De rol van veelgebruikte elementen in grijs gietijzer
1. Koolstof en silicium: Koolstof en silicium zijn elementen die de grafitisering sterk bevorderen. Koolstofequivalent kan worden gebruikt om hun effecten op de metallografische structuur en mechanische eigenschappen van grijs gietijzer te illustreren. Het verhogen van het koolstofequivalent zorgt ervoor dat de grafietvlokken grover worden, in aantal toenemen en in sterkte en hardheid afnemen. Integendeel, het verminderen van het koolstofequivalent kan het aantal grafieten verminderen, grafiet verfijnen en het aantal primaire austenietdendrieten vergroten, waardoor de mechanische eigenschappen van grijs gietijzer worden verbeterd. Het verminderen van het koolstofequivalent zal echter leiden tot een afname van de gietprestaties.
2. Mangaan: Mangaan zelf is een element dat carbiden stabiliseert en grafitisering belemmert. Het heeft het effect van het stabiliseren en verfijnen van perliet in grijs gietijzer. In het bereik van Mn = 0,5% tot 1,0% is het vergroten van de hoeveelheid mangaan bevorderlijk voor het verbeteren van de sterkte en hardheid.
3. Fosfor: wanneer het fosforgehalte in gietijzer hoger is dan 0,02%, kan intergranulair fosfor-eutectisch optreden. De oplosbaarheid van fosfor in austeniet is zeer klein. Wanneer gietijzer stolt, blijft fosfor in principe in de vloeistof achter. Wanneer de eutectische stolling bijna voltooid is, ligt de resterende vloeistoffasesamenstelling tussen de eutectische groepen dicht bij de ternaire eutectische samenstelling (Fe-2%, C-7%, P). Deze vloeibare fase stolt bij ongeveer 955℃. Wanneer gietijzer stolt, worden molybdeen, chroom, wolfraam en vanadium allemaal gescheiden in de fosforrijke vloeibare fase, waardoor de hoeveelheid fosfor-eutectisch materiaal toeneemt. Wanneer het fosforgehalte in gietijzer hoog is, zal dit, naast de schadelijke effecten van het fosfor-eutectische middel zelf, ook de hoeveelheid legeringselementen in de metaalmatrix verminderen, waardoor het effect van de legeringselementen wordt verzwakt. De fosfor-eutectische vloeistof is papperig rond de eutectische groep die stolt en groeit, en het is moeilijk om bijgevuld te worden tijdens stollingskrimp, en het gietstuk heeft een grotere neiging om te krimpen.
4.Zwavel: Het vermindert de vloeibaarheid van gesmolten ijzer en verhoogt de neiging van gietstukken om heet te barsten. Het is een schadelijk element in gietstukken. Daarom denken veel mensen dat hoe lager het zwavelgehalte, hoe beter. Wanneer het zwavelgehalte ≤0,05% bedraagt, werkt dit soort gietijzer zelfs niet voor het gewone inoculant dat we gebruiken. De reden is dat de inenting zeer snel bederft en dat er vaak witte vlekken in de gietstukken verschijnen.
5. Koper: Koper is het meest toegevoegde legeringselement bij de productie van grijs gietijzer. De belangrijkste reden is dat koper een laag smeltpunt (1083℃) heeft, gemakkelijk te smelten is en een goed legeringseffect heeft. Het grafitiseringsvermogen van koper is ongeveer 1/5 van dat van silicium, dus het kan de neiging van gietijzer om een witte zweem te krijgen verminderen. Tegelijkertijd kan koper ook de kritische temperatuur van austeniettransformatie verlagen. Daarom kan koper de vorming van perliet bevorderen, het perlietgehalte verhogen en perliet verfijnen en perliet en ferriet daarin versterken, waardoor de hardheid en sterkte van gietijzer wordt vergroot. Hoe hoger de hoeveelheid koper, hoe beter. De geschikte hoeveelheid toegevoegd koper is 0,2% tot 0,4%. Bij het toevoegen van een grote hoeveelheid koper is het gelijktijdig toevoegen van tin en chroom schadelijk voor de snijprestaties. Het zal ervoor zorgen dat er een grote hoeveelheid sorbietstructuur in de matrixstructuur wordt geproduceerd.
6. Chroom: Het legeringseffect van chroom is erg sterk, vooral omdat de toevoeging van chroom de neiging van gesmolten ijzer om een witte zweem te krijgen vergroot, en het gietstuk gemakkelijk krimpt, wat resulteert in afval. Daarom moet de hoeveelheid chroom worden gecontroleerd. Enerzijds wordt gehoopt dat het gesmolten ijzer een bepaalde hoeveelheid chroom bevat om de sterkte en hardheid van het gietstuk te verbeteren; aan de andere kant wordt het chroom strikt gecontroleerd op de ondergrens om te voorkomen dat het gietstuk krimpt en een toename van het schrootpercentage veroorzaakt. De traditionele ervaring leert dat wanneer het chroomgehalte van het oorspronkelijke gesmolten ijzer de 0,35% overschrijdt, dit een fataal effect zal hebben op het gietstuk.
7. Molybdeen: Molybdeen is een typisch verbindingsvormend element en een sterk perlietstabiliserend element. Het kan grafiet verfijnen. Wanneer ωMo<0,8% kan molybdeen perliet verfijnen en het ferriet in perliet versterken, waardoor de sterkte en hardheid van gietijzer effectief worden verbeterd.
Er moeten verschillende problemen bij grijs gietijzer worden opgemerkt
1. Het vergroten van de oververhitting of het verlengen van de verblijftijd kan ervoor zorgen dat de bestaande heterogene kernen in de smelt verdwijnen of hun effectiviteit verminderen, waardoor het aantal austenietkorrels afneemt.
2.Titanium heeft het effect van het raffineren van primair austeniet in grijs gietijzer. Omdat titaniumcarbiden, nitriden en carbonitriden kunnen dienen als basis voor austenietkiemvorming. Titanium kan de kern van austeniet vergroten en austenietkorrels verfijnen. Aan de andere kant, als er een overmaat aan Ti in het gesmolten ijzer zit, zal de S in het ijzer reageren met Ti in plaats van met Mn om TiS-deeltjes te vormen. De grafietkern van TiS is niet zo effectief als die van MnS. Daarom wordt de vorming van de eutectische grafietkern vertraagd, waardoor de precipitatietijd van primair austeniet wordt verlengd. Vanadium, chroom, aluminium en zirkonium lijken op titanium omdat ze gemakkelijk carbiden, nitriden en carbonitriden vormen en austenietkernen kunnen worden.
3. Er zijn grote verschillen in de effecten van verschillende inoculanten op het aantal eutectische clusters, die in de volgende volgorde zijn gerangschikt: CaSi>ZrFeSi>75FeSi>BaSi>SrFeSi. FeSi dat Sr of Ti bevat, heeft een zwakker effect op het aantal eutectische clusters. Inoculanten die zeldzame aardmetalen bevatten hebben het beste effect, en het effect is groter wanneer ze worden toegevoegd in combinatie met Al en N. Ferrosilicium dat Al en Bi bevat, kan het aantal eutectische clusters sterk vergroten.
4. De korrels van grafiet-austeniet tweefasige symbiotische groei gevormd met grafietkernen als centrum worden eutectische clusters genoemd. Submicroscopische grafietaggregaten, resterende ongesmolten grafietdeeltjes, primaire grafietvloktakken, verbindingen met een hoog smeltpunt en gasinsluitsels die in gesmolten ijzer voorkomen en de kernen van eutectisch grafiet kunnen zijn, zijn ook de kernen van eutectische clusters. Omdat de eutectische kern het startpunt is van de groei van de eutectische cluster, weerspiegelt het aantal eutectische clusters het aantal kernen dat in de eutectische ijzervloeistof tot grafiet kan uitgroeien. Factoren die van invloed zijn op het aantal eutectische clusters zijn onder meer de chemische samenstelling, de kerntoestand van het gesmolten ijzer en de afkoelsnelheid.
De hoeveelheid koolstof en silicium in de chemische samenstelling heeft een belangrijke invloed. Hoe dichter het koolstofequivalent bij de eutectische samenstelling ligt, hoe meer eutectische clusters er zijn. S is een ander belangrijk element dat de eutectische clusters van grijs gietijzer beïnvloedt. Een laag zwavelgehalte is niet bevorderlijk voor het vergroten van de eutectische clusters, omdat het sulfide in het gesmolten ijzer een belangrijke substantie is van de grafietkern. Bovendien kan zwavel de grensvlakenergie tussen de heterogene kern en de smelt verminderen, zodat meer kernen kunnen worden geactiveerd. Wanneer W (S) minder dan 0,03% is, wordt het aantal eutectische clusters aanzienlijk verminderd en wordt het effect van inenting verminderd.
Wanneer de massafractie van Mn binnen 2% ligt, neemt de hoeveelheid Mn toe en neemt het aantal eutectische clusters dienovereenkomstig toe. Nb is gemakkelijk om koolstof- en stikstofverbindingen te genereren in het gesmolten ijzer, dat fungeert als een grafietkern om de eutectische clusters te vergroten. Ti en V verminderen het aantal eutectische clusters omdat vanadium de koolstofconcentratie vermindert; titanium vangt gemakkelijk S in MnS en MgS op om titaniumsulfide te vormen, en het kiemvormingsvermogen ervan is niet zo effectief als MnS en MgS. N in het gesmolten ijzer verhoogt het aantal eutectische clusters. Wanneer het N-gehalte kleiner is dan 350 x10-6, is dit niet duidelijk. Na het overschrijden van een bepaalde waarde neemt de onderkoeling toe, waardoor het aantal eutectische clusters toeneemt. Zuurstof in gesmolten ijzer vormt gemakkelijk verschillende oxide-insluitsels als kernen, dus naarmate de zuurstof toeneemt, neemt het aantal eutectische clusters toe. Naast de chemische samenstelling is de kerntoestand van de eutectische smelt een belangrijke beïnvloedende factor. Het langdurig handhaven van hoge temperaturen en oververhitting zal ervoor zorgen dat de oorspronkelijke kern verdwijnt of afneemt, het aantal eutectische clusters vermindert en de diameter vergroot. Inentingsbehandeling kan de kerntoestand aanzienlijk verbeteren en het aantal eutectische clusters vergroten. De afkoelsnelheid heeft een zeer duidelijk effect op het aantal eutectische clusters. Hoe sneller de afkoeling, hoe meer eutectische clusters er zijn.
5. Het aantal eutectische clusters weerspiegelt rechtstreeks de dikte van de eutectische korrels. Over het algemeen kunnen fijne korrels de prestaties van metalen verbeteren. Onder het uitgangspunt van dezelfde chemische samenstelling en hetzelfde grafiettype neemt de treksterkte toe naarmate het aantal eutectische clusters toeneemt, omdat de grafietplaten in de eutectische clusters fijner worden naarmate het aantal eutectische clusters toeneemt, waardoor de sterkte toeneemt. Met de toename van het siliciumgehalte neemt het aantal eutectische groepen echter aanzienlijk toe, maar neemt in plaats daarvan de sterkte af; de sterkte van gietijzer neemt toe met de toename van de oververhittingstemperatuur (tot 1500 ℃), maar op dit moment neemt het aantal eutectische groepen aanzienlijk af. De relatie tussen de veranderingswet van het aantal eutectische groepen veroorzaakt door langdurige inentingsbehandeling en de toename in sterkte vertoont niet altijd dezelfde trend. De sterkte verkregen door inentingsbehandeling met FeSi dat Si en Ba bevat, is hoger dan die verkregen met CaSi, maar het aantal eutectische groepen van gietijzer is veel kleiner dan dat van CaSi. Met de toename van het aantal eutectische groepen neemt de krimpneiging van gietijzer toe. Om de vorming van krimp in kleine delen te voorkomen, moet het aantal eutectische groepen onder de 300~400/cm2 worden gehouden.
6. Het toevoegen van legeringselementen (Cr, Mn, Mo, Mg, Ti, Ce, Sb) die onderkoeling in gegrafitiseerde inoculanten bevorderen, kan de mate van onderkoeling van gietijzer verbeteren, de korrels verfijnen, de hoeveelheid austeniet verhogen en de vorming bevorderen van perliet. De toegevoegde oppervlakteactieve elementen (Te, Bi, 5b) kunnen worden geadsorbeerd op het oppervlak van grafietkernen om de grafietgroei te beperken en de grafietgrootte te verkleinen, om zo het doel te bereiken van het verbeteren van uitgebreide mechanische eigenschappen, het verbeteren van de uniformiteit en het vergroten van de organisatorische regelgeving. Dit principe is toegepast in de productiepraktijk van gietijzer met een hoog koolstofgehalte (zoals remonderdelen).
Posttijd: 05-jun-2024
