Роля агульнаўжывальных элементаў у шэрым чыгуне
1. Вуглярод і крэмній: вуглярод і крэмній з'яўляюцца элементамі, якія моцна спрыяюць графітызацыі. Вугляродны эквівалент можна выкарыстоўваць, каб праілюстраваць іх уплыў на металаграфічную структуру і механічныя ўласцівасці шэрага чыгуну. Павелічэнне вугляроднага эквіваленту прыводзіць да таго, што графітавыя шматкі становяцца больш грубымі, павялічваецца іх колькасць і памяншаецца трываласць і цвёрдасць. Наадварот, памяншэнне вугляроднага эквіваленту можа паменшыць колькасць графітаў, ачысціць графіт і павялічыць колькасць першасных дендрытаў аўстэніту, тым самым паляпшаючы механічныя ўласцівасці шэрага чыгуну. Аднак памяншэнне вугляроднага эквіваленту прывядзе да зніжэння прадукцыйнасці ліцця.
2.Марганец: сам марганец з'яўляецца элементам, які стабілізуе карбіды і перашкаджае графітызацыі. Ён мае эфект стабілізацыі і ачысткі перліту ў шэрым чыгуне. У дыяпазоне ад Mn=0,5% да 1,0% павелічэнне колькасці марганца спрыяе павышэнню трываласці і цвёрдасці.
3. Фосфар: калі ўтрыманне фосфару ў чыгуне перавышае 0,02%, можа ўзнікнуць міжгранулярная фосфарная эўтэктыка. Растваральнасць фосфару ў аустените вельмі малая. Калі чыгун застывае, фосфар у асноўным застаецца ў вадкасці. Калі зацвярдзенне эўтэктыкі амаль завершана, астатні склад вадкай фазы паміж эўтэктычнымі групамі блізкі да трайнога эўтэктычнага складу (Fe-2%, C-7%, P). Гэтая вадкая фаза застывае пры тэмпературы каля 955 ℃. Калі чыгун застывае, малібдэн, хром, вальфрам і ванадый аддзяляюцца ў багатую фосфарам вадкую фазу, павялічваючы колькасць фосфарнай эўтэктыкі. Калі ўтрыманне фосфару ў чыгуне высокае, у дадатак да шкоднага ўздзеяння самой фосфарнай эўтэктыкі, гэта таксама прывядзе да зніжэння колькасці легіруючых элементаў, якія змяшчаюцца ў металічнай матрыцы, тым самым аслабляючы дзеянне легіруючых элементаў. Фосфарная эўтэктычная вадкасць з'яўляецца кашыцай вакол эўтэктычнай групы, якая застывае і расце, і яе цяжка папоўніць падчас усаджвання пры зацвярдзенні, і адліўка мае большую тэндэнцыю да ўсаджвання.
4. Сера: яна зніжае цякучасць расплаўленага жалеза і павялічвае схільнасць адлівак да гарачых расколін. Гэта шкодны элемент у адліўках. Таму многія думаюць, што чым ніжэй ўтрыманне серы, тым лепш. Фактычна, калі ўтрыманне серы ≤0,05%, гэты від чыгуну не падыходзіць для звычайнага інокулянта, які мы выкарыстоўваем. Прычына ў тым, што прышчэпка вельмі хутка псуецца, а на адліўках часта з'яўляюцца белыя плямы.
5.Медзь: медзь - найбольш часта дададзены легіруючы элемент пры вытворчасці шэрага чыгуну. Асноўная прычына ў тым, што медзь мае нізкую тэмпературу плаўлення (1083 ℃), яе лёгка плавіць і яна валодае добрым легіруючым эфектам. Здольнасць медзі да графітызацыі складае каля 1/5 здольнасці крэмнію, таму яна можа паменшыць тэндэнцыю чыгуну да белага адцення. У той жа час медзь таксама можа знізіць крытычную тэмпературу пераўтварэння аустенита. Такім чынам, медзь можа спрыяць адукацыі перліту, павялічваць утрыманне перліту, ачышчаць перліт і ўмацоўваць перліт і ферыт у ім, тым самым павялічваючы цвёрдасць і трываласць чыгуну. Аднак чым вышэй колькасць медзі, тым лепш. Адпаведная колькасць дабаўленай медзі складае ад 0,2% да 0,4%. Пры даданні вялікай колькасці медзі адначасовае даданне волава і хрому шкодзіць прадукцыйнасці рэзкі. Гэта прывядзе да адукацыі вялікай колькасці сарбітавай структуры ў матрычнай структуры.
6. Хром: Легіруючы эфект хрому вельмі моцны, галоўным чынам таму, што даданне хрому павялічвае тэндэнцыю расплаўленага жалеза да белага адліву, і адліўка лёгка сціскаецца, што прыводзіць да адходаў. Таму колькасць хрому варта кантраляваць. З аднаго боку, можна спадзявацца, што расплаўленае жалеза змяшчае пэўную колькасць хрому для паляпшэння трываласці і цвёрдасці адліўкі; з іншага боку, хром строга кантралюецца на ніжняй мяжы, каб прадухіліць усаджванне адліўкі і выклікаць павелічэнне хуткасці лому. Традыцыйны вопыт сцвярджае, што калі ўтрыманне хрому ў першапачатковым расплаўленым жалезе перавышае 0,35%, гэта будзе мець фатальны ўплыў на адліўку.
7. Малібдэн: малібдэн з'яўляецца тыповым элементам, які ўтварае злучэнні, і моцным стабілізуючым перліт элементам. Ён можа рафінаваць графіт. Калі ωMo<0,8%, малібдэн можа рафінаваць перліт і ўмацоўваць ферыт у перліце, тым самым эфектыўна паляпшаючы трываласць і цвёрдасць чыгуну.
Варта адзначыць некалькі праблем з шэрым чыгунам
1.Павялічэнне перагрэву або павелічэнне часу вытрымкі можа прывесці да знікнення існуючых гетэрагенных стрыжняў у расплаве або да зніжэння іх эфектыўнасці, памяншаючы колькасць зерняў аўстэніту.
2. Тытан мае эфект рафінавання першаснага аўстэніту ў шэрым чыгуне. Бо карбіды, нітрыды і карбонитриды тытана могуць служыць асновай для зараджэння аўстэніту. Тытан можа павялічыць асяродак аўстэніту і ачысціць збожжа аўстэніту. З іншага боку, калі ў расплаўленым жалезе ёсць лішак Ti, S у жалезе будзе рэагаваць з Ti замест Mn, утвараючы часціцы TiS. Графітавае ядро TiS не такое эфектыўнае, як MnS. Такім чынам, адукацыя эўтэктычнага ядра графіту затрымліваецца, тым самым павялічваючы час выпадзення першаснага аустенита. Ванадый, хром, алюміній і цырконій падобныя на тытан тым, што яны лёгка ўтвараюць карбіды, нітрыды і карбанітрыды і могуць стаць аўстэнітнымі стрыжнямі.
3. Існуюць вялікія адрозненні ва ўздзеянні розных прышчэпак на колькасць эўтэктычных кластараў, якія размешчаны ў наступным парадку: CaSi>ZrFeSi>75FeSi>BaSi>SrFeSi. FeSi, які змяшчае Sr або Ti, аказвае больш слабы ўплыў на колькасць эўтэктычных кластараў. Інакулянты, якія змяшчаюць рэдказямельныя элементы, аказваюць лепшы эфект, і эфект больш значны пры даданні ў спалучэнні з Al і N. Ферасілікон, які змяшчае Al і Bi, можа значна павялічыць колькасць эўтэктычных кластараў.
4. Збожжа графіт-аўстэнітнага двухфазнага сімбіятычнага росту, утворанага з ядрамі графіту ў якасці цэнтра, называюцца эўтэктычнымі кластарамі. Субмікраскапічныя агрэгаты графіту, рэшткавыя нерасплаўленыя часціцы графіту, першасныя галінкі графітавых шматкоў, злучэнні з высокай тэмпературай плаўлення і газавыя ўключэнні, якія існуюць у расплаўленым жалезе і могуць быць ядрамі эўтэктычнага графіту, таксама з'яўляюцца ядрамі эўтэктычных кластараў. Паколькі эўтэктычнае ядро з'яўляецца адпраўной кропкай росту эўтэктычнага кластара, колькасць эўтэктычных кластараў адлюстроўвае колькасць ядраў, якія могуць перарасці ў графіт у эўтэктычнай жалезнай вадкасці. Фактары, якія ўплываюць на колькасць эўтэктычных кластараў, ўключаюць хімічны склад, асноўны стан расплаўленага жалеза і хуткасць астуджэння.
Важны ўплыў аказвае колькасць вугляроду і крэмнію ў хімічным складзе. Чым бліжэй вугляродны эквівалент да эўтэктычнага складу, тым больш эўтэктычных кластараў. S - яшчэ адзін важны элемент, які ўплывае на эўтэктычныя кластары шэрага чыгуну. Нізкае ўтрыманне серы не спрыяе павелічэнню эўтэктычных кластараў, таму што сульфід у расплаўленым чыгуне з'яўляецца важным рэчывам графітавага ядра. Акрамя таго, сера можа паменшыць межфазную энергію паміж гетэрагенным ядром і расплавам, так што больш ядраў можа быць актывавана. Калі W (S) менш за 0,03%, колькасць эўтэктычных кластараў значна памяншаецца, а эфект прышчэпкі зніжаецца.
Пры масавай долі марганца ў межах 2% павялічваецца колькасць марганца і адпаведна павялічваецца колькасць эўтэктычных кластараў. Nb лёгка стварае злучэнні вугляроду і азоту ў расплаўленым жалезе, якое дзейнічае як графітавы стрыжань для павелічэння эўтэктычных кластараў. Ti і V памяншаюць колькасць эўтэктычных кластараў, таму што ванадый зніжае канцэнтрацыю вугляроду; тытан лёгка захоплівае S у MnS і MgS з адукацыяй сульфіду тытана, і яго здольнасць да зараджэння не такая эфектыўная, як MnS і MgS. N у расплаўленым жалезе павялічвае колькасць эўтэктычных кластараў. Калі ўтрыманне N менш за 350 x10-6, гэта не відавочна. Пасля перавышэння пэўнага значэння пераахаладжэнне павялічваецца, тым самым павялічваючы колькасць эўтэктычных кластараў. Кісларод у расплаўленым жалезе лёгка ўтварае розныя аксідныя ўключэнні ў выглядзе ядраў, таму з павелічэннем колькасці кіслароду павялічваецца колькасць эўтэктычных кластараў. У дадатак да хімічнага складу важным фактарам уплыву з'яўляецца асноўны стан эўтэктычнага расплаву. Падтрыманне высокай тэмпературы і перагрэў на працягу доўгага часу прывядзе да знікнення або памяншэння зыходнага ядра, памяншэння колькасці эўтэктычных кластараў і павелічэння дыяметра. Апрацоўка прышчэпкай можа значна палепшыць стан ядра і павялічыць колькасць эўтэктычных кластараў. Хуткасць астуджэння вельмі відавочна ўплывае на колькасць эўтэктычных кластараў. Чым хутчэй астуджэнне, тым больш эўтэктычных кластараў.
5.Колькасць эўтэктычных кластараў непасрэдна адлюстроўвае таўшчыню эўтэктычных зерняў. Увогуле, дробнае збожжа можа палепшыць характарыстыкі металаў. Пры аднолькавым хімічным складзе і тыпе графіту па меры павелічэння колькасці эўтэктычных кластараў павялічваецца трываласць на разрыў, таму што графітавыя лісты ў эўтэктычных кластарах становяцца больш дробнымі па меры павелічэння колькасці эўтэктычных кластараў, што павялічвае трываласць. Аднак з павелічэннем утрымання крэмнію значна ўзрастае колькасць эўтэктычных груп, але замест гэтага зніжаецца трываласць; трываласць чыгуну ўзрастае з павышэннем тэмпературы перагрэву (да 1500 ℃), але ў гэты час значна памяншаецца колькасць эўтэктычных груп. Узаемасувязь паміж законам змены колькасці эўтэктычных груп, выкліканым працяглай апрацоўкай прышчэпкай, і павелічэннем трываласці не заўсёды мае аднолькавую тэндэнцыю. Трываласць, атрыманая пры апрацоўцы прышчэпкай FeSi, які змяшчае Si і Ba, вышэй, чым у CaSi, але колькасць эўтэктычных груп чыгуну значна меншая, чым у CaSi. З павелічэннем колькасці эўтэктычных груп павялічваецца схільнасць чыгуну да ўсаджвання. Для прадухілення ўсаджвання невялікіх частак колькасць эўтэктычных груп павінна быць ніжэй за 300~400/см2.
6. Даданне легіруючых элементаў (Cr, Mn, Mo, Mg, Ti, Ce, Sb), якія спрыяюць пераахаладжэння ў графітаваных інакулянтаў, можа палепшыць ступень пераахаладжэння чыгуну, ачысціць збожжа, павялічыць колькасць аўстэніту і спрыяць адукацыі перліт. Дададзеныя павярхоўна-актыўныя элементы (Te, Bi, 5b) можна адсарбаваць на паверхні ядраў графіту, каб абмежаваць рост графіту і паменшыць памер графіту, каб дасягнуць мэты паляпшэння комплексных механічных уласцівасцей, паляпшэння аднастайнасці і павышэння арганізацыйнага рэгулявання. Гэты прынцып быў ужыты ў практыцы вытворчасці высокавугляроднага чыгуну (напрыклад, тармазных дэталяў).
Час публікацыі: 05 чэрвеня 2024 г
