Uloga najčešće korištenih elemenata u sivom ljevu
1. Ugljik i silicijum: Ugljik i silicijum su elementi koji snažno potiču grafitizaciju. Ekvivalent ugljika može se koristiti za ilustraciju njihovog utjecaja na metalografsku strukturu i mehanička svojstva sivog lijeva. Povećanje ekvivalenta ugljika uzrokuje da grafitne pahuljice postaju grublje, povećavaju broj i smanjuju snagu i tvrdoću. Naprotiv, smanjenje ugljičnog ekvivalenta može smanjiti broj grafita, rafinirati grafit i povećati broj primarnih austenitnih dendrita, čime se poboljšavaju mehanička svojstva sivog lijeva. Međutim, smanjenje ugljičnog ekvivalenta će dovesti do smanjenja performansi livenja.
2.Mangan: Sam mangan je element koji stabilizuje karbide i sprečava grafitizaciju. Ima efekat stabilizacije i rafiniranja perlita u sivom livenom gvožđu. U rasponu od Mn=0,5% do 1,0%, povećanje količine mangana doprinosi poboljšanju čvrstoće i tvrdoće.
3. Fosfor: Kada sadržaj fosfora u livenom gvožđu prelazi 0,02%, može doći do intergranularne fosforne eutektike. Rastvorljivost fosfora u austenitu je vrlo mala. Kada se liveno gvožđe stvrdne, fosfor u osnovi ostaje u tečnosti. Kada je eutektičko skrućivanje skoro završeno, sastav preostale tekuće faze između eutektičkih grupa je blizak ternarnom eutektičkom sastavu (Fe-2%, C-7%, P). Ova tečna faza se stvrdnjava na oko 955 ℃. Kada se liveno gvožđe stvrdne, molibden, hrom, volfram i vanadijum se odvajaju u tečnoj fazi bogatoj fosforom, povećavajući količinu fosfornog eutektika. Kada je sadržaj fosfora u livenom gvožđu visok, pored štetnih efekata samog fosfornog eutektika, takođe će se smanjiti legirajući elementi sadržani u metalnoj matrici, čime će se oslabiti efekat legirajućih elemenata. Fosforna eutektička tečnost je kašasta oko eutektičke grupe koja se učvršćuje i raste, i teško se nadoknađuje tokom skrućivanja skupljanja, a odliv ima veću tendenciju skupljanja.
4. Sumpor: Smanjuje fluidnost rastopljenog gvožđa i povećava sklonost odlivaka da pucaju vrući. To je štetan element u odljevcima. Stoga mnogi misle da što je manji sadržaj sumpora, to bolje. U stvari, kada je sadržaj sumpora ≤0,05%, ova vrsta livenog gvožđa ne radi za običan inokulant koji koristimo. Razlog je što se inokulacija vrlo brzo raspada, a na odljevcima se često pojavljuju bijele mrlje.
5. Bakar: Bakar je najčešće dodani legirajući element u proizvodnji sivog livenog gvožđa. Glavni razlog je to što bakar ima nisku tačku topljenja (1083℃), lako se topi i ima dobar efekat legiranja. Sposobnost grafitizacije bakra je oko 1/5 od one silicijuma, tako da može smanjiti sklonost livenog gvožđa da ima beli odliv. Istovremeno, bakar takođe može smanjiti kritičnu temperaturu transformacije austenita. Stoga, bakar može potaknuti stvaranje perlita, povećati sadržaj perlita i rafinirati perlit i ojačati perlit i ferit u njemu, čime se povećava tvrdoća i čvrstoća lijevanog željeza. Međutim, što je veća količina bakra, to bolje. Odgovarajuća količina dodanog bakra je 0,2% do 0,4%. Prilikom dodavanja velike količine bakra, dodavanje kalaja i hroma u isto vrijeme je štetno za učinak rezanja. To će uzrokovati stvaranje velike količine strukture sorbita u strukturi matriksa.
6. Krom: Efekt legiranja hroma je vrlo jak, uglavnom zato što dodavanje hroma povećava sklonost rastaljenog željeza da ima bijeli odljev, a odljevak se lako skuplja, što rezultira otpadom. Stoga, količinu hroma treba kontrolisati. S jedne strane, nadamo se da rastopljeno željezo sadrži određenu količinu kroma za poboljšanje čvrstoće i tvrdoće odljevka; s druge strane, hrom je strogo kontroliran na donjoj granici kako bi se spriječilo da se odljevak skupi i da izazove povećanje stope otpada. Tradicionalno iskustvo kaže da kada sadržaj hroma u originalnom rastopljenom gvožđu pređe 0,35%, to će imati fatalan učinak na odliv.
7. Molibden: Molibden je tipičan element koji formira jedinjenje i snažan perlit stabilizirajući element. Može rafinirati grafit. Kada je ωMo<0,8%, molibden može rafinirati perlit i ojačati ferit u perlitu, čime efektivno poboljšava snagu i tvrdoću livenog gvožđa.
Treba napomenuti nekoliko problema sa sivim livenim gvožđem
1. Povećanje pregrijavanja ili produženje vremena zadržavanja može dovesti do nestanka postojećih heterogenih jezgara u talini ili smanjenja njihove efikasnosti, smanjujući broj zrna austenita.
2.Titan ima efekat rafiniranja primarnog austenita u sivom livenom gvožđu. Zato što titanijum karbidi, nitridi i karbonitridi mogu poslužiti kao osnova za nukleaciju austenita. Titanijum može povećati jezgro austenita i rafinirati zrna austenita. S druge strane, kada postoji višak Ti u rastopljenom gvožđu, S u gvožđu će reagovati sa Ti umesto Mn i formirati TiS čestice. Grafitno jezgro TiS-a nije tako efikasno kao MnS. Zbog toga je formiranje eutektičkog grafitnog jezgra odloženo, čime se povećava vrijeme taloženja primarnog austenita. Vanadijum, hrom, aluminijum i cirkonijum su slični titanijumu po tome što lako formiraju karbide, nitride i karbonitride i mogu postati austenitna jezgra.
3. Postoje velike razlike u učincima različitih inokulanata na broj eutektičkih klastera, koji su raspoređeni sljedećim redoslijedom: CaSi>ZrFeSi>75FeSi>BaSi>SrFeSi. FeSi koji sadrži Sr ili Ti slabije utiče na broj eutektičkih klastera. Najbolji učinak imaju inokulanti koji sadrže rijetke zemlje, a učinak je značajniji kada se dodaju u kombinaciji sa Al i N. Ferosilicij koji sadrži Al i Bi može snažno povećati broj eutektičkih klastera.
4. Zrna grafitno-austenitnog dvofaznog simbiotičkog rasta formirana sa grafitnim jezgrama kao središtem nazivaju se eutektički klasteri. Submikroskopski grafitni agregati, rezidualne neotopljene čestice grafita, primarne grafitne pahuljice, spojevi visoke tačke topljenja i gasne inkluzije koje postoje u rastopljenom željezu i mogu biti jezgra eutektičkog grafita također su jezgra eutektičkih klastera. Budući da je eutektičko jezgro početna točka rasta eutektičkog klastera, broj eutektičkih klastera odražava broj jezgara koje mogu prerasti u grafit u tekućini eutektičkog željeza. Faktori koji utiču na broj eutektičkih klastera uključuju hemijski sastav, stanje jezgra rastopljenog gvožđa i brzinu hlađenja.
Količina ugljenika i silicijuma u hemijskom sastavu ima važan uticaj. Što je ekvivalent ugljika bliži eutektičkom sastavu, to je više eutektičkih klastera. S je još jedan važan element koji utječe na eutektičke klastere sivog lijeva. Nizak sadržaj sumpora ne pogoduje povećanju eutektičkih klastera, jer je sulfid u rastopljenom željezu važna supstanca grafitnog jezgra. Osim toga, sumpor može smanjiti međufaznu energiju između heterogenog jezgra i taline, tako da se više jezgri može aktivirati. Kada je W (S) manji od 0,03%, broj eutektičkih klastera je značajno smanjen, a efekat inokulacije je smanjen.
Kada je maseni udio Mn unutar 2%, količina Mn raste, a shodno tome se povećava i broj eutektičkih klastera. Nb lako stvara spojeve ugljika i dušika u rastopljenom željezu, koje djeluje kao grafitno jezgro za povećanje eutektičkih klastera. Ti i V smanjuju broj eutektičkih klastera jer vanadij smanjuje koncentraciju ugljika; titanijum lako hvata S u MnS i MgS da bi formirao titanijum sulfid, a njegova sposobnost nukleacije nije tako efikasna kao MnS i MgS. N u rastopljenom željezu povećava broj eutektičkih klastera. Kada je sadržaj N manji od 350 x10-6, to nije očigledno. Nakon prekoračenja određene vrijednosti, superhlađenje se povećava, čime se povećava broj eutektičkih klastera. Kisik u rastopljenom gvožđu lako formira različite oksidne inkluzije kao jezgre, tako da se povećanjem kiseonika povećava i broj eutektičkih klastera. Pored hemijskog sastava, stanje jezgra eutektičke taline je važan faktor koji utiče. Održavanje visoke temperature i pregrijavanje dugo vremena će uzrokovati nestanak ili smanjenje originalnog jezgra, smanjenje broja eutektičkih klastera i povećanje promjera. Tretman inokulacijom može uvelike poboljšati stanje jezgre i povećati broj eutektičkih klastera. Brzina hlađenja ima vrlo očigledan uticaj na broj eutektičkih klastera. Što je hlađenje brže, to je više eutektičkih klastera.
5. Broj eutektičkih klastera direktno odražava debljinu eutektičkih zrna. Općenito, fina zrna mogu poboljšati performanse metala. Pod pretpostavkom istog hemijskog sastava i tipa grafita, kako se broj eutektičkih klastera povećava, raste i vlačna čvrstoća, jer grafitne ploče u eutektičkim klasterima postaju finije kako se broj eutektičkih klastera povećava, što povećava čvrstoću. Međutim, s povećanjem sadržaja silicija, broj eutektičkih grupa se značajno povećava, ali se snaga smanjuje; Čvrstoća livenog gvožđa raste sa povećanjem temperature pregrevanja (do 1500℃), ali u ovom trenutku broj eutektičkih grupa značajno opada. Odnos između zakona promjene broja eutektičkih grupa uzrokovanih dugotrajnim inokulacijskim tretmanom i povećanja čvrstoće nema uvijek isti trend. Čvrstoća dobijena inokulacionim tretmanom sa FeSi koji sadrži Si i Ba veća je od one dobijene sa CaSi, ali je broj eutektičkih grupa livenog gvožđa mnogo manji od broja CaSi. Sa povećanjem broja eutektičkih grupa raste i tendencija skupljanja livenog gvožđa. Da bi se spriječilo stvaranje skupljanja u malim dijelovima, broj eutektičkih grupa treba kontrolisati ispod 300~400/cm2.
6. Dodavanje legiranih elemenata (Cr, Mn, Mo, Mg, Ti, Ce, Sb) koji promovišu superhlađenje u grafitiziranim inokulansima može poboljšati stepen superhlađenja livenog gvožđa, rafinirati zrna, povećati količinu austenita i podstaći stvaranje perlit. Dodati površinski aktivni elementi (Te, Bi, 5b) mogu se adsorbirati na površini grafitnih jezgri kako bi se ograničio rast grafita i smanjila veličina grafita, kako bi se postigla svrha poboljšanja sveobuhvatnih mehaničkih svojstava, poboljšanja uniformnosti i povećanja organizacijske regulacije. Ovaj princip je primijenjen u praksi proizvodnje visokougljičnog lijevanog željeza (kao što su dijelovi kočnica).
Vrijeme objave: Jun-05-2024
