Як виготовляти високоміцні деталі з сірого чавуну без додавання дорогоцінних металів, наприклад сплавів?

Детальний технологічний процес виробництва високоміцного сірого чавуну HT300 без легування

Етап 1: Інгредієнти та виплавка – закладка фундаменту

1. Вибрані матеріали для печі: чавун: використовується чавун високої чистоти або високоякісний чавун, який характеризується низьким вмістом мікроелементів (таких як Ti, V, As, Sb тощо). Ці мікроелементи можуть впливати на морфологію графіту, що не сприяє підвищенню міцності. Розмір залізного блоку повинен бути однаковим. Сталевий брухт: пропорцію додавання потрібно значно збільшити, зазвичай становлячи 30% -40% шихти печі. Використання чистого сталевого брухту з низьким вмістом вуглецю та сірки, такого як штамповані деталі, відходи вуглецевої сталі тощо, спрямоване на розбавлення вуглецю та домішок у розплавленому чавуні. Перероблені матеріали: використовуйте литники та відходи лиття однієї марки, щоб забезпечити стабільний склад. Суворо контролюйте його пропорції та чистоту, щоб уникнути введення занадто великої кількості домішок. 2. Точний розрахунок інгредієнтів: Основна ідея: низький вуглецевий еквівалент. Мета полягає в тому, щоб суворо контролювати вуглецевий еквівалент (CE) у вузькому діапазоні від 3,8% до 4,0%. Вуглець (C): Цільове значення встановлено на рівні 2,9% -3,2%. Зниження вмісту вуглецю через високу частку сталевого брухту. Кремній (Si): початковий вміст кремнію в печі контролюється на рівні 1,2% -1,5%, залишаючи достатній простір для подальшої інкубаційної обробки. Баланс між марганцем (Mn) і сіркою (S) має вирішальне значення. Мета полягає в тому, щоб контролювати вміст сірки між 0,07% і 0,12%, а потім розрахувати кількість доданого марганцю за формулою Mn% ≈ 1,7 × S%+0,3%. Виходячи з цього, вміст марганцю зазвичай становить від 0,8% до 1,0%. Це забезпечує утворення корисних сполук MnS і сприяє утворенню перліту. Фосфор (P): він повинен бути суворо обмежений нижче 0,08%, оскільки фосфор може знизити в'язкість і міцність чавуну. 3. Високотемпературне плавлення: для плавлення використовується середньочастотна індукційна піч для забезпечення однорідного складу та точного контролю температури. Температура випуску повинна бути вище 1520 ℃. Метою високотемпературного плавлення є повне зниження вмісту газу (водню, азоту) у розплавленому чавуні. Повністю розплавити неметалічні включення для отримання чистого розплавленого заліза. Забезпечте достатній запас тепла для подальшої обробки та розливу.

Фаза 2: Попередня пічна обробка та заливка - точний контроль

1. Швидкий аналіз і налаштування компонентів печі: Візьміть рідкі зразки заліза для спектрального або термічного аналізу, щоб швидко отримати фактичний вміст C, Si, Mn, P і S. Точне налаштування відповідно до результатів, щоб переконатися, що всі елементи знаходяться в межах цільового вікна, особливо вуглецевий еквівалент. 2. Ефективна інкубаційна обробка: це душа всього процесу. В умовах еквівалента з низьким вмістом вуглецю схильність розплавленого чавуну до білої цвілі є надзвичайно високою, тому необхідно усунути білу цвіль і очистити графіт за допомогою сильного інокуляції. Вибір інокулянтів: вибирайте інокулянти з сильною стійкістю до гниття та здатністю до зародження, наприклад, стронцій (Sr), що містить феросиліцій, або барій (Ba), що містить феросиліцій. Процес інкубації: застосування методу потокової інокуляції. У момент, коли розплавлений чавун тече з ковша в розливний стакан, використовується спеціальний живильник інокуляції для рівномірного додавання інокулянтів з розміром частинок 0,2-0,7 мм до потоку розплавленого чавуну. Кількість додавання: контролюється на рівні 0,3% -0,5% (від маси розплавленого чавуну). Ефект: Миттєва інкубація може забезпечити велику кількість ядер кристалів графіту до затвердіння розплавленого чавуну, отримуючи таким чином графіт типу А (дрібні пластівці, рівномірний розподіл) і ефективно запобігаючи появі цементиту на краях. Рафінування графіту безпосередньо призводить до рафінування матричного перліту. 3. Контроль розливу та охолодження: Температура розливу: Для забезпечення достатнього наповнення використовується нижча температура розливу, зазвичай між 1320 ℃ і 1350 ℃. Низькотемпературне лиття сприяє збільшенню переохолодження та подрібненню евтектичних кластерів. Процес лиття: кращим методом є чавунне лиття з піщаним покриттям, що є найефективнішою технікою для досягнення високої міцності. Використовуйте металеву форму (залізного типу) як зовнішню форму, а її робочу поверхню покрийте піщаним покриттям товщиною 4-8 міліметрів. Цей процес може значно підвищити швидкість охолодження та прискорити затвердіння розплавленого заліза. Переваги швидкого охолодження: дуже дрібні пластівці чорнила. Ключ до підвищення міцності – суттєве уточнення міжшарового інтервалу перліту. Зробіть загальну структуру виливка більш щільною і однорідною. Використання холодного чавуну: для звичайного піщаного лиття необхідно розумно розмістити зовнішнє холодне залізо в товстих і гарячих частинах виливка, щоб змусити ці частини затвердіти синхронно з тонкостінними частинами, запобігти усадці та розпушенню, а також покращити локальну структуру.

Третій етап: подальша обробка та перевірка

1. Очищення піском і термічна обробка: після того, як виливок затвердіє, його залишають у формі протягом достатнього періоду часу, поки температура не стане нижче температури фазового переходу, а потім коробку заповнюють піском, щоб уникнути надмірного внутрішнього напруження. Виконайте відпал для зняття напруги, зазвичай при температурі 520 ℃ -550 ℃, витримайте 2-4 години, а потім охолодіть за допомогою печі. Особлива увага: температура відпалу не повинна перевищувати 720 ℃, інакше дрібна луска, схожа на перлину, зазнає сфероїдизації, що призведе до зниження міцності та твердості. 2. Сувора перевірка якості: механічні властивості: однолиті або прикріплені тестові бруски заливаються вздовж лінії, а міцність на розрив вимірюється на універсальній випробувальній машині, щоб забезпечити стабільність понад 300 МПа. Металографічне дослідження: Перевірте металографічну структуру зразка або тестового бруска. Цільова організація: ≥ 95% тонкого пластинчастого перліту + дрібний, рівномірно розподілений графіт А-типу (бажана довжина графіту 3-4 сортів) + відсутність вільного цементиту. Випробування на твердість: Виміряйте твердість за Брінеллем на литому тілі. Твердість HT300 без сплаву зазвичай становить 190-220HBW, що є нормальним явищем.

Підсумок і основні поради:

Успішне виробництво HT300 без сплавів залежить від точного ланцюга взаємопов’язаних компонентів: високочистий матеріал печі + формула еквівалента з низьким вмістом вуглецю + чисте плавлення при високій температурі + точний баланс Mn/S + ефективна миттєва інкубація + примусове швидке охолодження. Будь-яка втрата контролю в будь-якому з цих ланок може призвести до недостатньої міцності або появи твердих і крихких фаз. Це процес, який вимагає надзвичайно високого менеджменту та технічного виконання, але після того, як він буде освоєний, він може значно знизити витрати виробництва та підвищити конкурентоспроможність продукції.