¿Cómo mejora el carburo de silicio la calidad de las piezas de fundición?

Hora de publicación: 06 / 17 2021 Autor: Editor del sitio Visita: 13415

1.Introduction

La composición química del hierro fundido es la misma, el proceso de fundición es diferente y las propiedades del hierro fundido obtenido varían mucho. La fundición adopta métodos como el sobrecalentamiento del hierro fundido, el tratamiento de inoculación, el cambio de la relación de carga, la adición de trazas o elementos de aleación, etc., para mejorar la calidad metalúrgica y el rendimiento de fundición del hierro fundido y, al mismo tiempo, mejorar en gran medida las propiedades mecánicas y rendimiento de procesamiento. La fundición de hierro fundido en horno eléctrico de inducción puede controlar eficazmente la temperatura del hierro fundido, ajustar con precisión la composición química, reducir la pérdida por combustión del elemento y tener un bajo contenido de azufre y fósforo. Es muy beneficioso para la producción de fundición dúctil, fundición de grafito vermicular y fundición gris de alta resistencia. Sin embargo, la velocidad de nucleación del hierro fundido fundido en el horno eléctrico de inducción se reduce, y la boca blanca tiende a ser grande, y es fácil producir grafito superenfriado. Aunque la resistencia y la dureza han aumentado, la calidad metalúrgica del hierro fundido no es alta.

En la década de 1980, los ingenieros chinos que viajaron al extranjero para estudiar y estudiar vieron que se agregaban objetos negros similares a vidrios rotos al horno eléctrico de fundiciones extranjeras cuando se fundían. Después de indagar, se enteraron de que era carburo de silicio. Las empresas de fundición nacionales financiadas por Japón también han utilizado carburo de silicio como aditivo en grandes cantidades durante mucho tiempo. En la fundición de hierro fundido en cubilote u horno eléctrico, las ventajas de añadir el agente de pretratamiento SiC son muchas. El carburo de silicio se divide en grado abrasivo y grado metalúrgico. El primero es de alta pureza y caro, mientras que el segundo tiene un precio bajo.

El carburo de silicio añadido al horno se convierte en carbono y silicio de hierro fundido. Uno es aumentar el carbono equivalente; el otro es fortalecer la reducción de hierro fundido y reducir en gran medida los efectos adversos de la carga oxidada. La adición de carburo de silicio puede prevenir la precipitación de carburos, aumentar la cantidad de ferrita, hacer que la estructura de hierro fundido sea densa, mejorar significativamente el rendimiento del procesamiento y suavizar la superficie de corte. Aumente el número de bolas de grafito por unidad de área de hierro fundido nodular y aumente la tasa de esferoidización. También tiene un buen efecto en la reducción de inclusiones no metálicas y escoria, eliminando la porosidad por contracción y eliminando los poros subcutáneos.

2. El papel del pretratamiento

2.1 El principio de nucleación En el sistema eutéctico Fe-C, el hierro fundido gris es la fase principal del eutéctico debido al alto punto de fusión del grafito durante la etapa de solidificación eutéctica, y el grafito precipita la austenita. Los granos de dos fases de grafito + austenita co-cultivados y co-cultivados formados con cada núcleo de grafito como centro se denominan racimos eutécticos. Los agregados de grafito submicroscópicos, las partículas de grafito sin fundir, algunos sulfuros, óxidos, carburos, partículas de nitruro de alto punto de fusión, etc. que existen en la fundición de hierro fundido pueden convertirse en núcleos de grafito heterogéneos. No existe una diferencia esencial entre la nucleación del hierro fundido nodular y la nucleación del hierro fundido gris, excepto que se agregan óxidos y sulfuros de magnesio al material del núcleo.

La precipitación de grafito en hierro fundido debe pasar por dos procesos: nucleación y crecimiento. Hay dos formas de nucleación del grafito: nucleación homogénea y nucleación heterogénea. La nucleación homogénea también se llama nucleación espontánea. Hay un gran número de átomos de carbono ondulantes en el hierro fundido que exceden el tamaño crítico del núcleo cristalino, y los grupos de átomos de carbono dispuestos de manera ordenada en el rango corto pueden convertirse en núcleos cristalinos homogéneos. Los experimentos muestran que el grado de sobreenfriamiento de los núcleos cristalinos homogéneos es muy grande, y el núcleo cristalino heterogéneo debe utilizarse principalmente como agente nucleante del grafito en el hierro fundido. Hay una gran cantidad de partículas extrañas en el hierro fundido fundido y hay 5 millones de puntos de material oxidado en cada 1 cm3 de hierro fundido. Solo aquellas partículas que tienen cierta relación con los parámetros de la red y las fases del grafito pueden convertirse en sustratos de nucleación de grafito. El parámetro característico de la relación de emparejamiento de celosía se denomina grado de desajuste de plano. Por supuesto, solo cuando el desajuste del plano reticular es pequeño, los átomos de carbono pueden coincidir fácilmente con el núcleo de grafito. Si el material de nucleación son átomos de carbono, entonces su grado de desajuste es cero y tales condiciones de nucleación son las mejores.

La energía interna del carburo de silicio descompuesto en carbono y silicio en el hierro fundido es mayor que el carbono y el silicio contenidos en el propio hierro fundido. El Si contenido en el propio hierro fundido se disuelve en austenita, y el carbono en el hierro fundido del hierro fundido dúctil está parcialmente en el hierro. Se forman esferas de grafito en el líquido, algunas de las cuales aún no se han precipitado en austenita. Por tanto, la adición de carburo de silicio tiene un buen efecto de desoxidación.

Si + O2 → SiO2
(1) MgO + SiO2 → MgO ∙ SiO2
(2) 2MgO +2SiO2→ 2MgO∙2SiO2
(3) La composición de enstatita MgO ∙ SiO2 y la composición de forsterita 2MgO ∙ 2SiO2 tienen un alto grado de desajuste con el grafito (001), que es difícil de usar como base para la nucleación del grafito. Después de ser tratado con hierro fundido que contiene Ca, Ba, Sr, Al y ferrosilicio, MgO ∙ SiO2 + X → XO ∙ SiO2 + Mg
(4) (2MgO ∙ 2SiO2) + 3X + 6Al → 3 (XO ∙ Al2O3 ∙ 2SiO2) + 8Mg
(5) Donde X —— Ca, Ba, Sr.

Los productos de reacción XO ∙ SiO2 y XO ∙ Al2O3 ∙ SiO pueden formar cristales facetados sobre sustratos de MgO ∙ SiO2 y 2MgO ∙ 2SiO2. Debido al bajo desajuste entre el grafito y XO ∙ SiO2 y XO ∙ Al2O3 ∙ SiO2, es propicio para la nucleación del grafito. Buena grafitización. Puede mejorar el rendimiento de procesamiento y mejorar las propiedades mecánicas.

2.2 Preinoculación de grafito en desequilibrio:

Generalmente, el alcance de la nucleación heterogénea se expande a través de la inoculación y el papel de la nucleación heterogénea en el hierro fundido:

①Promover una gran cantidad de precipitación de C en la etapa de solidificación eutéctica y formar grafito para promover la grafitización;
②Reducir el grado de sobreenfriamiento del hierro fundido y reducir la tendencia a la boca blanca;
③Aumente el número de racimos eutécticos en fundición gris o aumente el número de bolas de grafito en fundición dúctil.

Se añade SiC durante la fundición de la carga. El carburo de silicio tiene un punto de fusión de 2700 ° C y no se funde en hierro fundido. Solo se funde en hierro fundido de acuerdo con la siguiente fórmula de reacción.
SiC + Fe → FeSi + C (grafito no equilibrado)

(6) En la fórmula, el Si en SiC se combina con Fe, y el C restante es grafito que no está en equilibrio, que sirve como el núcleo de la precipitación del grafito. El grafito que no está en equilibrio hace que el C en el hierro fundido se distribuya de manera desigual, y el elemento C local es demasiado alto y aparecerán "picos de carbono" en las microáreas. Este nuevo grafito tiene una alta actividad y su desajuste con el carbono es cero, por lo que es fácil absorber el carbono en el hierro fundido y el efecto de inoculación es extremadamente superior. Puede verse que el carburo de silicio es un agente nucleante a base de silicio.

El carburo de silicio se agrega durante la fundición del hierro fundido. Para el hierro fundido gris, la preincubación del grafito en desequilibrio generará un gran número de racimos eutécticos y aumentará la temperatura de crecimiento (reducirá el subenfriamiento relativo), lo que favorecerá la formación de grafito tipo A; el número de núcleos cristalinos aumenta, haciendo que las escamas de grafito sean finas, lo que mejora el grado de grafitización y reduce la tendencia de boca blanca, mejorando así las propiedades mecánicas. Para la fundición de grafito esferoidal, el aumento de núcleos cristalinos aumenta el número de esferas de grafito y se puede mejorar la tasa de esferoidización.

2.3 Eliminación de fundición gris hipereutéctica de grafito tipo E. El grafito primario de tipo C y tipo F se forma en la fase líquida. Debido a que el proceso de crecimiento no se ve afectado por la austenita, en circunstancias normales, es fácil crecer en copos grandes y grafito tipo C menos ramificado: cuando la fundición de paredes delgadas se enfría rápidamente, el grafito se ramificará y crecerá hasta convertirse en una estrella. grafito tipo F en forma.
El grafito en escamas crecido en la etapa de solidificación eutéctica produce grafitos A, B, E, D de diferentes formas y diferentes distribuciones bajo diferentes composiciones químicas y diferentes condiciones de subenfriamiento.

El grafito de tipo A se forma en el grupo eutéctico con baja capacidad de subenfriamiento y fuerte capacidad de nucleación, y se distribuye uniformemente en hierro fundido. Entre la perlita en escamas finas, cuanto menor es la longitud del grafito, mayor es la resistencia a la tracción, que es adecuada para máquinas herramienta y diversas piezas de fundición mecánicas.

El grafito tipo D es un grafito interdendrítico similar a una hoja y un punto con distribución no direccional. La fundición de grafito tipo D tiene un alto contenido de ferrita y sus propiedades mecánicas se ven afectadas. Sin embargo, el hierro fundido de grafito tipo D tiene muchas dendritas de austenita, el grafito es corto y rizado y el grupo eutéctico está en forma de gránulos. Por lo tanto, en comparación con la misma fundición de grafito tipo A de matriz, tiende a tener mayor resistencia.

El grafito tipo E es un tipo de grafito en escamas que es más corto que el grafito tipo A. Al igual que el grafito de tipo D, se encuentra entre las dendritas y se denomina colectivamente grafito dendrítico. La tinta E es fácil de producir en hierro fundido con bajo contenido de carbono (alto grado de hipoeutéctica) y dendritas de austenita ricas. En este momento, los grupos eutécticos y las dendritas se cruzan. Debido a que el número de líquido de hierro eutéctico interdendrítico es pequeño, el grafito eutéctico precipitado solo se distribuye a lo largo de la dirección de las dendritas, que tiene una direccionalidad obvia. El grado de subenfriamiento que forma el grafito tipo E es mayor que el del grafito tipo A y menor que el del grafito tipo D, y su espesor y longitud se encuentran entre el grafito tipo A y el tipo D. El grafito tipo E no pertenece al grafito superenfriado y, a menudo, va acompañado de grafito tipo D. La distribución direccional del grafito tipo E entre las dendritas facilita que el hierro fundido sea frágil y se rompa en una banda a lo largo de la dirección de la disposición del grafito bajo una pequeña fuerza externa. Por lo tanto, aparece grafito tipo E y las esquinas de las piezas pequeñas se pueden romper a mano y la resistencia de las piezas se reduce en gran medida. A medida que aumenta el contenido de carbono, aumenta la velocidad de enfriamiento necesaria para formar grafito interdendrítico fino y disminuye la posibilidad de producir grafito interdendrítico. El alto grado de sobrecalentamiento de la masa fundida y la conservación del calor a largo plazo aumentarán el grado de subenfriamiento, aumentando así la tasa de crecimiento de las dendritas, alargando las dendritas y teniendo una direccionalidad más obvia. Cuando se usa SiC para preincubar el hierro fundido, el subenfriamiento de la austenita primaria se reduce al mismo tiempo y se observan dendritas de austenita cortas en este momento. Elimina la base estructural del grafito tipo E.

2.4 Mejorar la calidad del hierro fundido

Para fundición de grafito esferoidal, en el caso de la misma cantidad de agente esferoidizante, pretratamiento con carburo de silicio, el rendimiento final de magnesio es mayor. Para el hierro fundido pretratado con carburo de silicio, si la cantidad de magnesio residual en la fundición se mantiene aproximadamente igual, la cantidad de agente esferoidizante añadido se puede reducir en un 10% y se alivia la tendencia a la boca blanca del hierro fundido nodular.

Carburo de silicio en el horno de fundición, además del carbono y silicio en el hierro fundido que se muestra en la fórmula (1), también se lleva a cabo la reacción de desoxidación de las fórmulas (2) y (3). Si el SiC agregado está cerca de la pared del horno, el SiO2 generado se depositará en la pared del horno y aumentará el grosor de la pared del horno. Bajo la alta temperatura de fundición, el SiO2 sufrirá la reacción de descarburación de fórmula (4) y la reacción de escoriación de fórmula (5) y (6).

(7) 3SiC + 2Fe2O3 = 3SiO2 + 4Fe + 3C
(8) C + FeO → Fe + CO ↑
(9) (SiO2) + 2C = [Si] + 2CO (estado gaseoso)
(10) SiO2 + FeO → FeO · SiO2 (escoria)
(11) Al2O3 + SiO2 → Al2O3 · SiO2 (escoria)

El efecto desoxidante del carburo de silicio hace que el producto desoxidado tenga una serie de reacciones metalúrgicas en el hierro fundido, reduciendo los efectos nocivos de los óxidos en la carga corroída y purificando eficazmente el hierro fundido.

2.5 Cómo utilizar carburo de silicio

La pureza del carburo de silicio de grado metalúrgico está entre el 88% y el 90%, y las impurezas deben deducirse primero al calcular el aumento de carbono y silicio. Según la fórmula molecular del carburo de silicio, es fácil de obtener: Aumento de carbono: C = C / (C + Si) = 12 / (12 + 28) = 30% (12) Aumento de silicio: Si = Si / (C + Si) = 28 / (12 + 28) = 70% (13) La cantidad de carburo de silicio añadido suele ser 0.8% -1.0% de la cantidad de hierro fundido. El método para agregar carburo de silicio es: fundir hierro fundido en un horno eléctrico. Cuando el crisol derrita 1/3 de la carga, agréguelo al medio del crisol, trate de no tocar la pared del horno y luego continúe agregando la carga para fundir. En la fundición de cubilote de hierro fundido, se puede mezclar carburo de silicio con un tamaño de partícula de 1-5 mm con una cantidad apropiada de cemento u otros adhesivos, y se agrega agua para formar una masa. Después de secarse al sol, se puede utilizar en el horno de acuerdo con la proporción del lote.

3. Observaciones finales

En los últimos 20 años, ya sea un camión, una empresa o un automóvil familiar, la reducción del peso del vehículo siempre ha sido la tendencia de desarrollo de la investigación y el desarrollo de automóviles. En la caída del mercado de la crisis financiera, China Northern Corporation se opuso a la tendencia y exportó camiones pesados a América del Norte, precisamente sobre la base del peso ligero de los camiones pesados. La aplicación de fundición gris de paredes delgadas, fundición dúctil y fundición de grafito vermicular, fundición dúctil de paredes gruesas y fundición dúctil Aubrey plantea requisitos más altos en cuanto a la calidad metalúrgica del hierro fundido.

El pretratamiento de inoculación de carburo de silicio tiene un buen efecto en la mejora de la calidad metalúrgica del hierro fundido. El experto en fundición Li Chuanshi escribió un artículo que después de agregar el agente de pretratamiento al hierro fundido, se pueden observar dos efectos: uno es aumentar el equivalente de carbono; el otro es cambiar las condiciones metalúrgicas del hierro fundido, lo que mejora la reducibilidad.

En 1978, BC Godsell del Reino Unido publicó los resultados de su investigación sobre el pretratamiento del hierro dúctil. Desde entonces, la investigación experimental sobre el proceso de pretratamiento no ha sido interrumpida y el proceso está ahora relativamente maduro. Para el hierro fundido gris, el pretratamiento de inoculación de carburo de silicio puede reducir el grado de subenfriamiento y reducir la tendencia a la boca blanca; aumentar el núcleo de grafito, promover la formación de grafito tipo A, reducir o prevenir la producción de grafito tipo B, tipo E y tipo D, y aumentar el número de racimos eutécticos. Grafito en escamas finas; para la fundición de grafito esferoidal, el pretratamiento de la inoculación de carburo de silicio promueve el aumento del número de bolas de grafito en la fundición, la tasa de esferoidización y la redondez de las bolas de grafito.

El uso de carburo de silicio puede fortalecer el efecto de desoxidación y reducción del óxido de hierro, hacer que la estructura de hierro fundido sea compacta y aumentar la suavidad de la superficie de corte. El uso de carburo de silicio puede prolongar la vida útil de la pared del horno sin aumentar el contenido de aluminio y azufre del hierro fundido.

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