Як виготовляти високоякісні чавунні деталі з високим вмістом хрому?

Чавун з високим вмістом хрому є надзвичайно важливим зносостійким матеріалом, який широко використовується в таких галузях, як металургія, гірничодобувна промисловість, цементна промисловість та енергетика. Його процеси плавлення та термічної обробки вимагають суворих вимог для забезпечення ідеальної мікроструктури та чудової зносостійкості.

Далі наведено детальне пояснення ключових моментів плавлення інгредієнтів, температури плавлення, температури заливки та процесу термічної обробки чавуну з високим вмістом хрому.

1、 Хімічний склад розплавленого чавуну з високим вмістом хрому є основою його продуктивності, зазвичай із Cr/C (співвідношення вуглецю хрому) як основний елемент конструкції.

1. Діапазон основного хімічного складу (типовий): вуглець (C): 2,0% -3,5%. Вміст вуглецю визначає кількість, морфологію і твердість первинних карбідів і евтектичних карбідів. Чим вищий вміст вуглецю, тим вище твердість, але в'язкість знижується. Хром (Cr): 12% -30% (зазвичай міститься в 15% -28%). Хром є ключовим елементом для утворення карбідів і забезпечення корозійної стійкості підкладки. Ключовим моментом є контроль співвідношення Cr/C. Молібден (Mo): 0,5% -3,0%. Молібден може покращити загартовуваність, пригнічувати перетворення перліту та сприяти утворенню бейніту або мартенситу, особливо для виливків великого профілю. У той же час він може покращити організацію, підвищити міцність і зносостійкість. Мідь (Cu): 0,5% -1,5%. Він також використовується для покращення загартуваності та є частково недорогим замінником молібдену, але його ефект не такий хороший, як молібден. Нікель (Ni): 0-1,5%. Допомога в покращенні прогартовуваності та зміцненні матриці. Марганець (Mn): 0,5% -1,0%. Стабілізують аустеніт і покращують загартуваність. Однак надмірно високі рівні можуть стабілізувати аустеніт, що призведе до збільшення залишкового аустеніту та сегрегації на межах зерен, що негативно впливає на міцність. Кремній (Si): 0,3% -1,0%. Розкислювальні елементи, але сприятимуть графітизації карбіду, тому вміст не повинен бути занадто високим. Сірка (S) і фосфор (P): суворо обмежені. P < 0,06%, S < 0,05%。 Усі вони є шкідливими елементами, які можуть серйозно знизити в’язкість і міцність, а також підвищити схильність до термічного розтріскування.

2. Важливість співвідношення Cr/C: Cr/C<4: (Fe, Cr) ∝ C карбіди з’являться в структурі з меншою твердістю та поганою зносостійкістю. Cr/C ≈ 4-10: висока твердість (Fe, Cr) ₇ C ∨ евтектичний карбід (який є основним джерелом зносостійкості чавуну з високим вмістом хрому) формується у формі прутка або смуги, що має менший ефект розщеплення на матрицю та кращу в’язкість. Це найбільш часто використовуваний інтервал. Cr/C>10: починає утворюватися велика кількість карбідів типу (Cr, Fe) ₂ ∝ C ₆. Хоча стійкість до корозії покращилася, твердість зменшилася, а зносостійкість не така хороша, як (Fe, Cr) ₇ C ₆.

3. Розрахунок інгредієнтів: розрахуйте коефіцієнт завантаження печі на основі цільового інгредієнта та швидкості відновлення. Завантаження печі зазвичай складається з чавуну, сталевого брухту, хромистого заліза (наприклад, високовуглецевого хромистого заліза, низьковуглецевого хромистого заліза), молібденового заліза, міді, нікелевої пластини тощо. Посилання на швидкість відновлення: такі елементи, як Cr і Mo, мають високу швидкість відновлення при плавленні в середньочастотній індукційній печі, зазвичай розраховується на рівні 95% -98%. Швидкість відновлення Mn становить близько 85% -95%.

2、 Температура плавлення та температура розливу

1. Температура плавлення: Температура натискання не повинна бути надто високою, зазвичай контролюється між 1480 °C і 1520 °C. Причина: надмірна температура може збільшити втрати при горінні елементів сплаву (таких як окислення Cr і Si), посилити поглинання водню та азоту в сталевій рідині та зробити зерна грубими. Низька температура не сприяє плавленню сплаву, гомогенізації складу та виділенню шлакового чавуну.

2. Температура заливки: Температура заливки повинна визначатися відповідно до товщини стінки та структури виливка, зазвичай коливається від 1380 °C до 1450 °C. Для товстих і простих деталей слід використовувати нижчу температуру заливки (наприклад, від 1380 °C до 1420 °C), щоб полегшити послідовне затвердіння, зменшити усадку та зменшити розмір зерна. Тонкостінні та складні деталі: використовуйте вищі температури заливки (наприклад, 1420 °C-1450 °C), щоб забезпечити хорошу здатність наповнювати. Принцип: щоб забезпечити наповнення, намагайтеся використовувати якомога нижчу температуру розливу.

3、 Ключові моменти процесу термічної обробки

Мікроструктура литого чавуну з високим вмістом хрому зазвичай складається з аустеніту + евтектичних карбідів + часткового перліту з низькою твердістю та низькою в'язкістю. Мартенситну матрицю з високою твердістю і зносостійкістю можна отримати тільки шляхом термічної обробки.

Основою термічної обробки є «аустенітізація+загартування».

1. Аустенітізація: Температура: 940 °C-980 °C. Конкретна температура залежить від складу, особливо від вмісту Cr і C. Для формул з високим вмістом вуглецю та хрому візьміть нижню межу температури, інакше візьміть верхню межу температури. Час ізоляції: Зазвичай розраховується на основі товщини стіни, ізоляція займає 1 годину на кожні 25 міліметрів. Переконайтеся, що вуглець і легуючі елементи в карбідах повністю розчинені в аустеніті, але тривалий час може призвести до зростання зерен і укрупнення карбіду. Ключовий момент: після аустенітизації матриця стає аустенітом, багатим вуглецем і легуючими елементами.

2. Загартування: Метод охолодження: після виходу з температури аустенізації його необхідно швидко охолодити (загартувати). Поширений метод: повітряне гасіння: це найпоширеніший і безпечний метод. Завдяки високому вмісту сплаву та гарній здатності до загартування повітряне охолодження є достатнім, щоб уникнути перетворення перліту та отримати мартенситну матрицю. Для великих або складних компонентів повітряне охолодження може ефективно зменшити ризик розтріскування. Примусове повітряне гасіння: використання вентилятора для вдування повітря та прискорення охолодження. Загартування в маслі: використовується лише для дуже маленьких або простих форм відливок, з високим ризиком і легким розтріскуванням, що вимагає великої обережності. Мета: переохолодити високотемпературний аустеніт нижче температури мартенситного перетворення (точка Ms) і перетворити його на високотвердий мартенсит.

3. Загартування: Необхідність: після загартування внутрішнє напруження надзвичайно високе, а структура мартенситу + залишкового аустеніту є дуже крихкою, і її необхідно негайно загартувати. Температура: Низькотемпературний відпуск зазвичай використовується між 200 °C і 300 °C, а іноді також використовується середньотемпературний відпуск близько 450 °C (що зменшує твердість, але покращує міцність). Час утеплення: 2-6 годин (в залежності від товщини стін). Функція: знімає напругу гасіння та запобігає розтріскування під час використання. Перетворення загартованого мартенситу на відпущений дещо знижує твердість, але значно покращує ударну в'язкість і стабільність. Сприяти перетворенню частини залишкового аустеніту в мартенсит (вторинне гартування).

4. Спеціальний процес: підкритична обробка. Для деяких робочих умов, які вимагають високої ударної в’язкості, можна використовувати підкритичну обробку з тривалою ізоляцією (наприклад, 4-10 годин) між 450 °C-520 °C. Цей процес розкладає залишковий аустеніт на бейнітний ферит і карбіди, що призводить до чудового поєднання міцності та в’язкості, але твердість може зменшитися.

Резюме. Типова крива термічної обробки для чавуну з високим вмістом хрому KmTBCr26 виглядає наступним чином: [Аустенітізація] Нагрівання до 960 °C ± 10 °C ->Витримка 4-6 годин ->[Загартування] Охолодження повітрям до кімнатної температури ->[Відпуск] Негайне нагрівання до 250 °C ± 10 °C ->Витримка 4-6 годин ->Повітряне охолодження після вивантаження. Важливе нагадування: перед входом у піч для термічної обробки виливки необхідно ретельно очистити (видаливши формувальний пісок, стояки тощо). Швидкість нагрівання не повинна бути занадто високою, особливо для складних компонентів. Рекомендується нагрівати поетапно (наприклад, підтримувати рівномірну температуру 600 °C протягом певного періоду часу). Після гартування його необхідно охолодити до кімнатної температури перед використанням. Тільки за допомогою точного контролю складу, плавлення та ряду параметрів термічної обробки можна виготовити високоефективні зносостійкі чавунні деталі з високим вмістом хрому.