Úloha prvkov v litinách a poradie ich pridávania

V procese výroby liatiny musíme pridať zliatinové prvky, aby sme upravili chemické zloženie do požadovaného rozsahu. Množstvo každého prvku pridaného do liatiny, čas jeho pridania a poradie pridávania ovplyvňujú kvalitu liatiny. Pokúsime sa analyzovať niekoľko bežne používaných prvkov:

I. Úloha jednotlivých prvkov a princíp ich pridávania

(1) Uhlík (C)

Funkcia:

Zosilnenie matrice: Uhlík je základný prvok pre zosilnenie pevného roztoku v ocele a tvorí s železom cementit (Fe₃C), čím zvyšuje tvrdosť a pevnosť.

Riadenie tuhnutia: Vysoký obsah uhlíka zníži tekutosť roztavenej ocele a zvýši tendenciu ku zmršťovaniu.

Princíp pridávania: Obsah je potrebné upraviť podľa požadovaných vlastností (v nízkolegovaných oceliach sa zvyčajne kontroluje v rozmedzí 0,15 % až 0,3 %).

Riziko nadmerného obsahu: Pri obsahu C > 0,5 % sa výrazne zníži húževnatosť a zhorší sa zvárateľnosť.

(2) Kremík (Si)

Funkcia:

Oddechovač: Preferenčne reaguje s kyslíkom za vzniku SiO₂ na čistenie roztaveného ocele.

Zosilnenie pevným roztokom: rozpúšťa sa vo ferite a zvyšuje pevnosť (medza pevnosti v ťahu sa zvyšuje približne o 4 MPa pre každých 0,1 % zvýšenia obsahu kremíka).

Princíp pridávania: pridáva sa v neskorom štádiu tavby (v redukčnom období), aby sa zabránilo stratám spôsobeným oxidáciou (napr. zliatina ferokremík).

Riziko nadmerného obsahu: obsah sa kontroluje v rozmedzí 0,2 % – 0,5 %; príliš vysoký obsah zníži húževnatosť.

(3) Mangan (Mn)

Funkcia:

Oddechovanie a odsiarovanie: vytvára MnO (oddechovanie) s kyslíkom a MnS (odsiarovanie) so sírou.

Zlepšenie kaliteľnosti: spomaľuje premenu perlitu a zvyšuje kaliteľnosť martenzitu.

Princíp pridávania: pridáva sa dávkovo počas oxidačného obdobia (oddechovanie + odsiarovanie) a počas redukčného obdobia (ak došlo k vyhoraniu).

Riziko nadmerného obsahu: obsah sa kontroluje v rozmedzí 0,8 % – 1,5 %; príliš vysoký obsah môže ľahko spôsobiť krehkosť po žíhaní.

(4) Fosfor (P)

Funkcia:

Škodlivé prvky: pevné látky sa rozpúšťajú v ferite a znižujú plasticitu a húževnatosť (tendencia k chladnej krehkosti).

Zosilnenie pevným roztokom: stopové množstvá fosforu môžu zvýšiť pevnosť, avšak jeho množstvo je potrebné prísne kontrolovať. Výroba v stredofrekvenčnej peci sa jeho pridávanie neodporúča.

Princíp regulácie: snažte sa vybrať suroviny s nízkym obsahom fosforu (napr. oceľový šrot) a vyhýbajte sa jeho dodatočnému pridávaniu počas tavby.

Riziko nadmerného množstva: obsah musí byť nižší ako 0,035 % (pre vysokokvalitnú oceľ je požadovaný obsah nižší ako 0,025 %).

(5) Chróm (Cr)

Funkcia:

Škodlivé prvky: vytvára s železom FeS, čo spôsobuje horúcu krehkosť (praskanie pri spracovaní za vysokých teplôt).

Kontrola nečistôt: je potrebné kombinovať so sírou pomocou mangánu na vytvorenie MnS (zníženie škodlivého účinku).

Princíp regulácie: odstránenie síry pridaním mangánu (odporúčaný pomer Mn:S je 2:1 až 3:1).

Riziko nadmerného množstva: obsah musí byť nižší ako 0,035 % (pre špeciálne ocele < 0,02 %).

(6) Chróm (Cr)

Funkcia:

Zlepšenie hĺbkového kalenia: oneskorenie rozkladu austenitu a zvýšenie tvrdosti martenzitu.

Odolnosť voči korózii: vytvorenie hustej oxidovej vrstvy Cr₂O₃ (napr. v nehrdzavejúcej ocele).

Jemnozrnnosť: potláčanie rastu zŕn austenitu.

Princíp pridávania: pridáva sa počas tavnej fázy (vyžaduje sa vysoká teplota tavenia a rozpustenia kvôli vysokému bodu topenia). Obsah je zvyčajne 0,5 % až 2,0 % (upravuje sa podľa požiadaviek na odolnosť voči korózii alebo opotrebovaniu). odolnosť voči opotrebovaniu).

(7) Molybdén (Mo)

Funkcia:

Jemnozrnnosť: potláčanie zhrubnutia zŕn austenitu a zlepšenie húževnatosti.

Stabilita za vysokých teplôt: zlepšenie červenej tvrdosti a odolnosti voči creepu.

Zesilovanie roztokom: zvyšovanie pevnosti matrice.

Princíp pridávania: pridáva sa počas tavnej fázy (podobne ako Cr), aby sa zabránilo vyparovaniu pri vysokých teplotách. Obsah je zvyčajne 0,1 % až 0,3 % (vyšší u ocelí s vysokým obsahom molybdénu).

iI. Interakcia medzi prvkami

(1) Synergický účinok C a Si/Mn

Rovnováha odkysličovania: Si sa najprv od kyslíka zbavuje, Mn pomáha pri od síry, avšak nadmerné množstvo Si potlačí odsirovací účinok Mn.

Účinok fázovej transformácie: Pri vysokom obsahu C môže Mn oneskoriť perlitovú transformáciu, čo vedie k nárastu zvyšného austenitu.

(2) Komplementárny účinok Cr a Mo

Nadbytok zvýšenej tvrditeľnosti: Cr a Mo spoločne zvyšujú tvrditeľnosť, čo je vhodné pre vysokopevnostné ocele (napr. HSLA).

Synergia odolnosti voči korózii: Cr poskytuje pasivačnú vrstvu a Mo zvyšuje odolnosť voči bodovým koroziám (napr. kombinácia Cr-Mo v nehrdzavejúcich oceliach).

(3) Synergická škodlivosť P a S

Krehkosť pri nízkych teplotách: P zhoršuje krehkosť pri nízkych teplotách a S spôsobuje krehkosť pri vysokých teplotách. Riziko je potrebné znížiť pomocou Mn a kontrolou technologického procesu.

iII. Prispôsobivosť procesu tavby v stredofrekvenčnej peci

(1) Optimalizácia postupnosti pridávania

Fázové obdobie tavenia: Pridajte prvky s vysokou teplotou topenia, ako sú Cr a Mo, aby sa zabezpečilo ich úplné rozpustenie.

Oxidačné obdobie: Pridávajte Mn dávkami (odkysličovanie + od sírovania). Pri výrobkoch s vysokými požiadavkami je možné použiť technológiu dúchania kyslíkom, avšak množstvo dúchaného kyslíka je potrebné kontrolovať, aby sa zabránilo nadmernej oxidácii.

Redukčné obdobie: Pridajte Si (záverečné odkysličovanie) a doplňte Mn (ak sa spotrebovalo).