Role běžně používaných prvků v šedé litině
1.Uhlík a křemík: Uhlík a křemík jsou prvky, které silně podporují grafitizaci. Uhlíkový ekvivalent lze použít k ilustraci jejich účinků na metalografickou strukturu a mechanické vlastnosti šedé litiny. Zvýšení uhlíkového ekvivalentu způsobí, že se grafitové vločky stanou hrubšími, zvýší se jejich počet a sníží se pevnost a tvrdost. Naopak snížení uhlíkového ekvivalentu může snížit počet grafitů, zušlechtit grafit a zvýšit počet primárních austenitových dendritů, čímž se zlepší mechanické vlastnosti šedé litiny. Snížení uhlíkového ekvivalentu však povede ke snížení odlévacího výkonu.
2.Mangan: Mangan sám o sobě je prvkem, který stabilizuje karbidy a brání grafitizaci. Má vliv na stabilizaci a zušlechťování perlitu v šedé litině. V rozsahu Mn=0,5 % až 1,0 % přispívá zvýšení množství manganu ke zlepšení pevnosti a tvrdosti.
3. Fosfor: Když obsah fosforu v litině překročí 0,02 %, může dojít k intergranulárnímu eutektiku fosforu. Rozpustnost fosforu v austenitu je velmi malá. Když litina tuhne, fosfor v podstatě zůstává v kapalině. Když je eutektické tuhnutí téměř úplné, složení zbývající kapalné fáze mezi eutektickými skupinami je blízké ternárnímu eutektickému složení (Fe-2 %, C-7 %, P). Tato kapalná fáze tuhne při asi 955 °C. Když litina tuhne, molybden, chrom, wolfram a vanad jsou všechny segregovány v kapalné fázi bohaté na fosfor, čímž se zvyšuje množství fosforového eutektika. Když je obsah fosforu v litině vysoký, kromě škodlivých účinků samotného fosforového eutektika dojde také ke snížení legujících prvků obsažených v kovové matrici, čímž se oslabí účinek legujících prvků. Fosforová eutektická kapalina je kašovitá kolem eutektické skupiny, která tuhne a roste, a je obtížné ji doplňovat během smršťování tuhnutím a odlitek má větší tendenci se smršťovat.
4.Síra: Snižuje tekutost roztaveného železa a zvyšuje tendenci odlitků praskat za tepla. Je to škodlivý prvek v odlitcích. Mnoho lidí si proto myslí, že čím nižší obsah síry, tím lépe. Ve skutečnosti, když je obsah síry ≤ 0,05 %, tento druh litiny nefunguje pro běžné očkovací činidlo, které používáme. Důvodem je, že inokulace se velmi rychle kazí a v odlitcích se často objevují bílé skvrny.
5. Měď: Měď je nejčastěji přidávaným legujícím prvkem při výrobě šedé litiny. Hlavním důvodem je, že měď má nízký bod tání (1083 ℃), snadno se taví a má dobrý legovací účinek. Grafitizační schopnost mědi je asi 1/5 schopnosti křemíku, takže může snížit tendenci litiny mít bílý odlitek. Současně může měď také snížit kritickou teplotu přeměny austenitu. Proto může měď podporovat tvorbu perlitu, zvyšovat obsah perlitu a zušlechťovat perlit a zpevňovat perlit a ferit v něm, čímž zvyšuje tvrdost a pevnost litiny. Čím vyšší je však množství mědi, tím lépe. Vhodné množství přidané mědi je 0,2 % až 0,4 %. Při přidávání velkého množství mědi je současné přidávání cínu a chrómu škodlivé pro řezný výkon. To způsobí, že se ve struktuře matrice vytvoří velké množství sorbitové struktury.
6.Chrom: Legující účinek chrómu je velmi silný, hlavně proto, že přidání chrómu zvyšuje tendenci roztaveného železa mít bílý odlitek a odlitek se snadno smršťuje, což vede k odpadu. Proto by mělo být množství chrómu kontrolováno. Na jedné straně se doufá, že roztavené železo obsahuje určité množství chrómu pro zlepšení pevnosti a tvrdosti odlitku; na druhé straně je chrom přísně kontrolován na spodní hranici, aby se zabránilo smršťování odlitku a zvýšení zmetkovitosti. Tradiční zkušenost říká, že když obsah chromu v původní roztavené železe překročí 0,35 %, bude to mít na odlitek fatální vliv.
7. Molybden: Molybden je typický sloučeninotvorný prvek a silný perlit stabilizující prvek. Dokáže zušlechtit grafit. Když je ωMo < 0,8 %, molybden může zušlechtit perlit a zpevnit ferit v perlitu, čímž účinně zlepší pevnost a tvrdost litiny.
U šedé litiny je třeba poznamenat několik problémů
1.Zvýšení přehřátí nebo prodloužení doby zdržení může způsobit, že existující heterogenní jádra v tavenině zmizí nebo sníží jejich účinnost, čímž se sníží počet austenitových zrn.
2.Titan má za následek rafinaci primárního austenitu v šedé litině. Protože karbidy, nitridy a karbonitridy titanu mohou sloužit jako základ pro nukleaci austenitu. Titan může zvětšit jádro austenitu a zjemnit austenitová zrna. Na druhé straně, když je v roztaveném železe přebytek Ti, S v železe bude reagovat s Ti namísto Mn za vzniku částic TiS. Grafitové jádro TiS není tak účinné jako jádro MnS. Proto je tvorba eutektického grafitového jádra zpožděna, čímž se prodlužuje doba precipitace primárního austenitu. Vanad, chrom, hliník a zirkonium jsou podobné titanu v tom, že se z nich snadno tvoří karbidy, nitridy a karbonitridy a mohou se z nich stát austenitová jádra.
3. Existují velké rozdíly v účincích různých inokulantů na počet eutektických shluků, které jsou uspořádány v následujícím pořadí: CaSi>ZrFeSi>75FeSi>BaSi>SrFeSi. FeSi obsahující Sr nebo Ti má slabší vliv na počet eutektických shluků. Nejlepší účinek mají očkovací látky obsahující vzácné zeminy a účinek je výraznější, když jsou přidány v kombinaci s Al a N. Ferrosilicon obsahující Al a Bi může silně zvýšit počet eutektických shluků.
4. Zrna grafito-austenitového dvoufázového symbiotického růstu tvořeného s jádry grafitu jako středem se nazývají eutektické shluky. Submikroskopické grafitové agregáty, zbytkové neroztavené částice grafitu, primární grafitové vločkové větve, sloučeniny s vysokým bodem tání a plynové inkluze, které existují v roztaveném železe a mohou být jádry eutektického grafitu, jsou také jádry eutektických klastrů. Protože eutektické jádro je výchozím bodem růstu eutektického klastru, počet eutektických klastrů odráží počet jader, která mohou v eutektické železné kapalině přerůst na grafit. Mezi faktory ovlivňující počet eutektických shluků patří chemické složení, stav jádra roztaveného železa a rychlost chlazení.
Důležitý vliv má množství uhlíku a křemíku v chemickém složení. Čím blíže je uhlíkový ekvivalent eutektickému složení, tím více eutektických shluků existuje. S je dalším důležitým prvkem, který ovlivňuje eutektické shluky šedé litiny. Nízký obsah síry nepřispívá ke zvýšení eutektických shluků, protože sulfid v roztaveném železe je důležitou látkou grafitového jádra. Kromě toho může síra snížit mezifázovou energii mezi heterogenním jádrem a taveninou, takže může být aktivováno více jader. Když je W (S) menší než 0,03 %, počet eutektických shluků se výrazně sníží a účinek inokulace se sníží.
Když je hmotnostní zlomek Mn do 2 %, množství Mn se zvyšuje a počet eutektických shluků se odpovídajícím způsobem zvyšuje. Nb snadno vytváří sloučeniny uhlíku a dusíku v roztaveném železe, které působí jako grafitové jádro pro zvýšení eutektických shluků. Ti a V snižují počet eutektických shluků, protože vanad snižuje koncentraci uhlíku; titan snadno zachycuje S v MnS a MgS za vzniku sulfidu titanu a jeho nukleační schopnost není tak účinná jako MnS a MgS. N v roztaveném železe zvyšuje počet eutektických shluků. Když je obsah N menší než 350 x 10-6, není to zřejmé. Po překročení určité hodnoty se podchlazení zvyšuje a tím se zvyšuje počet eutektických shluků. Kyslík v roztaveném železe snadno tvoří různé oxidové inkluze jako jádra, takže s přibývajícím kyslíkem se zvyšuje počet eutektických shluků. Kromě chemického složení je důležitým ovlivňujícím faktorem stav jádra eutektické taveniny. Udržování vysoké teploty a přehřívání po dlouhou dobu způsobí, že původní jádro zmizí nebo se zmenší, sníží se počet eutektických shluků a zvětší se průměr. Očkování může výrazně zlepšit stav jádra a zvýšit počet eutektických shluků. Rychlost ochlazování má velmi zřejmý vliv na počet eutektických shluků. Čím rychlejší je chlazení, tím více eutektických shluků existuje.
5. Počet eutektických shluků přímo odráží tloušťku eutektických zrn. Obecně platí, že jemná zrna mohou zlepšit vlastnosti kovů. Za předpokladu stejného chemického složení a typu grafitu, jak se zvyšuje počet eutektických shluků, roste pevnost v tahu, protože grafitové listy v eutektických shlucích se zjemňují, když se zvyšuje počet eutektických shluků, což zvyšuje pevnost. S nárůstem obsahu křemíku se však výrazně zvyšuje počet eutektických skupin, ale místo toho klesá pevnost; pevnost litiny se zvyšuje se zvýšením teploty přehřátí (na 1500 ℃), ale v této době se počet eutektických skupin výrazně snižuje. Vztah mezi zákonem změny počtu eutektických skupin způsobených dlouhodobou inokulační léčbou a nárůstem síly nemá vždy stejný trend. Síla získaná inokulačním ošetřením FeSi obsahujícím Si a Ba je vyšší než pevnost získaná s CaSi, ale počet eutektických skupin litiny je mnohem menší než u CaSi. S nárůstem počtu eutektických skupin se zvyšuje tendence smršťování litiny. Aby se zabránilo tvorbě smrštění v malých částech, počet eutektických skupin by měl být řízen pod 300~400/cm2.
6. Přidání slitinových prvků (Cr, Mn, Mo, Mg, Ti, Ce, Sb), které podporují přechlazení v grafitizovaných očkovacích látkách, může zlepšit stupeň podchlazení litiny, zjemnit zrna, zvýšit množství austenitu a podpořit tvorbu perlit. Přidané povrchově aktivní prvky (Te, Bi, 5b) mohou být adsorbovány na povrchu grafitových jader, aby se omezil růst grafitu a snížila se velikost grafitu, aby se dosáhlo účelu zlepšení komplexních mechanických vlastností, zlepšení uniformity a zvýšení organizační regulace. Tento princip byl aplikován ve výrobní praxi vysoce uhlíkové litiny (např. brzdové díly).
Čas odeslání: 05.06.2024
