Ролята на елементите в леярските изделия и редът на тяхното добавяне

В процеса на производство на отливки, за да се регулират химичните елементи в изисквания диапазон, трябва да се добавят легиращи елементи. Количеството на всеки елемент, добавен към отливката, времето на добавяне и редът на добавяне оказват влияние върху качеството на отливката. Опитваме се да анализираме няколко често използвани елемента:

I. Ролята на всеки елемент и принципът на добавянето му

(1) Въглерод (C)

Функция:

Усилване на матрицата: C е основният елемент за усилване чрез твърда разтворимост в стоманата, образува циментит (Fe₃C) с желязото, което подобрява твърдостта и якостта.

Контрол на затвърдяването: Високото съдържание на C намалява текучестта на течната стомана и увеличава склонността към свиване.

Принцип на добавяне: Съдържанието трябва да се регулира според целевите експлоатационни характеристики (обикновено се контролира в диапазона 0,15 %–0,3 % при нисколегирани стомани).

Риск от прекомерно съдържание: При C > 0,5 % ударната вязкост значително намалява, а заваряемостта се влошава.

(2) Кремний (Si)

Функция:

Деоксидиращ агент: Предпочитателно реагира с кислорода, образувайки SiO₂, за да очисти течната стомана.

Усилване чрез твърд разтвор: разтваря се в ферита, за да увеличи якостта (пределната якост на опън се увеличава с около 4 MPa за всеки 0,1% повишаване на съдържанието на Si).

Принцип на добавяне: добавя се в късния етап на топене (период на редукция), за да се избегне загуба поради окисление (например сплав от феросилиций).

Риск при прекомерно съдържание: съдържанието се контролира в диапазона 0,2 % – 0,5 %; твърде високо ниво намалява ударната влажност.

(3) Манган (Mn)

Функция:

Деоксидация и десулфуризация: образува MnO (за деоксидация) с кислорода и MnS (за десулфуризация) с серата.

Подобрява способността за закаляване: забавя превръщането в перлит и подобрява закаляемостта на мартензита.

Принцип на добавяне: добавя се на порции по време на окислителния период (деоксидация + десулфуризация) и по време на редукционния период (ако е изгорял).

Риск при прекомерно съдържание: съдържанието се контролира в диапазона 0,8 % – 1,5 %; твърде високо ниво лесно води до охладена крехкост след термообработка.

(4) Фосфор (P)

Функция:

Вредни елементи: разтварят се в ферита и намаляват пластичността и ударната влажност (склонност към студена крехкост).

Усилване чрез твърда разтворима фаза: следови количества фосфор могат да подобрят якостта, но количеството трябва стриктно да се контролира. Не се препоръчва добавянето му при производство в средночестотна пещ.

Принцип на контрол: по възможност избирайте суровини с ниско съдържание на фосфор (например стоманени отпадъци) и избягвайте допълнително добавяне по време на топене.

Риск при прекомерно количество: съдържанието трябва да е по-малко от 0,035 % (за висококачествена стомана – по-малко от 0,025 %).

(5) Сяра (S)

Функция:

Вредни елементи: образуват FeS заедно с желязото, което предизвиква топла крехкост (пукане при обработка при висока температура).

Контрол на неметалните включвания: трябва да се комбинира с манган, за да се образува MnS (намалява вредното въздействие).

Принцип на контрол: десулфуризация чрез добавяне на манган (препоръчително съотношение Mn:S = 2:1–3:1).

Риск при прекомерно количество: съдържанието трябва да е по-малко от 0,035 % (за специални стомани – по-малко от 0,02 %).

(6) Хром (Cr)

Функция:

Подобрява способността към закаляване: забавя разлагането на аустенита и увеличава твърдостта на мартензита.

Устойчивост към корозия: образуване на плътна оксидна пленка от Cr₂O₃ (например при неръждаема стомана).

Зърнестост: потискане на растежа на аустенитните зърна.

Принцип на добавяне: добавя се по време на разтопяването (изисква се висока температура за разтваряне поради високата му точка на топене). Съдържанието обикновено е 0,5 %–2,0 % (настройва се според изискванията за устойчивост към корозия или износване). устойчивост към износване).

(7) Молибден (Mo)

Функция:

Зърнестост: потискане на грубообразуването на аустенитните зърна и подобряване на ударната вязкост.

Стабилност при високи температури: подобряване на червената твърдост и устойчивостта към пълзене.

Усиление чрез твърда разтворимост: повишаване на якостта на матрицата.

Принцип на добавяне: добавя се по време на разтопяването (подобно на Cr), за да се избегне високотемпературната летливост. Съдържанието обикновено е 0,1 %–0,3 % (по-високо при стомани с високо съдържание на молибден).

iI. Взаимодействие между елементите

(1) Синергичен ефект на C и Si/Mn

Баланс на дезоксидация: Si дезоксира първо, Mn подпомага десулфуризацията, но излишъкът от Si потиска ефекта на десулфуризация на Mn.

Ефект върху фазовата трансформация: При високо съдържание на C Mn може да забави перлитната трансформация, което води до увеличение на остатъчния аустенит.

(2) Комплементарен ефект на Cr и Mo

Надстройване на закаляемостта: Cr и Mo заедно подобряват закаляемостта, подходящо за високопрочни стомани (например HSLA).

Синергия в корозионната устойчивост: Cr осигурява пасивираща филмова защита, а Mo подобрява устойчивостта към точкова корозия (например комбинацията Cr-Mo в неръждаемата стомана).

(3) Синергичен вреден ефект на P и S

Крехкост при ниски температури: P усилва крехкостта при ниски температури, а S предизвиква крехкост при високи температури. Рискът трябва да се намали чрез контрол върху съдържанието на Mn и технологичния процес.

iII. Пригодност на процеса за топене в средночестотна пещ

(1) Оптимизация на последователността на добавяне

Период на топене: Добавяне на елементи с висока точка на топене, като Cr и Mo, за осигуряване на пълно разтваряне.

Период на окисление: Добавяне на Mn на порции (деоксидация + десулфуризация). Продукти с високи изисквания могат да използват технологията за подаване на кислород, но количеството подаван кислород трябва да се контролира, за да се избегне излишно окисление.

Период на редукция: Добавяне на Si (окончателна деоксидация) и допълнително добавяне на Mn (ако е изгорял).