O papel dos elementos comumente usados em ferro fundido cinzento
1.Carbono e silício: Carbono e silício são elementos que promovem fortemente a grafitização. O equivalente de carbono pode ser usado para ilustrar seus efeitos na estrutura metalográfica e nas propriedades mecânicas do ferro fundido cinzento. Aumentar o equivalente de carbono faz com que os flocos de grafite se tornem mais grossos, aumentem em número e diminuam em resistência e dureza. Pelo contrário, a redução do equivalente de carbono pode reduzir o número de grafites, refinar a grafite e aumentar o número de dendritos primários de austenita, melhorando assim as propriedades mecânicas do ferro fundido cinzento. No entanto, a redução do equivalente de carbono levará a uma diminuição no desempenho da fundição.
2.Manganês: O próprio manganês é um elemento que estabiliza carbonetos e dificulta a grafitização. Tem o efeito de estabilizar e refinar a perlita em ferro fundido cinzento. Na faixa de Mn = 0,5% a 1,0%, aumentar a quantidade de manganês conduz a melhorar a resistência e a dureza.
3.Fósforo: Quando o teor de fósforo no ferro fundido excede 0,02%, pode ocorrer fósforo eutético intergranular. A solubilidade do fósforo na austenita é muito pequena. Quando o ferro fundido solidifica, o fósforo permanece basicamente no líquido. Quando a solidificação eutética está quase completa, a composição restante da fase líquida entre os grupos eutéticos está próxima da composição eutética ternária (Fe-2%, C-7%, P). Esta fase líquida solidifica a cerca de 955°C. Quando o ferro fundido solidifica, o molibdênio, o cromo, o tungstênio e o vanádio são todos segregados na fase líquida rica em fósforo, aumentando a quantidade de fósforo eutético. Quando o teor de fósforo no ferro fundido é alto, além dos efeitos nocivos do próprio fósforo eutético, também reduzirá os elementos de liga contidos na matriz metálica, enfraquecendo assim o efeito dos elementos de liga. O líquido eutético de fósforo é pastoso em torno do grupo eutético que se solidifica e cresce, e é difícil ser reabastecido durante a contração de solidificação, e a peça fundida tem maior tendência a encolher.
4.Enxofre: Reduz a fluidez do ferro fundido e aumenta a tendência das peças fundidas racharem a quente. É um elemento prejudicial nas peças fundidas. Portanto, muitas pessoas pensam que quanto menor o teor de enxofre, melhor. Na verdade, quando o teor de enxofre é ≤0,05%, este tipo de ferro fundido não funciona para o inoculante comum que usamos. A razão é que a inoculação se deteriora muito rapidamente e muitas vezes aparecem manchas brancas nas peças vazadas.
5.Cobre: O cobre é o elemento de liga mais comumente adicionado na produção de ferro fundido cinzento. A principal razão é que o cobre tem um baixo ponto de fusão (1083°C), é fácil de derreter e tem um bom efeito de liga. A capacidade de grafitização do cobre é cerca de 1/5 da do silício, por isso pode reduzir a tendência do ferro fundido de ter um molde branco. Ao mesmo tempo, o cobre também pode reduzir a temperatura crítica de transformação da austenita. Portanto, o cobre pode promover a formação de perlita, aumentar o teor de perlita e refinar a perlita e fortalecer a perlita e a ferrita, aumentando assim a dureza e a resistência do ferro fundido. Porém, quanto maior a quantidade de cobre, melhor. A quantidade apropriada de cobre adicionada é de 0,2% a 0,4%. Ao adicionar uma grande quantidade de cobre, adicionar estanho e cromo ao mesmo tempo é prejudicial ao desempenho de corte. Isso fará com que uma grande quantidade de estrutura de sorbite seja produzida na estrutura da matriz.
6.Cromo: O efeito de liga do cromo é muito forte, principalmente porque a adição de cromo aumenta a tendência do ferro fundido de ter um molde branco, e a peça fundida é fácil de encolher, resultando em desperdício. Portanto, a quantidade de cromo deve ser controlada. Por um lado, espera-se que o ferro fundido contenha uma certa quantidade de cromo para melhorar a resistência e a dureza da peça fundida; por outro lado, o cromo é estritamente controlado no limite inferior para evitar que a peça fundida encolha e provoque um aumento na taxa de refugo. A experiência tradicional afirma que quando o teor de cromo do ferro fundido original excede 0,35%, isso terá um efeito fatal na peça fundida.
7. Molibdênio: O molibdênio é um típico elemento formador de compostos e um forte elemento estabilizador de perlita. Pode refinar grafite. Quando ωMo<0,8%, o molibdênio pode refinar a perlita e fortalecer a ferrita na perlita, melhorando assim efetivamente a resistência e a dureza do ferro fundido.
Vários problemas no ferro fundido cinzento devem ser observados
1. Aumentar o superaquecimento ou estender o tempo de retenção pode fazer com que os núcleos heterogêneos existentes no fundido desapareçam ou reduzam sua eficácia, reduzindo o número de grãos de austenita.
2.O titânio tem o efeito de refinar a austenita primária em ferro fundido cinzento. Porque carbonetos, nitretos e carbonitretos de titânio podem servir de base para a nucleação da austenita. O titânio pode aumentar o núcleo da austenita e refinar os grãos de austenita. Por outro lado, quando há excesso de Ti no ferro fundido, o S do ferro reagirá com o Ti em vez de Mn para formar partículas de TiS. O núcleo de grafite do TiS não é tão eficaz quanto o do MnS. Portanto, a formação do núcleo de grafite eutético é retardada, aumentando assim o tempo de precipitação da austenita primária. Vanádio, cromo, alumínio e zircônio são semelhantes ao titânio porque são fáceis de formar carbonetos, nitretos e carbonitretos e podem se tornar núcleos de austenita.
3.Existem grandes diferenças nos efeitos de vários inoculantes no número de aglomerados eutéticos, que são organizados na seguinte ordem: CaSi>ZrFeSi>75FeSi>BaSi>SrFeSi. FeSi contendo Sr ou Ti tem um efeito mais fraco no número de clusters eutéticos. Os inoculantes contendo terras raras têm o melhor efeito, e o efeito é mais significativo quando adicionados em combinação com Al e N. O ferrossilício contendo Al e Bi pode aumentar fortemente o número de aglomerados eutéticos.
4. Os grãos de crescimento simbiótico bifásico de grafite-austenita formados com núcleos de grafite como centro são chamados de aglomerados eutéticos. Agregados submicroscópicos de grafite, partículas residuais de grafite não fundidas, ramos primários de flocos de grafite, compostos de alto ponto de fusão e inclusões gasosas que existem no ferro fundido e podem ser os núcleos da grafite eutética também são os núcleos dos aglomerados eutéticos. Como o núcleo eutético é o ponto de partida do crescimento do aglomerado eutético, o número de aglomerados eutéticos reflete o número de núcleos que podem crescer em grafite no líquido de ferro eutético. Os fatores que afetam o número de aglomerados eutéticos incluem a composição química, o estado central do ferro fundido e a taxa de resfriamento.
A quantidade de carbono e silício na composição química tem uma influência importante. Quanto mais próximo o carbono equivalente estiver da composição eutética, mais aglomerados eutéticos existem. S é outro elemento importante que afeta os aglomerados eutéticos de ferro fundido cinzento. O baixo teor de enxofre não conduz ao aumento dos aglomerados eutéticos, porque o sulfeto no ferro fundido é uma substância importante do núcleo de grafite. Além disso, o enxofre pode reduzir a energia interfacial entre o núcleo heterogêneo e o fundido, de modo que mais núcleos possam ser ativados. Quando W (S) é inferior a 0,03%, o número de aglomerados eutéticos é significativamente reduzido e o efeito da inoculação é reduzido.
Quando a fração de massa de Mn está dentro de 2%, a quantidade de Mn aumenta e o número de aglomerados eutéticos aumenta proporcionalmente. O Nb é fácil de gerar compostos de carbono e nitrogênio no ferro fundido, que atua como um núcleo de grafite para aumentar os aglomerados eutéticos. Ti e V reduzem o número de aglomerados eutéticos porque o vanádio reduz a concentração de carbono; o titânio captura facilmente S em MnS e MgS para formar sulfeto de titânio, e sua capacidade de nucleação não é tão eficaz quanto MnS e MgS. O N no ferro fundido aumenta o número de aglomerados eutéticos. Quando o conteúdo N é inferior a 350 x10-6, isso não é óbvio. Após ultrapassar um determinado valor, o super-resfriamento aumenta, aumentando assim o número de aglomerados eutéticos. O oxigênio no ferro fundido forma facilmente várias inclusões de óxido como núcleos, de modo que, à medida que o oxigênio aumenta, o número de aglomerados eutéticos aumenta. Além da composição química, o estado central do fundido eutético é um importante fator de influência. Manter alta temperatura e superaquecimento por muito tempo fará com que o núcleo original desapareça ou diminua, reduza o número de aglomerados eutéticos e aumente o diâmetro. O tratamento de inoculação pode melhorar muito o estado central e aumentar o número de aglomerados eutéticos. A taxa de resfriamento tem um efeito muito óbvio no número de aglomerados eutéticos. Quanto mais rápido o resfriamento, mais aglomerados eutéticos existem.
5.O número de aglomerados eutéticos reflete diretamente a espessura dos grãos eutéticos. Em geral, os grãos finos podem melhorar o desempenho dos metais. Sob a premissa da mesma composição química e tipo de grafite, à medida que o número de aglomerados eutéticos aumenta, a resistência à tração aumenta, porque as folhas de grafite nos aglomerados eutéticos tornam-se mais finas à medida que o número de aglomerados eutéticos aumenta, o que aumenta a resistência. Contudo, com o aumento do teor de silício, o número de grupos eutéticos aumenta significativamente, mas a resistência diminui; a resistência do ferro fundido aumenta com o aumento da temperatura de superaquecimento (até 1500°C), mas neste momento o número de grupos eutéticos diminui significativamente. A relação entre a lei de mudança do número de grupos eutéticos causada pelo tratamento de inoculação de longo prazo e o aumento da força nem sempre tem a mesma tendência. A resistência obtida pelo tratamento de inoculação com FeSi contendo Si e Ba é superior à obtida com CaSi, mas o número de grupos eutéticos do ferro fundido é muito menor que o do CaSi. Com o aumento do número de grupos eutéticos, aumenta a tendência de retração do ferro fundido. Para evitar a formação de retração em peças pequenas, o número de grupos eutéticos deve ser controlado abaixo de 300~400/cm2.
6. A adição de elementos de liga (Cr, Mn, Mo, Mg, Ti, Ce, Sb) que promovem o super-resfriamento em inoculantes grafitados pode melhorar o grau de super-resfriamento do ferro fundido, refinar os grãos, aumentar a quantidade de austenita e promover a formação de perlita. Os elementos tensoativos adicionados (Te, Bi, 5b) podem ser adsorvidos na superfície dos núcleos de grafite para limitar o crescimento da grafite e reduzir o tamanho da grafite, de modo a atingir o objetivo de melhorar propriedades mecânicas abrangentes, melhorar a uniformidade e aumentar a regulamentação organizacional. Este princípio tem sido aplicado na prática de produção de ferro fundido com alto teor de carbono (como peças de freio).
Horário da postagem: 05/06/2024
