Jak produkować wysokiej jakości części z żeliwa o wysokiej zawartości chromu?

Żeliwo wysokochromowe jest niezwykle ważnym materiałem odpornym na zużycie, szeroko stosowanym w takich gałęziach przemysłu jak hutnictwo, górnictwo, cement i energetyka. Procesy topienia i obróbki cieplnej wymagają rygorystycznych wymagań, aby zapewnić idealną mikrostrukturę i doskonałą odporność na zużycie.

Poniżej znajduje się szczegółowe wyjaśnienie kluczowych punktów topienia składników, temperatury topnienia, temperatury zalewania i procesu obróbki cieplnej żeliwa o wysokiej zawartości chromu.

1. Skład chemiczny stopionego żeliwa o wysokiej zawartości chromu jest podstawą jego działania, zwykle z Cr/C (stosunek węgla chromu) jako głównym elementem konstrukcyjnym.

1. Zakres składu chemicznego rdzenia (typowy): Węgiel (C): 2,0% -3,5%. Zawartość węgla określa ilość, morfologię i twardość węglików pierwotnych i węglików eutektycznych. Im wyższa zawartość węgla, tym wyższa twardość, ale wytrzymałość maleje. Chrom (Cr): 12% -30% (powszechnie spotykany w 15% -28%). Chrom jest kluczowym pierwiastkiem tworzącym węgliki i zapewniającym odporność korozyjną podłoża. Kluczową kwestią jest kontrolowanie stosunku Cr/C. Molibden (Mo): 0,5% -3,0%. Molibden może poprawiać hartowność, hamować przemianę perlitu i sprzyjać tworzeniu się bainitu lub martenzytu, szczególnie w przypadku odlewów o dużych przekrojach. Jednocześnie może udoskonalić organizację, poprawić wytrzymałość i odporność na zużycie. Miedź (Cu): 0,5% -1,5%. Stosowany jest również w celu poprawy hartowności i jest częściowo niedrogim zamiennikiem molibdenu, ale jego działanie nie jest tak dobre jak molibdenu. Nikiel (Ni): 0-1,5%. Pomagają w poprawie hartowności i wzmocnieniu matrycy. Mangan (Mn): 0,5% -1,0%. Stabilizuj austenit i poprawiaj hartowność. Jednakże zbyt wysokie poziomy mogą stabilizować austenit, prowadząc do wzrostu austenitu szczątkowego i segregacji na granicach ziaren, co jest szkodliwe dla wytrzymałości. Krzem (Si): 0,3% -1,0%. Elementy odtleniające, ale będą sprzyjać grafityzacji węglików, więc zawartość nie powinna być zbyt wysoka. Siarka (S) i fosfor (P): Ściśle ograniczone. P < 0,06%, S < 0,05%. Wszystkie te pierwiastki są szkodliwymi pierwiastkami, które mogą poważnie zmniejszyć wytrzymałość i wytrzymałość oraz zwiększyć skłonność do pękania termicznego.

2. Znaczenie stosunku Cr/C: Cr/C<4: (Fe, Cr) ∝ W strukturze pojawią się węgliki C o niższej twardości i słabej odporności na zużycie. Cr/C ≈ 4-10: wysoka twardość (Fe, Cr) ₇ C ∨ węglik eutektyczny (który jest głównym źródłem odporności na zużycie żeliwa o wysokiej zawartości chromu) powstaje w postaci pręta lub taśmy, co powoduje mniejsze rozszczepienie osnowy i lepszą udarność. Jest to najczęściej stosowany interwał. Cr/C>10: Zaczyna tworzyć się duża ilość (Cr, Fe) ₂ ∝ C ₆ - węgliki typu. Chociaż odporność na korozję jest poprawiona, twardość maleje, a odporność na zużycie nie jest tak dobra jak (Fe, Cr) ₇ C ₆.

3. Obliczenie składników: Oblicz współczynnik wsadu pieca w oparciu o docelowy składnik i stopień odzysku. Wsad do pieca składa się zwykle z surówki, złomu stalowego, żelaza chromowego (takiego jak żelazo chromowe o wysokiej zawartości węgla i żelazo o niskiej zawartości węgla), żelaza molibdenowego, miedzi, blachy niklowej itp. Odniesienia do współczynnika odzysku: Pierwiastki takie jak Cr i Mo charakteryzują się wysokim współczynnikiem odzysku po stopieniu w piecu indukcyjnym średniej częstotliwości, zwykle obliczanym na poziomie 95–98%. Stopień odzysku Mn wynosi około 85% -95%.

2, Temperatura topnienia i temperatura zalewania

1. Temperatura wytapiania: Temperatura spustu nie powinna być zbyt wysoka, zwykle kontrolowana w przedziale od 1480°C do 1520°C. Powód: Nadmierna temperatura może zwiększyć straty podczas spalania pierwiastków stopowych (takie jak utlenianie Cr i Si), nasilić absorpcję wodoru i azotu w cieczy stalowej oraz spowodować gruboziarnistość ziaren. Niska temperatura nie sprzyja topieniu stopu, homogenizacji składu i oddzielaniu żelaza od żużla.

2. Temperatura zalewania: Temperaturę zalewania należy określić w zależności od grubości ścianki i struktury odlewu, zwykle w zakresie od 1380°C do 1450°C. W przypadku grubych i prostych części należy zastosować niższą temperaturę zalewania (np. 1380°C do 1420°C), aby ułatwić sekwencyjne krzepnięcie, zmniejszyć skurcz i udoskonalić wielkość ziaren. Części cienkościenne i złożone: Stosować wyższe temperatury zalewania (np. 1420°C-1450°C), aby zapewnić dobrą zdolność wypełniania. Zasada: Zakładając zapewnienie napełnienia, staraj się w miarę możliwości stosować niższą temperaturę nalewania.

3, Kluczowe punkty procesu obróbki cieplnej

Mikrostruktura odlewu żeliwa o wysokiej zawartości chromu to zwykle austenit + węgliki eutektyczne + częściowy perlit, o niskiej twardości i słabej wytrzymałości. Osnówkę martenzytyczną o wysokiej twardości i odporności na zużycie można uzyskać jedynie poprzez obróbkę cieplną.

Istotą obróbki cieplnej jest „austenityzowanie + hartowanie”.

1. Austenityzowanie: Temperatura: 940°C-980°C. Konkretna temperatura zależy od składu, zwłaszcza zawartości Cr i C. W przypadku formuł o wysokiej zawartości węgla i chromu należy przyjąć dolną granicę temperatury, w przeciwnym razie przyjąć górną granicę temperatury. Czas izolacji: Zwykle obliczany na podstawie grubości ściany, izolacja trwa 1 godzinę na każde 25 milimetrów. Upewnij się, że węgiel i pierwiastki stopowe w węglikach są całkowicie rozpuszczone w austenicie, ale dłuższy czas może prowadzić do wzrostu ziaren i zgrubienia węglika. Kluczowy punkt: Po austenityzacji osnowa staje się austenitem bogatym w węgiel i pierwiastki stopowe.

2. Hartowanie: Metoda chłodzenia: Po wyjęciu z temperatury austenityzacji należy ją szybko schłodzić (hartować). Powszechna metoda: Hartowanie powietrzem: Jest to najczęściej stosowana i bezpieczna metoda. Ze względu na wysoką zawartość stopu i dobrą hartowność, chłodzenie powietrzem jest wystarczające, aby uniknąć przemiany perlitu i uzyskać osnowę martenzytyczną. W przypadku dużych lub złożonych komponentów chłodzenie powietrzem może skutecznie zmniejszyć ryzyko pękania. Hartowanie wymuszone powietrzem: użycie wentylatora do nadmuchu powietrza i przyspieszenia chłodzenia. Hartowanie w oleju: Stosowane wyłącznie do odlewów o bardzo małych lub prostych kształtach, o wysokim ryzyku i łatwym pękaniu, wymagających dużej ostrożności. Cel: Przechłodzenie austenitu wysokotemperaturowego poniżej temperatury przemiany martenzytycznej (punkt Ms) i przekształcenie go w martenzyt o wysokiej twardości.

3. Odpuszczanie: Konieczność: Po hartowaniu naprężenia wewnętrzne są niezwykle wysokie, a struktura to martenzyt + austenit szczątkowy, który jest bardzo kruchy i wymaga natychmiastowego odpuszczenia. Temperatura: Zwykle stosuje się odpuszczanie w niskiej temperaturze w zakresie od 200°C do 300°C, czasami stosuje się również odpuszczanie w średniej temperaturze w okolicach 450°C (co zmniejsza twardość, ale poprawia wytrzymałość). Czas izolacji: 2-6 godzin (w zależności od grubości ściany). Funkcja: łagodzi naprężenia hartownicze i zapobiega pękaniu podczas użytkowania. Przekształcenie hartowanego martenzytu w odpuszczony martenzyt nieznacznie zmniejsza twardość, ale znacznie poprawia wytrzymałość i stabilność. Promuj przemianę części austenitu szczątkowego w martenzyt (hartowanie wtórne).

4. Proces specjalny: Obróbka podkrytyczna. W niektórych warunkach pracy, które wymagają dużej udarności, można zastosować obróbkę podkrytyczną z długoterminową izolacją (np. 4-10 godzin) w temperaturze od 450°C do 520°C. Proces ten rozkłada austenit szczątkowy na ferryt bainityczny i węgliki, co daje doskonałe połączenie wytrzymałości i wiązkości, ale twardość może się zmniejszyć.

Podsumowanie: Typowa krzywa obróbki cieplnej żeliwa wysokochromowego KmTBCr26 jest następująca: [Austenityzacja] Nagrzewanie do 960°C ± 10°C ->Trzymanie przez 4-6 godzin ->[Hartowanie] Chłodzenie powietrzem do temperatury pokojowej ->[Odpuszczanie] Natychmiastowe podgrzewanie do 250°C ± 10°C ->Trzymanie przez 4-6 godzin ->Chłodzenie powietrzem po rozładowaniu. Ważna uwaga: Przed wejściem do pieca w celu obróbki cieplnej odlewy należy dokładnie oczyścić (usunąć piasek formierski, nadlewy itp.). Szybkość nagrzewania nie powinna być zbyt duża, zwłaszcza w przypadku skomplikowanych komponentów. Zaleca się wygrzewanie etapowe (np. utrzymywanie przez pewien czas jednakowej temperatury 600°C). Po hartowaniu przed użyciem należy go schłodzić do temperatury pokojowej. Tylko poprzez precyzyjną kontrolę składu, topienia i szeregu parametrów obróbki cieplnej można wyprodukować wysokowydajne, odporne na zużycie części z żeliwa chromowego.