Peranan unsur yang biasa digunakan dalam besi tuang kelabu
1.Karbon dan silikon: Karbon dan silikon ialah unsur-unsur yang sangat menggalakkan grafitisasi. Setara karbon boleh digunakan untuk menggambarkan kesannya terhadap struktur metalografi dan sifat mekanikal besi tuang kelabu. Menambahkan setara karbon menyebabkan kepingan grafit menjadi lebih kasar, bertambah bilangannya, dan kekuatan dan kekerasan berkurangan. Sebaliknya, mengurangkan setara karbon boleh mengurangkan bilangan grafit, menapis grafit, dan meningkatkan bilangan dendrit austenit primer, dengan itu meningkatkan sifat mekanikal besi tuang kelabu. Walau bagaimanapun, mengurangkan setara karbon akan membawa kepada penurunan dalam prestasi tuangan.
2. Mangan: Mangan itu sendiri adalah unsur yang menstabilkan karbida dan menghalang grafitisasi. Ia mempunyai kesan menstabilkan dan menapis perlit dalam besi tuang kelabu. Dalam julat Mn=0.5% hingga 1.0%, meningkatkan jumlah mangan adalah kondusif untuk meningkatkan kekuatan dan kekerasan.
3. Fosforus: Apabila kandungan fosforus dalam besi tuang melebihi 0.02%, eutektik fosforus intergranular mungkin berlaku. Keterlarutan fosforus dalam austenit adalah sangat kecil. Apabila besi tuang menjadi pejal, fosforus pada asasnya kekal dalam cecair. Apabila pemejalan eutektik hampir selesai, komposisi fasa cecair yang tinggal antara kumpulan eutektik adalah hampir dengan komposisi eutektik terner (Fe-2%, C-7%, P). Fasa cecair ini memejal pada kira-kira 955 ℃. Apabila besi tuang memejal, molibdenum, kromium, tungsten dan vanadium semuanya diasingkan dalam fasa cecair yang kaya dengan fosforus, meningkatkan jumlah eutektik fosforus. Apabila kandungan fosforus dalam besi tuang adalah tinggi, sebagai tambahan kepada kesan berbahaya dari eutektik fosforus itu sendiri, ia juga akan mengurangkan unsur pengaloian yang terkandung dalam matriks logam, dengan itu melemahkan kesan unsur pengaloian. Cecair eutektik fosforus adalah lembek di sekeliling kumpulan eutektik yang memejal dan membesar, dan sukar untuk diisi semula semasa pengecutan pemejalan, dan tuangan mempunyai kecenderungan yang lebih besar untuk mengecut.
4.Sulfur: Ia mengurangkan kecairan besi cair dan meningkatkan kecenderungan tuangan untuk retak panas. Ia adalah unsur berbahaya dalam tuangan. Oleh itu, ramai orang berpendapat bahawa lebih rendah kandungan sulfur, lebih baik. Malah, apabila kandungan sulfur adalah ≤0.05%, besi tuang jenis ini tidak berfungsi untuk inokulan biasa yang kami gunakan. Sebabnya ialah inokulasi mereput dengan cepat, dan bintik-bintik putih sering muncul dalam tuangan.
5.Kuprum: Kuprum ialah unsur pengaloian yang paling kerap ditambah dalam penghasilan besi tuang kelabu. Sebab utama ialah kuprum mempunyai takat lebur yang rendah (1083 ℃), mudah cair, dan mempunyai kesan pengaloian yang baik. Keupayaan grafitisasi tembaga adalah kira-kira 1/5 daripada silikon, jadi ia boleh mengurangkan kecenderungan besi tuang untuk mempunyai tuangan putih. Pada masa yang sama, kuprum juga boleh mengurangkan suhu kritikal perubahan austenit. Oleh itu, kuprum boleh menggalakkan pembentukan pearlit, meningkatkan kandungan pearlit, dan menapis pearlit dan menguatkan pearlit dan ferit di dalamnya, dengan itu meningkatkan kekerasan dan kekuatan besi tuang. Walau bagaimanapun, lebih tinggi jumlah tembaga, lebih baik. Jumlah tambahan tembaga yang sesuai ialah 0.2% hingga 0.4%. Apabila menambah sejumlah besar tembaga, menambah timah dan kromium pada masa yang sama berbahaya kepada prestasi pemotongan. Ia akan menyebabkan sejumlah besar struktur sorbit terhasil dalam struktur matriks.
6.Chromium: Kesan pengaloian kromium adalah sangat kuat, terutamanya kerana penambahan kromium meningkatkan kecenderungan besi cair untuk mempunyai tuangan putih, dan tuangan mudah mengecut, mengakibatkan sisa. Oleh itu, jumlah kromium harus dikawal. Di satu pihak, adalah diharapkan bahawa besi cair mengandungi sejumlah kromium untuk meningkatkan kekuatan dan kekerasan tuangan; sebaliknya, kromium dikawal ketat pada had bawah untuk mengelakkan tuangan daripada mengecut dan menyebabkan peningkatan dalam kadar sekerap. Pengalaman tradisional berpendapat bahawa apabila kandungan kromium besi cair asal melebihi 0.35%, ia akan memberi kesan maut pada tuangan.
7. Molibdenum: Molibdenum ialah unsur pembentuk sebatian biasa dan unsur penstabil perlit yang kuat. Ia boleh menapis grafit. Apabila ωMo<0.8%, molibdenum boleh menapis pearlit dan menguatkan ferit dalam pearlit, dengan itu berkesan meningkatkan kekuatan dan kekerasan besi tuang.
Beberapa isu dalam besi tuang kelabu mesti diberi perhatian
1.Meningkatkan terlalu panas atau memanjangkan masa penahanan boleh menjadikan teras heterogen sedia ada dalam leburan hilang atau mengurangkan keberkesanannya, mengurangkan bilangan butir austenit.
2.Titanium mempunyai kesan menapis austenit primer dalam besi tuang kelabu. Kerana titanium karbida, nitrida, dan karbonitrida boleh berfungsi sebagai asas untuk nukleasi austenit. Titanium boleh meningkatkan teras austenit dan menapis bijirin austenit. Sebaliknya, apabila terdapat lebihan Ti dalam besi cair, S dalam besi akan bertindak balas dengan Ti dan bukannya Mn untuk membentuk zarah TiS. Teras grafit TiS tidak berkesan seperti MnS. Oleh itu, pembentukan teras grafit eutektik ditangguhkan, dengan itu meningkatkan masa pemendakan austenit primer. Vanadium, kromium, aluminium, dan zirkonium adalah serupa dengan titanium kerana ia mudah untuk membentuk karbida, nitrida, dan karbonitrida, dan boleh menjadi teras austenit.
3.Terdapat perbezaan besar dalam kesan pelbagai inokulan ke atas bilangan kelompok eutektik, yang disusun mengikut susunan berikut: CaSi>ZrFeSi>75FeSi>BaSi>SrFeSi. FeSi yang mengandungi Sr atau Ti mempunyai kesan yang lebih lemah pada bilangan kelompok eutektik. Inokulan yang mengandungi nadir bumi mempunyai kesan terbaik, dan kesannya lebih ketara apabila ditambah dalam kombinasi dengan Al dan N. Ferrosilikon yang mengandungi Al dan Bi boleh meningkatkan bilangan gugusan eutektik dengan kuat.
4. Butiran pertumbuhan simbiotik dua fasa grafit-austenit yang terbentuk dengan nukleus grafit sebagai pusat dipanggil gugusan eutektik. Agregat grafit submikroskopik, sisa zarah grafit tidak cair, cawangan kepingan grafit primer, sebatian takat lebur tinggi dan kemasukan gas yang wujud dalam besi cair dan boleh menjadi teras grafit eutektik juga merupakan teras kelompok eutektik. Oleh kerana nukleus eutektik ialah titik permulaan pertumbuhan gugusan eutektik, bilangan gugusan eutektik mencerminkan bilangan teras yang boleh berkembang menjadi grafit dalam cecair besi eutektik. Faktor yang mempengaruhi bilangan kelompok eutektik termasuk komposisi kimia, keadaan teras besi cair dan kadar penyejukan.
Jumlah karbon dan silikon dalam komposisi kimia mempunyai pengaruh penting. Semakin hampir setara karbon dengan komposisi eutektik, semakin banyak gugusan eutektik yang ada. S ialah satu lagi elemen penting yang mempengaruhi kelompok eutektik besi tuang kelabu. Kandungan sulfur yang rendah tidak kondusif untuk meningkatkan kelompok eutektik, kerana sulfida dalam besi cair adalah bahan penting teras grafit. Di samping itu, sulfur boleh mengurangkan tenaga antara muka antara teras heterogen dan cair, supaya lebih banyak teras boleh diaktifkan. Apabila W (S) kurang daripada 0.03%, bilangan kelompok eutektik berkurangan dengan ketara, dan kesan inokulasi berkurangan.
Apabila pecahan jisim Mn berada dalam lingkungan 2%, jumlah Mn meningkat, dan bilangan gugusan eutektik meningkat dengan sewajarnya. Nb mudah menghasilkan sebatian karbon dan nitrogen dalam besi cair, yang bertindak sebagai teras grafit untuk meningkatkan kelompok eutektik. Ti dan V mengurangkan bilangan kelompok eutektik kerana vanadium mengurangkan kepekatan karbon; titanium mudah menangkap S dalam MnS dan MgS untuk membentuk titanium sulfida, dan keupayaan nukleasinya tidak berkesan seperti MnS dan MgS. N dalam besi cair meningkatkan bilangan gugusan eutektik. Apabila kandungan N kurang daripada 350 x10-6, ia tidak jelas. Selepas melebihi nilai tertentu, supercooling meningkat, sekali gus meningkatkan bilangan gugusan eutektik. Oksigen dalam besi cair dengan mudah membentuk pelbagai kemasukan oksida sebagai teras, jadi apabila oksigen meningkat, bilangan gugusan eutektik meningkat. Sebagai tambahan kepada komposisi kimia, keadaan teras leburan eutektik adalah faktor yang mempengaruhi penting. Mengekalkan suhu tinggi dan terlalu panas untuk masa yang lama akan menyebabkan teras asal hilang atau berkurangan, mengurangkan bilangan gugusan eutektik, dan meningkatkan diameter. Rawatan inokulasi boleh meningkatkan keadaan teras dan meningkatkan bilangan kelompok eutektik. Kadar penyejukan mempunyai kesan yang sangat jelas pada bilangan kelompok eutektik. Lebih cepat penyejukan, lebih banyak kelompok eutektik terdapat.
5. Bilangan kelompok eutektik secara langsung mencerminkan ketebalan butiran eutektik. Secara amnya, butiran halus boleh meningkatkan prestasi logam. Di bawah premis komposisi kimia yang sama dan jenis grafit, apabila bilangan kelompok eutektik meningkat, kekuatan tegangan meningkat, kerana kepingan grafit dalam kelompok eutektik menjadi lebih halus apabila bilangan kelompok eutektik meningkat, yang meningkatkan kekuatan. Walau bagaimanapun, dengan peningkatan kandungan silikon, bilangan kumpulan eutektik meningkat dengan ketara, tetapi kekuatannya berkurangan; kekuatan besi tuang meningkat dengan peningkatan suhu superheat (kepada 1500 ℃), tetapi pada masa ini, bilangan kumpulan eutektik berkurangan dengan ketara. Hubungan antara undang-undang perubahan bilangan kumpulan eutektik yang disebabkan oleh rawatan inokulasi jangka panjang dan peningkatan kekuatan tidak selalu mempunyai trend yang sama. Kekuatan yang diperolehi melalui rawatan inokulasi dengan FeSi yang mengandungi Si dan Ba adalah lebih tinggi daripada yang diperolehi dengan CaSi, tetapi bilangan kumpulan eutektik besi tuang jauh lebih sedikit daripada CaSi. Dengan peningkatan bilangan kumpulan eutektik, kecenderungan pengecutan besi tuang meningkat. Untuk mengelakkan pembentukan pengecutan dalam bahagian kecil, bilangan kumpulan eutektik hendaklah dikawal di bawah 300~400/cm2.
6. Menambah unsur aloi (Cr, Mn, Mo, Mg, Ti, Ce, Sb) yang menggalakkan penyejukan super dalam inokulan bergrafit boleh meningkatkan tahap penyejukan super besi tuang, menapis bijirin, meningkatkan jumlah austenit dan menggalakkan pembentukan perlit. Unsur aktif permukaan tambahan (Te, Bi, 5b) boleh diserap pada permukaan nukleus grafit untuk menghadkan pertumbuhan grafit dan mengurangkan saiz grafit, untuk mencapai tujuan meningkatkan sifat mekanikal yang komprehensif, meningkatkan keseragaman, dan meningkatkan peraturan organisasi. Prinsip ini telah digunakan dalam amalan pengeluaran besi tuang berkarbon tinggi (seperti bahagian brek).
Masa siaran: Jun-05-2024
