Hochfeste Grauguss-Schmelztechnologie

Dieser Artikel stellt vor, wie hochfeste Grauguss-Schmelztechnologie unter den Bedingungen eines höheren Kohlenstoffäquivalents und einer besseren Bearbeitungsleistung im Elektroofen-Schmelzprozess erreicht werden kann und wie die Spurenelemente des Materials kontrolliert werden.

Schlüsselwörter: Grauguss, Kohlenstoffäquivalent, mechanischen Eigenschaften, Verarbeitungseigenschaften, Spurenelemente

Die traditionelle Steuerrichtung für das Schmelzen von Grauguss ist hochfestes Gusseisen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (C: 2.7~3.0, Si: 2.0~2.3, Mn: 0.9~1.3). Obwohl solche Materialien die Anforderungen der mechanischen Materialeigenschaften erfüllen können, ist ihre Gießleistung und Verarbeitung Die Leistung ist schlecht. Mit der Markterschließung und -expansion des Unternehmens werden immer mehr Gussprodukte mit hohem Schwierigkeitsgrad und hohen technischen Qualitätsansprüchen in den Produktionsablauf von MINGHE aufgenommen, insbesondere wenn MINGHE das Hochfrequenz-Elektroofen-Schmelzverfahren anstelle des Kupolofen-Schmelzverfahrens einsetzt.

Zu dieser Zeit war es ein Forschungsthema, hochfestes Gusseisen mit hohem Kohlenstoffgehalt unter Elektroofen-Schmelzbedingungen zu erhalten, um Kundenauftragsanforderungen zu erfüllen. Dieser Artikel beschreibt die Produktionstechnologie von hochfestem Grauguss unter Elektroofen-Schmelzbedingungen.

Die Faktoren, die die Materialleistung beeinflussen

1.1 Der Einfluss des Kohlenstoffäquivalents auf die Materialeigenschaften

Die wichtigsten Faktoren, die die Eigenschaften von Grauguss bestimmen, sind die Graphitmorphologie und die Eigenschaften der Metallmatrix. Wenn das Kohlenstoffäquivalent (CE=C+1/3Si) hoch ist, nimmt die Graphitmenge zu und die Graphitform verschlechtert sich, wenn die Inkubationsbedingungen nicht gut sind oder schädliche Spurenelemente vorhanden sind. Ein solcher Graphit verringert die wirksame Fläche der Metallmatrix, die die Last tragen kann, und verursacht beim Tragen der Last eine Spannungskonzentration, so dass die Festigkeit der Metallmatrix nicht normal genutzt werden kann, wodurch die Festigkeit des Gusseisens verringert wird. Unter den Materialien hat Perlit eine gute Festigkeit und Härte, während Ferrit eine weichere Basis und eine geringere Festigkeit hat. Mit zunehmender C- und Si-Menge nimmt die Perlit-Menge ab und die Ferrit-Menge zu. Daher beeinflusst die Erhöhung des Kohlenstoffäquivalents die Zugfestigkeit von Gusseisengussstücken und die Härte des Gussstücks sowohl in der Graphitform als auch in der Matrixstruktur. Bei der Kontrolle des Schmelzprozesses ist die Kontrolle des Kohlenstoffäquivalents ein sehr wichtiger Faktor, um die Materialleistung zu lösen.

1.2 Einfluss von Legierungselementen auf die Werkstoffeigenschaften

Bei den Legierungselementen im Grauguss handelt es sich hauptsächlich um Mn, Cr, Cu, Sn, Mo und andere Elemente, die die Perlitbildung begünstigen. Der Gehalt dieser Elemente wirkt sich direkt auf den Perlitgehalt aus. Gleichzeitig wird es durch die Zugabe von Legierungselementen bis zu einem gewissen Grad verfeinert. Durch die Zugabe von Graphit wird der Ferritanteil in der Matrix reduziert oder sogar ganz verschwinden, während Perlit bis zu einem gewissen Grad verfeinert und der darin enthaltene Ferrit durch einen bestimmten Anteil an Legierungselementen mischkristallverfestigt wird, so dass das Gusseisen immer a höher Die Festigkeitsleistung. Bei der Kontrolle des Schmelzprozesses ist auch die Kontrolle der Legierung ein wichtiges Mittel.

1.3 Der Einfluss des Ladungsverhältnisses auf Materialien

In der Vergangenheit haben wir immer darauf bestanden, dass wir in der Lage sein sollten, eine Ansicht zu erhalten, die den standardmäßigen mechanischen Eigenschaften des Materials entspricht, solange die chemische Zusammensetzung den Anforderungen der Spezifikation entspricht, aber tatsächlich sieht diese Ansicht nur die konventionelle chemische Zusammensetzung und ignoriert einige Legierungselemente und schädliche Elemente darin. Die Rolle von. So ist beispielsweise Roheisen die Hauptquelle für Ti, daher beeinflusst die verwendete Roheisenmenge direkt den Ti-Gehalt im Material und hat einen großen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Materials. Ebenso ist Stahlschrott die Quelle vieler Legierungselemente, sodass die Menge des Schrotts einen sehr direkten Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften von Gusseisen hat. In der Anfangszeit des Elektroofens haben wir immer das Beschickungsverhältnis des Kupolofens verwendet (Roheisen: 25~35%, Stahlschrott: 30~35%). Dadurch waren die mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit) des Materials sehr gering. Wenn die Menge des verwendeten Stahls die Leistung von Gusseisen beeinflusst, ist das Problem nach rechtzeitiger Anpassung der Schrottmenge schnell gelöst. Daher ist Stahlschrott ein sehr wichtiger Kontrollparameter im Schmelzkontrollprozess. Daher hat das Ladungsverhältnis einen direkten Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften von Gusseisenwerkstoffen und steht im Mittelpunkt der Schmelzkontrolle.

1.4 Einfluss von Spurenelementen auf Materialeigenschaften

In der Vergangenheit haben wir nur den Einfluss der konventionellen fünf Hauptelemente auf die Qualität von Gusseisen während des Schmelzprozesses beachtet, während die Wirkung anderer Spurenelemente nur ein qualitatives Verständnis darstellte, jedoch selten quantitativ analysiert und diskutiert wurde. In den letzten Jahren wurden aufgrund des Einflusses der Gießtechnik Fortschritte die Schmelzanlagen ständig aktualisiert und Kupolöfen wurden nach und nach durch Elektroöfen ersetzt. Obwohl das Elektroofenschmelzen seine unvergleichlichen Vorteile beim Kupolofenschmelzen hat, verliert das Elektroofenschmelzen auch einige der Vorteile des Kupolofenschmelzens, sodass sich auch der Einfluss einiger Spurenelemente auf Gusseisen widerspiegelt. Da die metallurgische Reaktion im Kupolofen sehr stark ist, befindet sich die Charge in einer stark oxidierenden Atmosphäre, das meiste wird oxidiert und mit der Schlacke ausgetragen, nur ein kleiner Teil verbleibt in der Eisenschmelze, daher wirken sich einige nachteilig auf die der Guss Durch den metallurgischen Prozess des Kupolofens wirken sich die Spurenelemente in der Regel nicht nachteilig auf Gusseisen aus. Während des Schmelzprozesses des Kupolofens löst sich ein Teil des Stickstoffs im Koks und Stickstoff (N2) in der Luft bei hohen Temperaturen in Form von Atomen in der Eisenschmelze, wodurch der Stickstoffgehalt in der Eisenschmelze relativ hoch wird.

Laut Statistik sind seit der Inbetriebnahme des Elektroofens die Abfallprodukte, die durch den hohen Bleigehalt verursacht wurden, und das verschrottete geschmolzene Eisen, weil der Bleigehalt zu hoch war, um angepasst zu werden, nicht weniger als 100 Tonnen, und die Anzahl der unqualifizierten Produkte fällig auch der zu geringe Stickstoffgehalt war recht hoch, was dem Unternehmen große wirtschaftliche Verluste verursachte.

Basierend auf unserer langjährigen Erfahrung und Theorie im Elektroofenschmelzen glaube ich, dass die wichtigsten Spurenelemente im Elektroofenschmelzprozess hauptsächlich N, Pb und Ti sind. Die Auswirkungen dieser Elemente auf Grauguss sind hauptsächlich wie folgt:

Führen (Lead)

Bei hohem Bleigehalt in der Eisenschmelze (>20PPm), insbesondere im Zusammenspiel mit dem höheren Wasserstoffgehalt, kann sich in Gussteilen mit dicken Querschnitten leicht Widmanstätten-Graphit bilden. Dies liegt daran, dass der Harzsand gute Wärmedämmeigenschaften hat und die Eisenschmelze in der Form langsamer abkühlt (diese Tendenz ist bei dickeren Profilen deutlicher), die Eisenschmelze bleibt länger im flüssigen Zustand und die Erstarrung von das geschmolzene Eisen ist im Gleichgewichtszustand aufgrund der Einwirkung von Blei und Wasserstoff näher am Erstarrungszustand. Wenn dieser Gusstyp erstarrt ist und weiter abkühlt, wird der Kohlenstoff im Austenit ausgeschieden und im festen Zustand zu sekundärem Graphit. Unter normalen Umständen verdickt der Sekundärgraphit nur die eutektischen Graphitflocken, was keinen großen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften hat. Wenn jedoch der Stickstoff- und Wasserstoffgehalt hoch ist, wird die Oberflächenenergie des Graphits auf derselben festen Austenit-Kristallebene verringert, und der Sekundärgraphit wächst entlang einer bestimmten Austenit-Kristallebene auf und erstreckt sich in die Metallmatrix. Unter einem Mikroskop beobachten. An der Seite der Flockengraphitflocken wachsen viele kleine gratartige Graphitflocken, die allgemein als Graphithaare bekannt sind, was der Grund für die Bildung von Widman-Graphit ist. Das Aluminium in Gusseisen kann dazu beitragen, dass das flüssige Eisen Wasserstoff absorbiert und seinen Wasserstoffgehalt erhöht. Daher hat Aluminium auch einen indirekten Einfluss auf die Bildung von Widmanstätten-Graphit.

Wenn Widmanstätten-Graphit in Gusseisen vorkommt, werden seine mechanischen Eigenschaften stark beeinflusst, insbesondere die Festigkeit und Härte, die in schweren Fällen um etwa 50% reduziert werden können.

Widmans Graphit hat die folgenden metallographischen Eigenschaften:

• 1) Auf der 100-fach-Mikrophotographie sind viele kleine dornenartige Graphitflocken an den groben Graphitflocken, die Widmanstätten-Graphit sind, befestigt.
• 2) Die Beziehung des gemeinsamen kristallinen Graphits ist miteinander verbunden.
• 3) Wenn das Widmanstätten-Graphitnetzwerk bei Raumtemperatur in die Matrix eindringt, wird es zur brüchigen Oberfläche der Matrix, was die mechanischen Eigenschaften von Grauguss erheblich reduziert. Aber aus der Querschnittsansicht erstrecken sich die Bruchrisse immer noch entlang des co-chipartigen Graphits.

Stickstoff

Eine angemessene Stickstoffmenge kann die Graphitkeimbildung fördern, Perlit stabilisieren, die Struktur von Grauguss verbessern und die Leistung von Grauguss verbessern.

Stickstoff hat zwei Haupteinflüsse auf Grauguss. Der eine ist der Einfluss auf die Graphitform und der andere ist der Einfluss auf die Matrixstruktur. Der Einfluss von Stickstoff auf die Graphitmorphologie ist ein sehr komplizierter Prozess. Hauptsächlich manifestiert sich in: dem Einfluss der Adsorptionsschicht auf die Graphitoberfläche und dem Einfluss der Größe der eutektischen Gruppe. Da Stickstoff in Graphit fast unlöslich ist, wird Stickstoff während des eutektischen Erstarrungsprozesses kontinuierlich an der Vorderseite des Graphitwachstums und an beiden Seiten des Graphits adsorbiert, was zu einer Erhöhung der umgebenden Graphitkonzentration während des Ausscheidungsprozesses führt, insbesondere wenn Graphit in geschmolzenes Eisen. An der Spitze beeinflusst es das Wachstum von Graphit an der Flüssig-Feststoff-Grenzfläche. Während des eutektischen Wachstumsprozesses gibt es einen signifikanten Unterschied in der Stickstoffkonzentrationsverteilung an der Spitze und beiden Seiten der Graphitplatte. Die Adsorptionsschicht von Stickstoffatomen auf der Graphitoberfläche kann die Diffusion von Kohlenstoffatomen an die Graphitoberfläche behindern. Wenn die Stickstoffkonzentration der Graphitfront höher ist als die der beiden Seiten, wird die Wachstumsrate des Graphits in Längsrichtung verringert. Im Gegensatz dazu wird das seitliche Wachstum leichter und der Graphit wird dadurch kürzer und dicker. Da es beim Graphitwachstumsprozess immer Defekte gibt, wird gleichzeitig ein Teil der Stickstoffatome an der Defektposition adsorbiert und kann nicht diffundieren, und die Korngrenze wird an der Vorderseite des Graphitwachstums asymmetrisch geneigt, und die Rest wird immer noch in die ursprüngliche Richtung wachsen. Graphit produziert Verzweigungen, und die Zunahme von Graphitverzweigungen ist ein weiterer Grund, warum Graphit kürzer wird. Auf diese Weise wird durch die Verfeinerung des Graphitgefüges die Spaltwirkung auf das Matrixgefüge reduziert, was der Leistungsverbesserung von Gusseisen zuträglich ist.

Stickstoff wirkt auf die Matrixstruktur als perlitstabilisierendes Element. Die Erhöhung des Stickstoffgehalts verringert die eutektoide Umwandlungstemperatur von Gusseisen. Daher kann, wenn eine bestimmte Stickstoffmenge im Grauguss enthalten ist, der Grad der Unterkühlung der eutektoiden Umwandlung erhöht werden, wodurch Perlit geläutert wird. Da andererseits der Atomradius von Stickstoff kleiner ist als der von Kohlenstoff und Eisen, kann er als Zwischengitteratome zum Auflösen in Ferrit und Zementit verwendet werden, wodurch sein Kristallgitter verzerrt wird. Aus den beiden oben genannten Gründen kann Stickstoff eine verstärkende Wirkung auf die Matrix haben.

Obwohl Stickstoff die Leistung von Grauguss verbessern kann, werden bei Überschreiten einer bestimmten Menge Stickstoffporen und Mikrorisse erzeugt, wie in Abbildung 2 gezeigt, so dass die Stickstoffregelung innerhalb eines bestimmten Bereichs kontrolliert werden sollte. Im Allgemeinen 70-120PPm, wenn es 180PPm überschreitet, nimmt die Leistung von Gusseisen stark ab.

Ti ist ein schädliches Element in Gusseisen. Der Grund dafür ist, dass Titan eine starke Affinität zu Stickstoff hat. Wenn der Titangehalt im Grauguss hoch ist, ist dies nicht vorteilhaft für die verstärkende Wirkung von Stickstoff. Erstens bildet es mit Stickstoff eine TiN-Verbindung, die sich reduziert. Tatsächlich liegt es genau daran, dass dieser freie Stickstoff eine mischkristallverstärkende Wirkung auf Grauguss hat. Daher beeinflusst der Titangehalt indirekt die Leistung von Grauguss.

Schmelzkontrolltechnik

2.1 Auswahl der chemischen Zusammensetzung des Materials

Durch die obige Analyse ist die Kontrolle der chemischen Zusammensetzung in der Schmelztechnologie sehr wichtig und die Grundlage der Schmelzkontrolle. Daher ist eine vernünftige chemische Zusammensetzung die Grundlage für die Leistungsfähigkeit des Materials. Normalerweise umfasst die Zusammensetzungskontrolle von hochfestem Gusseisen (Zugfestigkeit ≥300 N/mm2) hauptsächlich usw. C, Si, Mn, P, S, Cu, Cr, Pb, N

2.3 Kontrolltechnik von Spurenelementen

In der eigentlichen Prozesskontrolle wird anhand der Chargenanalyse bestätigt, dass die Bleiquelle hauptsächlich Stahlschrott ist. Daher besteht die Kontrolle von Blei im Rohmaterial hauptsächlich darin, die Pb-Einschlüsse im Stahlschrott zu kontrollieren, und der Bleigehalt wird gewöhnlich unter 15 ppm kontrolliert. Wenn der Bleigehalt in der Roheisenschmelze > 20 ppm beträgt, ist während der Inkubationsbehandlung eine spezielle Zersetzungsbehandlung durchzuführen.

 Da Ti hauptsächlich aus Roheisen gewonnen wird, dient die Kontrolle von Ti hauptsächlich der Kontrolle von Roheisen. Einerseits müssen beim Einkauf strenge Anforderungen an den Ti-Gehalt im Roheisen gestellt werden. Normalerweise muss der Titangehalt von Roheisen betragen: Ti < 0.8%, und der andere Aspekt besteht darin, die Nutzungsmenge zeitlich entsprechend dem Titangehalt von Roheisen anzupassen.

Kommt hauptsächlich aus Aufkohlungsmaterialien und Stahlschrott, daher dient die Kontrolle von N hauptsächlich der Kontrolle von Aufkohlungsmaterialien und Stahlschrott. Wie oben erwähnt, haben zu niedrig und zu hoch jedoch eine negative Seite für die Leistung von Grauguss, daher ist der N-Gehalt der Regelbereich: 70~120 ppm, aber der N-Gehalt sollte angemessen mit dem Gehalt an Ti. Im Allgemeinen ist die Beziehung zwischen N und Ti: N:Ti = 1:3.42, dh 0.01% von Ti können 30 PPm Stickstoff absorbieren. Die allgemein empfohlene Stickstoffmenge während der Produktion ist: N=0.006~0.01+Ti/3.42.

2.4 Steuerungstechnik des Schmelzprozesses

1) Impftechnik

Der Zweck der Impfbehandlung besteht darin, die Graphitisierung zu fördern, die Neigung zur Weißmundigkeit zu verringern und die Empfindlichkeit der Endoberfläche zu verringern; Kontrolle der Graphitmorphologie und Beseitigung von unterkühltem Graphit; die Anzahl der eutektischen Cluster entsprechend erhöhen und die Bildung von Flockenperlit fördern, um die Festigkeitsleistung von Gusseisen und anderen Leistungszwecken zu verbessern.

Der Einfluss der Temperatur des geschmolzenen Eisens auf die Impfung und die Kontrolle der Temperatur des geschmolzenen Eisens haben einen signifikanten Einfluss auf die Impfung. Wird die Überhitzungstemperatur der Eisenschmelze in einem bestimmten Bereich erhöht und über einen bestimmten Zeitraum gehalten, können die ungelösten Graphitpartikel in der Eisenschmelze verbleiben, die in der Eisenschmelze vollständig aufgelöst werden können, um den genetischen Einfluss von Roheisen zu eliminieren und Geben Sie dem Impfeffekt des Impfmittels volles Spiel, verbessern Sie die Ergiebigkeitsfähigkeit von geschmolzenem Eisen. Bei der Prozesskontrolle wird die Überhitzungstemperatur auf 1500~1520℃ erhöht und die Impftemperatur auf 1420~1450℃ geregelt.

Die Partikelgröße des Impfmittels ist ein wichtiger Indikator für den Zustand des Impfmittels und hat großen Einfluss auf die Impfwirkung. Ist die Partikelgröße zu klein, kann es leicht in die geschmolzene Schlacke dispergiert oder oxidiert werden und seine Wirkung verlieren. Wenn die Partikelgröße zu groß ist, schmilzt das Impfmittel nicht oder löst sich nicht vollständig auf. Es kann nicht nur seine Impfwirkung nicht vollständig entfalten, sondern verursacht auch Seigerung, harte Stellen, unterkühlten Graphit und andere Defekte. Daher sollte die Partikelgröße des Impfmittels so weit wie möglich innerhalb von 2 bis 5 mm kontrolliert werden. Stellen Sie den Inkubationseffekt sicher.

Bei der Prozesskontrolle wird der Animpfprozess hauptsächlich im Inkubationsbehälter angeimpft, so dass das Gießen eines Gusspakets grundsätzlich abgeschlossen werden kann, bevor die Inkubation nachlässt. Bei relativ großen Teilen und Teilen, die mit Doppelpfanne gegossen werden, kann es die Anforderungen jedoch nicht erfüllen. Daher wird das späte Impfverfahren angewendet: das heißt, die schwimmende Siliziumimpfung wird in der Pfanne durchgeführt, bevor das Gussstück gegossen wird (die Impfmenge beträgt 0.1%), was den Impfabfall verringert oder nicht existiert und die Impfwirkung verbessert.

2) Legierungsbehandlung

Durch die Legierungsbehandlung wird gewöhnlichem Gusseisen eine geringe Menge an Legierungselementen hinzugefügt, um die mechanischen Eigenschaften von Grauguss zu verbessern. Bei der Steuerung des Schmelzprozesses erfolgt die Legierung hauptsächlich für die Teile, die vom Kunden abgeschreckt werden müssen, und für die Teile mit relativ dicken Führungsschienen, die Hauptlegierungselemente und die Zugabemenge.

Dies gewährleistet in gewissem Maße die Leistungsminderung durch die Erhöhung des CE-Wertes und für die abgeschreckten Teile wird die Härtbarkeit beim Abschrecken verbessert. Stellen Sie die Abschrecktiefe sicher.

Während des Zuführ- und Schmelzprozesses besteht die Zuführreihenfolge der Schlüsselsteuerung in dieser Phase darin, den Stahlschrott, das mechanische Eisen und das Roheisen in der Reihenfolge ihrer Priorität zuzuführen. Um den Brennverlust von Legierungselementen zu reduzieren, sollte die Ferrolegierung zum Schluss zugegeben werden. Wenn das kalte Material vollständig geklärt ist, wird die Temperatur auf 1450 ° C erhöht. Das ist Punkt A. Bei Temperaturen unter 1450 °C besteht die Gefahr einer unvollständigen Auflösung des Aufkohlers oder der Ferrolegierung.

In den Absätzen AB sollten die folgenden Behandlungen durchgeführt werden:

• Temperatur messung;
• Mucking Schlacke;
• Probenahme und Analyse der chemischen Zusammensetzung;
• Analysieren Sie konventionelle Elemente und Spurenelemente mit einem thermischen Spektrometer;
• Nehmen Sie das Dreiecksteststück, um den CW-Wert zu messen;
• Nachdem Sie das geschmolzene Eisen gemäß den verschiedenen Testergebnissen eingestellt haben, führen Sie die Stromversorgung für 10 Minuten fort und führen Sie dann eine erneute Probenahme und Analyse durch. Nachdem Sie sich vergewissert haben, dass alle Daten normal sind, erhöhen Sie die Temperatur weiter auf etwa 1500°C, d CW-Wert. Bereiten Sie das Bügeleisen nach dem Messen der Temperatur zum Klopfen vor.

Dreieckige Prüfkörperkontrolle

Bestimmen Sie für verschiedene Qualitäten den White Mouth (CW) Kontrollbereich verschiedener Dreieckstestblöcke und bestimmen Sie die Qualität von geschmolzenem Eisen in Kombination mit der Zusammensetzungsanalyse vor dem Ofen.

Zusammenfassung

Die oben erwähnte Grauguss-Schmelztechnologie wird in CSMF 8 Jahre lang von 1996 bis 2003 erfolgreich angewendet. Der CE von Gussstücken wird unter der Prämisse von 3.6 ~ 3.9 kontrolliert, sei es der Zugfestigkeitsindex oder der physikalische Härteindex ( Die Härte der Führungsschiene von Werkzeugmaschinenteilen erfüllt die Anforderungen, was die Schnittleistung des Gussstücks erheblich verbessert.Es wurde nachgewiesen, dass diese Technologie eine abgeschlossene Technologie ist, und ihre Kontrollpunkte sind wie folgt:

• 3.1 Kontrolle der chemischen Zusammensetzung von Materialien
• 3.2 Ermittlung des Ladungsverhältnisses
• 3.3 Kontrolltechnik von Spurenelementen
• 3.4 Kontrolle des Impfbehandlungsprozesses
• 3.5 Legierungsbehandlung
• 3.6 Temperaturkontrolle des Schmelzprozesses
• 3.7 Kontrolle des Dreiecksprüfkörpers

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