Jak produkować części z żeliwa szarego o wysokiej wytrzymałości bez dodawania metali szlachetnych, takich jak stopy?

Szczegółowy przebieg procesu produkcji żeliwa szarego o wysokiej wytrzymałości HT300 bez dodatku stopów

Faza 1: Składniki i wytapianie - Układanie fundamentu

1. Wybrane materiały piecowe: Surówka: stosuje się surówkę o wysokiej czystości lub wysokiej jakości surówkę żeliwną, która charakteryzuje się niską zawartością pierwiastków śladowych (takich jak Ti, V, As, Sb itp.). Te pierwiastki śladowe mogą zakłócać morfologię grafitu, co nie sprzyja wzrostowi wytrzymałości. Rozmiar bloku żelaza powinien być jednolity. Złom stalowy: Należy znacznie zwiększyć udział dodatku, zwykle wynoszący 30% -40% wsadu do pieca. Stosowanie czystego złomu stali o niskiej zawartości węgla i siarki, takiego jak części tłoczone, odpady stali węglowej itp., ma na celu rozcieńczenie węgla i zanieczyszczeń w roztopionym żelazie. Materiały pochodzące z recyklingu: Używaj wlewów i odlewów odpadowych tej samej marki, aby zapewnić stabilny skład. Ściśle kontroluj jego proporcje i czystość, aby uniknąć wprowadzenia zbyt wielu zanieczyszczeń. 2. Dokładne obliczenie składników: Podstawowa idea: Niski ekwiwalent węgla. Celem jest ścisła kontrola ekwiwalentu węgla (CE) w wąskim przedziale od 3,8% do 4,0%. Węgiel (C): Wartość docelowa wynosi 2,9% -3,2%. Obniżenie zawartości węgla dzięki dużej zawartości złomu stalowego. Krzem (Si): Początkowa ilość krzemu w piecu jest kontrolowana na poziomie 1,2% -1,5%, pozostawiając wystarczającą ilość dodatkowej przestrzeni do późniejszej inkubacji. Równowaga pomiędzy manganem (Mn) i siarką (S) jest kluczowa. Celem jest kontrola zawartości siarki w przedziale od 0,07% do 0,12%, a następnie obliczenie ilości dodanego manganu według wzoru Mn% ≈ 1,7 × S%+0,3%. Na tej podstawie zawartość manganu wynosi zwykle od 0,8% do 1,0%. Zapewnia to powstawanie korzystnych związków MnS i sprzyja tworzeniu się perlitu. Fosfor (P): Zawartość musi być ściśle ograniczona do poniżej 0,08%, ponieważ fosfor może zmniejszać wiązkość i wytrzymałość żeliwa. 3. Topienie w wysokiej temperaturze: Do topienia stosuje się piec indukcyjny o średniej częstotliwości, aby zapewnić jednolity skład i precyzyjną kontrolę temperatury. Temperatura stukania musi być wyższa niż 1520 ℃. Celem topienia w wysokiej temperaturze jest całkowite zmniejszenie zawartości gazów (wodoru, azotu) w roztopionym żelazie. Całkowicie upłynnić wtrącenia niemetaliczne w celu uzyskania czystego stopionego żelaza. Zapewnij wystarczające rezerwy ciepła do późniejszej obróbki i nalewania.

Faza 2: Obróbka przed piecem i zalewanie – precyzyjna kontrola

1. Szybka analiza i regulacja elementów pieca: Pobieraj próbki ciekłego żelaza do analizy spektralnej lub analizy termicznej, aby szybko uzyskać rzeczywistą zawartość C, Si, Mn, P i S. Dostosuj zgodnie z wynikami, aby upewnić się, że wszystkie pierwiastki mieszczą się w docelowym oknie, zwłaszcza ekwiwalent węgla. 2. Efektywna obróbka inkubacyjna: To jest istota całego procesu. W warunkach równoważnych niskiej emisji dwutlenku węgla tendencja roztopionego żelaza do powstawania białej pleśni jest niezwykle wysoka i konieczne jest wyeliminowanie białej pleśni i rafinacja grafitu poprzez silne zaszczepienie. Wybór modyfikatorów: Wybierz modyfikatory o dużej odporności na rozkład i zdolność do zarodkowania, takie jak stront (Sr) - zawierający żelazokrzem lub bar (Ba) - zawierający żelazokrzem. Proces inkubacji: przyjęcie metody inokulacji przepływowej. W momencie, gdy roztopione żelazo przepływa z kadzi do zalewki, stosuje się dedykowany podajnik inokulacyjny, który równomiernie dodaje do strumienia roztopionego żelaza modyfikatory o wielkości cząstek 0,2-0,7 mm. Ilość dodatku: kontrolowana na poziomie 0,3% -0,5% (wagowo w stosunku do roztopionego żelaza). Efekt: Natychmiastowa inkubacja może zapewnić dużą ilość rdzeni kryształów grafitu przed zestaleniem roztopionego żelaza, uzyskując w ten sposób grafit typu A (drobne płatki, równomierny rozkład) i skutecznie zapobiegając pojawianiu się cementytu na krawędziach. Uszlachetnienie grafitu prowadzi bezpośrednio do uszlachetnienia perlitu matrycowego. 3. Kontrola nalewania i chłodzenia: Temperatura zalewania: Zakładając, że zapewnione jest wystarczające napełnienie, stosuje się niższą temperaturę zalewania, zwykle pomiędzy 1320 ℃ a 1350 ℃. Odlewanie w niskiej temperaturze pomaga zwiększyć przechłodzenie i udoskonalić klastry eutektyczne. Proces odlewania: Preferowaną metodą jest odlewanie żelaza w piasku, co jest najskuteczniejszą techniką osiągania wysokiej wytrzymałości. Jako zewnętrzny kształt użyj metalowej formy (żelaznej) i przykryj jej powierzchnię roboczą warstwą piasku o grubości 4-8 milimetrów. Proces ten może znacznie poprawić prędkość chłodzenia i wymusić szybkie krzepnięcie stopionego żelaza. Korzyści z szybkiego chłodzenia: bardzo drobne płatki atramentu. Kluczem do poprawy wytrzymałości jest znaczne udoskonalenie odstępów międzywarstwowych perlitu. Spraw, aby ogólna struktura odlewu była gęstsza i bardziej jednolita. Zastosowanie zimnego żelaza: W przypadku zwykłego odlewania w piasku konieczne jest rozsądne umieszczenie zewnętrznego zimnego żelaza w grubych i gorących częściach odlewu, aby wymusić synchroniczne zestalenie tych części z częściami cienkościennymi, zapobiec skurczowi i poluzowaniu oraz udoskonalić lokalną strukturę.

Faza trzecia: przetwarzanie końcowe i kontrola

1. Oczyszczanie piasku i obróbka cieplna: Po zestaleniu odlewu pozostawia się go w formie przez odpowiedni czas, aż osiągnie temperaturę poniżej temperatury przejścia fazowego, a następnie zasypuje skrzynkę piaskiem, aby uniknąć nadmiernych naprężeń wewnętrznych. Wyżarzanie odprężające należy przeprowadzić zazwyczaj w temperaturze 520℃ -550℃, wytrzymać 2-4 godziny, a następnie ochłodzić piecem. Uwaga szczególna: Temperatura wyżarzania nie może przekraczać 720 ℃, w przeciwnym razie drobny płatek przypominający perłę ulegnie sferoidyzacji, co spowoduje spadek wytrzymałości i twardości. 2. Ścisła kontrola jakości: Właściwości mechaniczne: Wzdłuż linii wylewane są pojedyncze lub dołączone pręty testowe, a wytrzymałość na rozciąganie mierzona jest na uniwersalnej maszynie wytrzymałościowej, aby zapewnić stabilność powyżej 300 MPa. Badanie metalograficzne: Sprawdź strukturę metalograficzną próbki lub pręta testowego. Docelowa organizacja to: ≥ 95% drobnego perlitu lamelarnego + mały, równomiernie rozłożony grafit typu A (preferowana długość grafitu 3-4 stopnie) + brak wolnego cementytu. Test twardości: Zmierzyć twardość Brinella na korpusie odlewu. Twardość HT300 bez stopu wynosi zwykle 190-220HBW, co jest zjawiskiem normalnym.

Podsumowanie i podstawowe wskazówki:

Pomyślna produkcja bezstopowego HT300 opiera się na precyzyjnym łańcuchu powiązanych ze sobą komponentów: materiał pieca o wysokiej czystości + formuła równoważna o niskiej zawartości węgla + czyste topienie w wysokiej temperaturze + precyzyjna równowaga Mn/S + wydajna natychmiastowa inkubacja + wymuszone szybkie chłodzenie. Jakakolwiek utrata kontroli w którymkolwiek z tych ogniw może prowadzić do niewystarczającej wytrzymałości lub pojawienia się twardych i kruchych faz. Jest to proces wymagający niezwykle wysokiego poziomu zarządzania i wykonania technicznego, ale po opanowaniu może znacznie obniżyć koszty produkcji i zwiększyć konkurencyjność produktu.