Vloga elementov v litinah in vrstni red njihovega dodajanja

V procesu litja za prilagoditev kemične sestave v zahtevani razpon moramo dodati legirne elemente. Količina vsakega dodanega elementa, čas dodajanja ter vrstni red dodajanja vplivata na kakovost litega izdelka. Poskušali bomo analizirati več pogosto uporabljenih elementov:

I. Vloga posameznih elementov in načelo njihovega dodajanja

(1) Ogljik (C)

Funkcija:

Ojačitev matrice: C je osnovni element za trdno raztopinsko ojačitev jekla, saj tvori cementit (Fe₃C) z železom, s čimer izboljša trdoto in trdnost.

Kontrola strjevanja: Visoka vsebina C zmanjša tekočnost taljene jeklene masе in poveča nagnjenost k skrčenju.

Načelo dodajanja: Vsebina se mora prilagoditi ciljni zmogljivosti (splošno nadzorovana pri 0,15 %–0,3 % v nizko zlitih jeklih).

Preveliko tveganje: Pri C > 0,5 % se žilavost znatno zmanjša in varljivost poslabša.

(2) Silicij (Si)

Funkcija:

Oksidirni sredstvi: Prednostno reagira z O in tvori SiO₂ za očiščevanje taljene jeklene mase.

Trdne raztopine za povečanje trdnosti: raztopi se v feritu in poveča trdnost (natezna trdnost se poveča za približno 4 MPa pri vsakem povečanju vsebine Si za 0,1 %).

Načelo dodajanja: dodaja se v pozni fazi taljenja (v obdobju redukcije), da se prepreči izguba zaradi oksidacije (npr. ferrosilicijev zlitina).

Tveganje prekomerne vsebine: vsebina je nadzorovana pri 0,2 %–0,5 %; previsoka vsebina zmanjša žilavost.

(3) Mangan (Mn)

Funkcija:

Oksidacija in odžvepljevanje: tvori MnO (za oksidacijo) z O ter MnS (za odžvepljevanje) z S.

Izboljšanje kaljivosti: zakasni perlitno transformacijo in izboljša kaljivost martenzita.

Načelo dodajanja: dodajati v serijah med oksidacijsko dobo (deoksidacija + desulfuracija) in med redukcijsko dobo (če se izgubi).

Tveganje prekomernega vsebnosti: vsebnost se nadzoruje pri 0,8 %–1,5 %; previsoka vsebnost lahko povzroči krtost po zakalitvi.

(4) Fosfor (P)

Funkcija:

Škodljivi elementi: v trdni raztopini v feritu zmanjšujejo plastičnost in žilavost (nagnjenost k hladni krhkosti).

Ojačevanje s trdnimi raztopinami: sledove fosfora je mogoče uporabiti za izboljšanje trdnosti, vendar je količino treba strogo nadzorovati. Dodajanje ni priporočljivo pri proizvodnji v srednje frekvenčnih pečeh.

Načelo nadzora: poskusiti izbrati surovine z nizko vsebnostjo fosfora (npr. odpadna jeklena kovina) in izogniti se dodatnemu dodajanju med taljenjem.

Tveganje prekomerne količine: vsebnost mora biti manjša od 0,035 % (za visokokakovostno jeklo manjša od 0,025 %).

(5) Žveplo (S)

Funkcija:

Škodljivi elementi: tvori FeS skupaj z Fe, kar povzroča vročo krhkost (razpoke pri obdelavi pri visokih temperaturah).

Kontrola vključkov: mora biti kombinirana z Mn za tvorbo MnS (zmanjšanje škodljivosti).

Načelo kontrole: odžvepljevanje z dodajanjem Mn (priporočen razmerje Mn:S je 2:1 do 3:1).

Tveganje prekomernega vsebnosti: vsebnost mora biti manjša od 0,035 % (za posebne jeklene vrste < 0,02 %).

(6) Krom (Cr)

Funkcija:

Izboljšanje kaljivosti: zakasnitev razgradnje austenita in povečanje trdote martenzita.

Korozivna odpornost: tvorba goste oksidne plasti Cr₂O₃ (npr. pri nerjavnem jeklu).

Zdrobljenost zrn: zaviranje rasti zrn austenita.

Načelo dodajanja: dodajanje v talilni fazi (zahteva visoko talilno temperaturo in visoko temperaturo raztapljanja). Vsebnost je običajno 0,5 % do 2,0 % (prilagojena glede na zahteve glede korozivne ali obrabne odpornosti). odpornosti).

(7) Molibden (Mo)

Funkcija:

Zdrobitev zrn: zaviranje grobenja avstenitnih zrn in izboljšanje žilavosti.

Stabilnost pri visokih temperaturah: izboljšanje rdeče trdote in odpornosti proti počasnemu teku.

Trdno raztopinsko ojačevanje: izboljšanje trdnosti osnovne matrike.

Načelo dodajanja: dodajati v obdobju taljenja (podobno kot Cr), da se prepreči izhlapevanje pri visokih temperaturah. Vsebnost je običajno 0,1 %–0,3 % (višja pri jeklih z visoko vsebnostjo molibdena).

ⅱ. Interakcija med elementi

(1) Sinergistični učinek C in Si/Mn

Ravnovesje oksidacije: Si najprej odstrani kisik, Mn pa pomaga pri odžvepljanju; prekomerna vsebnost Si pa zavira učinek odžvepljanja s strani Mn.

Učinek na fazne spremembe: pri visoki vsebnosti C lahko Mn zakasni perlitno fazno spremembo, kar povzroči povečanje ostankov avstenita.

(2) Komplementarni učinek Cr in Mo

Nadgradnja kaljivosti: Cr in Mo skupaj izboljšata kaljivost, kar je primerno za visoko trdna jekla (npr. HSLA).

Sodelujoča odpornost proti koroziji: Cr zagotavlja pasivirno plast, Mo pa izboljša odpornost proti pikasti koroziji (npr. kombinacija Cr-Mo v nerjavnem jeklu).

(3) Sodelujoča škodljivost P in S

Krhkost pri nizkih temperaturah: P poslabša hladno krhkost, S pa povzroča vročo krhkost. Tveganje je treba zmanjšati z uporabo Mn in nadzorom procesa.

ⅲ. Prilagodljivost talilnega postopka v srednjefrekvenčni peči

(1) Optimizacija zaporedja dodajanja

Talilna doba: Dodajte elemente z visoko talilno točko, kot sta Cr in Mo, da zagotovite popolno raztopitev.

Oksidacijska doba: Mn dodajajte po delih (za oksidacijo + odžvepljevanje). Pri izdelkih z visokimi zahtevami je mogoče uporabiti tehnologijo dušikovega piščanca, vendar je treba količino dušikovega piščanca strogo nadzorovati, da se izognejo prekomerni oksidaciji.

Redukcijska doba: Dodajte Si (končna redukcija) in dopolnite Mn (če je izgorel).