Tecnología de fundición de hierro fundido gris de alta resistencia

Hora de publicación: 06 / 20 2021 Autor: Editor del sitio Visita: 11708

Este artículo presenta cómo obtener tecnología de fundición de hierro fundido gris de alta resistencia en las condiciones de mayor equivalente de carbono y mejores requisitos de rendimiento de mecanizado en el proceso de fundición de horno eléctrico, y cómo controlar los oligoelementos del material.

Palabras clave: hierro fundido gris, equivalente de carbono, propiedades mecánicas, propiedades de procesamiento, oligoelementos

La dirección tradicional de control de fundición de hierro fundido gris es hierro fundido de alta resistencia y bajo contenido de carbono (C: 2.7 ~ 3.0, Si: 2.0 ~ 2.3, Mn: 0.9 ~ 1.3). Aunque dichos materiales pueden cumplir los requisitos de propiedades mecánicas del material, su rendimiento de fundición y procesamiento es deficiente. Con el desarrollo y la expansión del mercado de la compañía, cada vez se incluyen más productos de fundición con alta dificultad y altos requisitos de calidad técnica en la secuencia de producción de MINGHE, especialmente cuando MINGHE utiliza el proceso de fundición de horno eléctrico de frecuencia industrial para reemplazar el proceso de fundición de cubilote.

La obtención de hierro fundido de alta resistencia equivalente a alto contenido de carbono en condiciones de fundición de horno eléctrico para cumplir con los requisitos de los pedidos de los clientes era un tema de investigación en ese momento. Este artículo describe la tecnología de producción de fundición gris de alta resistencia en condiciones de fundición de horno eléctrico.

Los factores que afectan el rendimiento del material

1.1 El efecto del equivalente de carbono en las propiedades del material

Los principales factores que determinan las propiedades de la fundición gris son la morfología del grafito y las propiedades de la matriz metálica. Cuando el carbono equivalente (CE = C + 1 / 3Si) es alto, la cantidad de grafito aumenta y la forma del grafito se deteriora cuando las condiciones de incubación no son buenas o hay oligoelementos nocivos. Dicho grafito reduce el área efectiva de la matriz metálica que puede soportar la carga y causa concentración de tensión cuando soporta la carga, de modo que la resistencia de la matriz metálica no se puede utilizar normalmente, reduciendo así la resistencia del hierro fundido. Entre los materiales, la perlita tiene buena resistencia y dureza, mientras que la ferrita tiene una base más blanda y menor resistencia. A medida que aumenta la cantidad de C y Si, la cantidad de perlita disminuirá y la cantidad de ferrita aumentará. Por lo tanto, el aumento en el equivalente de carbono afectará la resistencia a la tracción de las piezas de fundición de hierro y la dureza de la entidad de fundición tanto en la forma del grafito como en la estructura de la matriz. En el control del proceso de fundición, el control del carbono equivalente es un factor muy importante para resolver el comportamiento del material.

1.2 La influencia de los elementos de aleación en las propiedades del material

Los elementos de aleación en fundición gris se refieren principalmente a Mn, Cr, Cu, Sn, Mo y otros elementos que favorecen la formación de perlita. El contenido de estos elementos afectará directamente al contenido de perlita. Al mismo tiempo, debido a la adición de elementos de aleación, se refina hasta cierto punto. La adición de grafito reduce o incluso desaparece la cantidad de ferrita en la matriz, mientras que la perlita se refina en cierta medida, y la ferrita en ella se fortalece en solución sólida debido a una cierta cantidad de elementos de aleación, por lo que el hierro fundido siempre tiene un mayor rendimiento de resistencia. En el control del proceso de fundición, el control de la aleación también es un medio importante.

1.3 La influencia de la relación de carga en los materiales

En el pasado, siempre hemos insistido en que siempre que la composición química cumpla con los requisitos de la especificación, deberíamos poder obtener una vista que cumpla con las propiedades mecánicas estándar del material, pero de hecho esta vista solo ve las propiedades químicas convencionales. composición e ignora algunos elementos de aleación y elementos nocivos en ella. El rol de. Por ejemplo, el arrabio es la principal fuente de Ti, por lo que la cantidad de arrabio utilizada afectará directamente el contenido de Ti en el material y tendrá un gran impacto en las propiedades mecánicas del material. Del mismo modo, la chatarra de acero es la fuente de muchos elementos de aleación, por lo que la cantidad de chatarra tiene un efecto muy directo sobre las propiedades mecánicas del hierro fundido. En los primeros días en que se puso en funcionamiento el horno eléctrico, siempre usábamos la relación de carga del horno de cubilote (arrabio: 25 ~ 35%, chatarra de acero: 30 ~ 35%). Como resultado, las propiedades mecánicas (resistencia a la tracción) del material fueron muy bajas. Cuando la cantidad de acero usado tiene un impacto en el rendimiento del hierro fundido, después de ajustar la cantidad de chatarra a tiempo, el problema se resuelve rápidamente. Por lo tanto, la chatarra de acero es un parámetro de control muy importante en el proceso de control de fusión. Por lo tanto, la relación de carga tiene un impacto directo en las propiedades mecánicas de los materiales de hierro fundido y es el foco del control de la fundición.

1.4 La influencia de los oligoelementos en las propiedades del material

En el pasado, solo prestábamos atención a la influencia de los cinco elementos principales convencionales en la calidad del hierro fundido durante el proceso de fundición, mientras que el efecto de otros oligoelementos era solo una comprensión cualitativa, pero rara vez se analizaban y discutían cuantitativamente. En los últimos años, debido al impacto de la tecnología de fundición Progress, los equipos de fundición se actualizan constantemente y las cúpulas han sido reemplazadas gradualmente por hornos eléctricos. Aunque la fundición en horno eléctrico tiene sus ventajas incomparables en la fundición de cubilote, la fundición en horno eléctrico también pierde algunas de las ventajas de la fundición en cubilote, por lo que también se refleja la influencia de algunos oligoelementos en el hierro fundido. Debido a que la reacción metalúrgica en la cúpula es muy fuerte, la carga está en una atmósfera oxidante fuerte, la mayor parte se oxida y se descarga con la escoria, solo una pequeña parte permanecerá en el hierro fundido, por lo que algunos tienen un efecto adverso en la fundición A través del proceso metalúrgico de la cúpula, los oligoelementos generalmente no tienen un efecto adverso sobre la fundición. Durante el proceso de fundición del cubilote, parte del nitrógeno del coque y del nitrógeno (N2) del aire se disolverá en el hierro fundido en forma de átomos a altas temperaturas, haciendo que el contenido de nitrógeno en el hierro fundido sea relativamente alto.

Según las estadísticas, desde que se puso en funcionamiento el horno eléctrico, los productos de desecho causados por el alto contenido de plomo y el hierro fundido desguazado debido a que el contenido de plomo era demasiado alto para ser ajustado no fueron menos de 100 toneladas, y el número de productos no calificados debido El contenido insuficiente de nitrógeno también fue bastante elevado, lo que provocó a la empresa una gran pérdida económica.

Basándonos en nuestros muchos años de experiencia y teoría en la fundición de hornos eléctricos, creo que los oligoelementos clave en el proceso de fundición de hornos eléctricos son principalmente N, Pb y Ti. Los efectos de estos elementos sobre la fundición gris son principalmente los siguientes:

Lidera

Cuando el contenido de plomo en el hierro fundido es alto (> 20PPm), especialmente cuando interactúa con el mayor contenido de hidrógeno, es fácil formar grafito Widmanstatten en piezas fundidas con secciones gruesas. Esto se debe a que la arena de resina tiene buenas propiedades de aislamiento térmico y el hierro fundido El enfriamiento es más lento en el molde (esta tendencia es más obvia para las secciones gruesas), el hierro fundido permanece en estado líquido durante más tiempo y la solidificación de el hierro fundido está más cerca de la condición de solidificación en el estado de equilibrio debido a la acción del plomo y el hidrógeno. Cuando este tipo de fundición se solidifica y continúa enfriándose, el carbono en la austenita precipitará y se convertirá en grafito secundario en estado sólido. En circunstancias normales, el grafito secundario solo espesa las escamas de grafito eutéctico, lo que no tendrá un gran impacto en las propiedades mecánicas. Sin embargo, cuando el contenido de nitrógeno e hidrógeno es alto, la energía superficial del grafito en el mismo plano cristalino fijo de austenita se reducirá y el grafito secundario crecerá a lo largo de un cierto plano cristalino de austenita y se extenderá hacia la matriz metálica. Observa bajo un microscopio. Muchas pequeñas escamas de grafito con forma de rebaba crecen en el lado de las escamas de grafito, comúnmente conocidas como pelos de grafito, que es la razón de la formación del grafito de Widman. El aluminio en el hierro fundido puede promover que el hierro líquido absorba hidrógeno y aumente su contenido de hidrógeno. Por lo tanto, el aluminio también tiene un efecto indirecto sobre la formación de grafito Widmanstatten.

Cuando el grafito Widmanstatten aparece en el hierro fundido, sus propiedades mecánicas se ven muy afectadas, especialmente la resistencia y dureza, que pueden reducirse en aproximadamente un 50% en casos severos.

El grafito de Widman tiene las siguientes características metalográficas:

1) En la microfotografía de 100 pliegues, hay muchas pequeñas escamas de grafito en forma de espinas adheridas a la escama de grafito gruesa, que es grafito Widmanstatten.
2) La relación del grafito cristalino común está conectada entre sí.
3) Cuando la red de grafito Widmanstatten se extiende hacia la matriz a temperatura ambiente, se convierte en la superficie frágil de la matriz, lo que reducirá significativamente las propiedades mecánicas del hierro fundido gris. Pero desde la vista en sección transversal, las grietas de la fractura aún se extienden a lo largo del grafito similar a un co-chip.

Nitrógeno

Una cantidad adecuada de nitrógeno puede promover la nucleación del grafito, estabilizar la perlita, mejorar la estructura del hierro fundido gris y mejorar el rendimiento del hierro fundido gris.

El nitrógeno tiene dos influencias principales sobre el hierro fundido gris. Uno es la influencia en la forma del grafito y el otro es la influencia en la estructura de la matriz. El efecto del nitrógeno sobre la morfología del grafito es un proceso muy complicado. Se manifiesta principalmente en: la influencia de la capa de adsorción en la superficie del grafito y la influencia del tamaño del grupo eutéctico. Dado que el nitrógeno es casi insoluble en el grafito, el nitrógeno se adsorbe continuamente en el frente del crecimiento del grafito y en ambos lados del grafito durante el proceso de solidificación eutéctica, lo que resulta en un aumento en la concentración de grafito circundante durante el proceso de precipitación, especialmente cuando el grafito se extiende hacia hierro fundido. En la punta, afecta el crecimiento de grafito en la interfaz líquido-sólido. Durante el proceso de crecimiento eutéctico, existe una diferencia significativa en la distribución de la concentración de nitrógeno en la punta y en ambos lados de la hoja de grafito. La capa de adsorción de átomos de nitrógeno en la superficie del grafito puede dificultar la difusión de átomos de carbono a la superficie del grafito. Cuando la concentración de nitrógeno del frente de grafito es mayor que la de los dos lados, se reduce la tasa de crecimiento del grafito en la dirección longitudinal. Por el contrario, el crecimiento lateral se vuelve más fácil y, como resultado, el grafito se vuelve más corto y más grueso. Al mismo tiempo, dado que siempre hay defectos en el proceso de crecimiento del grafito, una parte de los átomos de nitrógeno se adsorben en la posición del defecto y no pueden difundirse, y el límite del grano estará asimétricamente inclinado en la parte delantera del crecimiento del grafito, y el el resto seguirá creciendo en la dirección original. El grafito produce ramas, y el aumento de ramas de grafito es otra razón por la que el grafito se acorta. De esta manera, debido al refinamiento de la estructura del grafito, se reduce el efecto de división en la estructura de la matriz, lo que conduce a la mejora del rendimiento del hierro fundido.

El efecto del nitrógeno sobre la estructura de la matriz es que es un elemento estabilizador de perlita. El aumento del contenido de nitrógeno reduce la temperatura de transformación eutectoide del hierro fundido. Por lo tanto, cuando una cierta cantidad de nitrógeno está contenida en el hierro fundido gris, se puede aumentar el grado de sobreenfriamiento de la transformación eutectoide, refinando así la perlita. Por otro lado, debido a que el radio atómico del nitrógeno es más pequeño que el del carbono y el hierro, puede usarse como átomos intersticiales para disolverse en ferrita y cementita, provocando que se distorsione su red cristalina. Debido a las dos razones anteriores, el nitrógeno puede tener un efecto fortalecedor sobre la matriz.

Aunque el nitrógeno puede mejorar el rendimiento del hierro fundido gris, cuando excede una cierta cantidad, se generarán poros de nitrógeno y microfisuras como se muestra en la Figura 2, por lo que el control del nitrógeno debe controlarse dentro de un cierto rango. Generalmente 70-120PPm, cuando excede 180PPm, el rendimiento del hierro fundido caerá drásticamente.

El Ti es un elemento nocivo en el hierro fundido. La razón es que el titanio tiene una fuerte afinidad con el nitrógeno. Cuando el contenido de titanio en la fundición gris es alto, no es beneficioso para el efecto reforzador del nitrógeno. En primer lugar, forma un compuesto de TiN con nitrógeno, lo que reduce De hecho, es precisamente porque este nitrógeno libre tiene un efecto reforzante de solución sólida sobre la fundición gris. Por lo tanto, el nivel de contenido de titanio afecta indirectamente el rendimiento de la fundición gris.

Tecnología de control de fusión

2.1 Selección de la composición química del material

A través del análisis anterior, el control de la composición química es muy importante en la tecnología de fundición y es la base del control de fundición. Por lo tanto, una composición química razonable es la base para garantizar el rendimiento del material. Por lo general, el control de composición de hierro fundido de alta resistencia (resistencia a la tracción ≥300N / mm2) incluye principalmente, etc. C, Si, Mn, P, S, Cu, Cr, Pb, N

2.3 Tecnología de control de oligoelementos

En el control del proceso real, basado en el análisis de la carga, se confirma que la fuente de plomo es principalmente chatarra de acero. Por lo tanto, el control del plomo en la materia prima es principalmente para controlar las inclusiones de Pb en la chatarra de acero, y el contenido de plomo generalmente se controla por debajo de 15 ppm. Si el contenido de plomo en el hierro fundido crudo es> 20 ppm, se debe llevar a cabo un tratamiento de deterioro especial durante el tratamiento de incubación.

Dado que el Ti se deriva principalmente del arrabio, el control del Ti es principalmente para controlar el arrabio. Por un lado, es necesario establecer requisitos estrictos sobre el contenido de Ti en el arrabio al momento de la compra. Por lo general, se requiere que el contenido de titanio del arrabio sea: Ti <0.8%, y el otro aspecto es ajustar la cantidad de uso en el tiempo de acuerdo con el contenido de titanio del arrabio.

Principalmente proviene de materiales de recarburación y chatarra de acero, por lo que el control de N es principalmente para controlar materiales de recarburación y chatarra de acero. Sin embargo, como se mencionó anteriormente, demasiado bajo y demasiado alto tienen un lado negativo para el rendimiento del hierro fundido gris, por lo que el contenido de N El rango de control es generalmente: 70 ~ 120 ppm, pero el contenido de N debe tener una coincidencia razonable con el contenido de Ti. Generalmente, la relación entre N y Ti es: N: Ti = 1: 3.42, es decir, el 0.01% de Ti puede absorber 30PPm de nitrógeno. La cantidad general recomendada de nitrógeno durante la producción es: N = 0.006 ~ 0.01 + Ti / 3.42.

2.4 Tecnología de control del proceso de fundición

1) Tecnología de inoculación

El propósito del tratamiento de inoculación es promover la grafitización, reducir la tendencia a la boca blanca y reducir la sensibilidad de la superficie del extremo; controlar la morfología del grafito y eliminar el grafito subenfriado; Aumente adecuadamente el número de racimos eutécticos y promueva la formación de escamas de perlita, a fin de mejorar el rendimiento de resistencia del hierro fundido y otros fines de rendimiento.

La influencia de la temperatura del hierro fundido en la inoculación y el control de la temperatura del hierro fundido tienen una influencia significativa en la inoculación. Aumentar la temperatura de sobrecalentamiento del hierro fundido dentro de un cierto rango y mantenerla durante un cierto período de tiempo puede hacer que las partículas de grafito sin disolver permanezcan en el hierro fundido, que puede disolverse completamente en el hierro fundido para eliminar la influencia genética del arrabio y Dar pleno juego al efecto de inoculación del inoculante, mejorar la capacidad de fertilidad del hierro fundido. En el control del proceso, la temperatura de sobrecalentamiento aumenta a 1500 ~ 1520 ℃, y la temperatura de inoculación se controla a 1420 ~ 1450 ℃.

El tamaño de partícula del inoculante es un indicador importante del estado del inoculante y tiene una gran influencia en el efecto del inoculante. Si el tamaño de partícula es demasiado fino, es fácil dispersarse o oxidarse en la escoria fundida y perder su efecto. Si el tamaño de partícula es demasiado grande, el inoculante no se derretirá ni se disolverá por completo. No solo no puede ejercer completamente su efecto de inoculación, sino que provocará segregación, puntos duros, grafito sobreenfriado y otros defectos. Por lo tanto, el tamaño de partícula del inoculante debe controlarse dentro de 2 ~ 5 mm tanto como sea posible. Asegurar el efecto de incubación.

En el control del proceso, el proceso de inoculación se inocula principalmente en el tanque de incubación, por lo que el vertido de un paquete de piezas fundidas básicamente se puede completar antes de que disminuya la incubación. Pero para piezas relativamente grandes y piezas fundidas con cuchara doble, no puede cumplir con los requisitos. Por tanto, se adopta el método de inoculación tardía: es decir, la inoculación de silicio flotante se realiza en el cucharón antes de verter la colada (la cantidad de inoculación es del 0.1%), lo que reduce o no la disminución de la inoculación y mejora el efecto de inoculación.

2) Tratamiento de aleaciones

El tratamiento de aleación agrega una pequeña cantidad de elementos de aleación al hierro fundido ordinario para mejorar las propiedades mecánicas del hierro fundido gris. En el control del proceso de fundición, la adición de aleaciones es principalmente para las partes que los clientes requieren templar y las partes con rieles de guía relativamente gruesos, los elementos principales de aleación agregados y la cantidad de adición.

Esto asegura hasta cierto punto la disminución en el rendimiento debido al aumento en el valor de CE, y para las partes templadas, se mejora la templabilidad durante el templado. Asegure la profundidad de enfriamiento.

Durante el proceso de alimentación y fusión, el orden de alimentación del control clave en esta etapa es alimentar la chatarra de acero, el hierro mecánico y el arrabio en el orden de prioridad. Para reducir la pérdida por combustión de los elementos de aleación, la ferroaleación debe agregarse al final. Cuando el material frío se aclara por completo, la temperatura se eleva a 1450 ℃. Ese es el punto A. Si es inferior a 1450 ° C, existe el riesgo de disolución incompleta del recarburador o ferroaleación.

En los párrafos AB, se deben realizar los siguientes tratamientos:

Medición de temperatura;
Escoria de limpieza;
Muestreo y análisis de composición química;
Analizar elementos convencionales y oligoelementos con espectrómetro térmico;
Tome la pieza de prueba triangular para medir el valor CW;
Después de ajustar el hierro fundido de acuerdo con varios resultados de pruebas, continúe suministrando energía durante 10 minutos y luego vuelva a muestrear y analice. Después de confirmar que todos los datos son normales, continúe aumentando la temperatura a aproximadamente 1500 ° C, es decir, el punto C.En la sección de CD, deje reposar el hierro fundido durante 5 a 10 minutos y luego tome una pieza de prueba triangular para probar el Valor CW. Después de medir la temperatura, prepare la plancha para golpear.

Control triangular de probetas

Para diferentes grados, determine el rango de control de boca blanca (CW) de diferentes bloques de prueba triangulares y determine la calidad del hierro fundido en combinación con el análisis de composición frente al horno.

Conclusión

La tecnología de fundición de hierro fundido gris mencionada anteriormente se ha aplicado con éxito en CSMF durante 8 años desde 1996 hasta 2003. La CE de las piezas fundidas se controla bajo la premisa de 3.6 ~ 3.9, ya sea el índice de resistencia a la tracción o el índice de dureza física ( especialmente parte del La dureza del riel de guía de las piezas de la máquina herramienta cumple con los requisitos, lo que mejora en gran medida el rendimiento de corte de la fundición.Se ha demostrado que esta tecnología es una tecnología finalizada, y sus puntos de control son los siguientes:

3.1 Control de la composición química de los materiales
3.2 Determinación de la relación de carga
3.3 Tecnología de control de oligoelementos
3.4 Control del proceso de tratamiento de inoculación
3.5 Tratamiento de aleación
3.6 Control de temperatura del proceso de fundición
3.7 Control de probeta triangular

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