeliwa do skurczu. Aby zapobiec powstawaniu skurczu małych części, liczbę grup eutektycznych należy kontrolować poniżej 300 ~ 400/cm2.
6. Dodanie pierwiastków stopowych (Cr, Mn, Mo, Mg, Ti, Ce, Sb), które sprzyjają przechłodzeniu grafitowanych modyfikatorów, może poprawić stopień przechłodzenia żeliwa, rozdrobnić ziarna, zwiększyć ilość austenitu i sprzyjać tworzeniu się perlit. Dodane elementy powierzchniowo czynne (Te, Bi, 5b) można adsorbować na powierzchni jąder grafitu, aby ograniczyć wzrost grafitu i zmniejszyć rozmiar grafitu, aby osiągnąć cel polegający na poprawie kompleksowych właściwości mechanicznych, poprawie jednorodności i zwiększeniu regulacji organizacyjnej. Zasadę tę zastosowano w praktyce produkcyjnej żeliwa wysokowęglowego (takiego jak części hamulcowe).
Czas publikacji: 05 czerwca 2024 r
