Улога најчешће коришћених елемената у сивом ливеном гвожђу
1.Угљеник и силицијум: Угљеник и силицијум су елементи који снажно промовишу графитизацију. Еквивалент угљеника се може користити да се илуструје њихов утицај на металографску структуру и механичка својства сивог ливеног гвожђа. Повећање еквивалента угљеника узрокује да графитне љуспице постају грубље, повећавају се у броју и смањују снагу и тврдоћу. Напротив, смањење еквивалента угљеника може смањити број графита, рафинирати графит и повећати број примарних аустенитних дендрита, чиме се побољшавају механичка својства сивог ливеног гвожђа. Међутим, смањење еквивалента угљеника ће довести до смањења перформанси ливења.
2.Манган: Сам манган је елемент који стабилизује карбиде и спречава графитизацију. Има ефекат стабилизације и рафинирања перлита у сивом ливеном гвожђу. У опсегу од Мн=0,5% до 1,0%, повећање количине мангана доприноси побољшању чврстоће и тврдоће.
3. Фосфор: Када садржај фосфора у ливеном гвожђу прелази 0,02%, може доћи до интергрануларне фосфорне еутектике. Растворљивост фосфора у аустениту је веома мала. Када се ливено гвожђе очврсне, фосфор у основи остаје у течности. Када је еутектичко очвршћавање скоро завршено, састав преостале течне фазе између еутектичких група је близак тернарном еутектичком саставу (Фе-2%, Ц-7%, П). Ова течна фаза се учвршћује на око 955 ℃. Када се ливено гвожђе очврсне, молибден, хром, волфрам и ванадијум се издвајају у течну фазу богату фосфором, повећавајући количину фосфорног еутектика. Када је садржај фосфора у ливеном гвожђу висок, поред штетних ефеката самог фосфорног еутектика, он ће такође смањити легирне елементе садржане у металној матрици, чиме ће ослабити ефекат легирајућих елемената. Фосфорна еутектичка течност је кашаста око еутектичке групе која се учвршћује и расте, и тешко се надокнађује током скупљања при очвршћавању, а одлив има већу тенденцију скупљања.
4. Сумпор: Смањује флуидност растопљеног гвожђа и повећава склоност одливака да пуца вруће. То је штетан елемент у одливцима. Због тога многи мисле да што је мањи садржај сумпора, то боље. У ствари, када је садржај сумпора ≤0,05%, ова врста ливеног гвожђа не функционише за обичан инокулант који користимо. Разлог је тај што се инокулација веома брзо распада, а на одливцима се често појављују беле мрље.
5. Бакар: Бакар је најчешће додавани легирајући елемент у производњи сивог ливеног гвожђа. Главни разлог је тај што бакар има ниску тачку топљења (1083 ℃), лако се топи и има добар ефекат легирања. Способност графитизације бакра је око 1/5 оне силицијумске, тако да може смањити склоност ливеног гвожђа да има бели одлив. Истовремено, бакар такође може смањити критичну температуру трансформације аустенита. Стога, бакар може подстаћи стварање перлита, повећати садржај перлита и рафинирати перлит и ојачати перлит и ферит у њему, чиме се повећава тврдоћа и чврстоћа ливеног гвожђа. Међутим, што је већа количина бакра, то боље. Одговарајућа количина додатог бакра је 0,2% до 0,4%. Приликом додавања велике количине бакра, додавање калаја и хрома истовремено је штетно за перформансе сечења. То ће изазвати стварање велике количине структуре сорбита у структури матрице.
6.Хром: Ефекат легуре хрома је веома јак, углавном зато што додавање хрома повећава склоност растопљеног гвожђа да има бели одлив, а ливење се лако скупља, што доводи до отпада. Због тога треба контролисати количину хрома. С једне стране, надамо се да растопљено гвожђе садржи одређену количину хрома за побољшање чврстоће и тврдоће ливења; с друге стране, хром је строго контролисан на доњој граници како би се спречило да се ливени материјал скупља и да изазове повећање стопе отпада. Традиционално искуство каже да када садржај хрома у оригиналном растопљеном гвожђу пређе 0,35%, то ће имати фаталан ефекат на ливење.
7. Молибден: Молибден је типичан елемент који формира једињење и снажан перлит стабилизујући елемент. Може да рафинише графит. Када је ωМо<0,8%, молибден може рафинирати перлит и ојачати ферит у перлиту, чиме ефикасно побољшава снагу и тврдоћу ливеног гвожђа.
Мора се напоменути неколико проблема са сивим ливеним гвожђем
1. Повећање прегревања или продужење времена држања може довести до нестанка постојећих хетерогених језгара у топљењу или смањења њихове ефикасности, смањујући број зрна аустенита.
2.Титан има ефекат рафинације примарног аустенита у сивом ливеном гвожђу. Зато што титанијум карбиди, нитриди и карбонитриди могу послужити као основа за нуклеацију аустенита. Титанијум може повећати језгро аустенита и рафинирати зрна аустенита. С друге стране, када постоји вишак Ти у растопљеном гвожђу, С у гвожђу ће реаговати са Ти уместо Мн и формирати ТиС честице. Графитно језгро ТиС-а није тако ефикасно као оно код МнС-а. Због тога се формирање еутектичког графитног језгра одлаже, чиме се повећава време таложења примарног аустенита. Ванадијум, хром, алуминијум и цирконијум су слични титанијуму по томе што лако формирају карбиде, нитриде и карбонитриде и могу постати аустенитна језгра.
3.Постоје велике разлике у утицају различитих инокуланата на број еутектичких кластера, који су распоређени у следећем редоследу: ЦаСи>ЗрФеСи>75ФеСи>БаСи>СрФеСи. ФеСи који садржи Ср или Ти слабије утиче на број еутектичких кластера. Инокуланти који садрже ретке земље имају најбољи ефекат, а ефекат је значајнији када се додају у комбинацији са Ал и Н. Феросилицијум који садржи Ал и Би може снажно повећати број еутектичких кластера.
4. Зрна графитно-аустенитног двофазног симбиотичког раста формирана са графитним језгрима као центром називају се еутектички кластери. Субмикроскопски графитни агрегати, резидуалне неотопљене честице графита, примарне графитне пахуљице, једињења високе тачке топљења и гасне инклузије које постоје у растопљеном гвожђу и могу бити језгра еутектичког графита такође су језгра еутектичких кластера. Пошто је еутектичко језгро почетна тачка раста еутектичког кластера, број еутектичких кластера одражава број језгара која могу прерасти у графит у течности еутектичког гвожђа. Фактори који утичу на број еутектичких кластера укључују хемијски састав, стање језгра растопљеног гвожђа и брзину хлађења.
Количина угљеника и силицијума у хемијском саставу има важан утицај. Што је еквивалент угљеника ближи еутектичком саставу, то је више еутектичких кластера. С је још један важан елемент који утиче на еутектичке кластере сивог ливеног гвожђа. Низак садржај сумпора није погодан за повећање еутектичких кластера, јер је сулфид у растопљеном гвожђу важна супстанца графитног језгра. Поред тога, сумпор може смањити међуфазну енергију између хетерогеног језгра и растопа, тако да се више језгара може активирати. Када је В (С) мањи од 0,03%, број еутектичких кластера је значајно смањен, а ефекат инокулације је смањен.
Када је масени удео Мн унутар 2%, количина Мн се повећава, а сходно томе се повећава и број еутектичких кластера. Нб лако ствара угљеник и азот у истопљеном гвожђу, које делује као графитно језгро за повећање еутектичких кластера. Ти и В смањују број еутектичких кластера јер ванадијум смањује концентрацију угљеника; титан лако хвата С у МнС и МгС да би формирао титанијум сулфид, а његова способност нуклеације није тако ефикасна као МнС и МгС. Н у растопљеном гвожђу повећава број еутектичких кластера. Када је садржај Н мањи од 350 к10-6, то није очигледно. Након прекорачења одређене вредности, прехлађење се повећава, чиме се повећава број еутектичких кластера. Кисеоник у растопљеном гвожђу лако формира различите оксидне инклузије као језгра, па се повећањем кисеоника повећава и број еутектичких кластера. Поред хемијског састава, стање језгра еутектичке талине је важан фактор утицаја. Одржавање високе температуре и прегревање дуго времена ће довести до нестанка или смањења оригиналног језгра, смањења броја еутектичких кластера и повећања пречника. Третман инокулацијом може у великој мери побољшати стање језгра и повећати број еутектичких кластера. Брзина хлађења има веома очигледан утицај на број еутектичких кластера. Што је хлађење брже, то је више еутектичких кластера.
5. Број еутектичких кластера директно одражава дебљину еутектичких зрна. Генерално, фина зрна могу побољшати перформансе метала. Под претпоставком истог хемијског састава и типа графита, како се број еутектичких кластера повећава, расте и затезна чврстоћа, јер графитни листови у еутектичким кластерима постају финији како се број еутектичких кластера повећава, што повећава чврстоћу. Међутим, са повећањем садржаја силицијума, број еутектичких група се значајно повећава, али се снага уместо тога смањује; јачина ливеног гвожђа се повећава са повећањем температуре прегревања (до 1500℃), али у овом тренутку број еутектичких група значајно опада. Однос између закона промене броја еутектичких група изазваних дуготрајним инокулационим третманом и повећања јачине нема увек исти тренд. Чврстоћа добијена инокулационим третманом са ФеСи који садржи Си и Ба је већа од оне добијене са ЦаСи, али је број еутектичких група ливеног гвожђа много мањи од броја ЦаСи. Са повећањем броја еутектичких група расте и тенденција скупљања ливеног гвожђа. Да би се спречило стварање скупљања у малим деловима, број еутектичких група треба контролисати испод 300~400/цм2.
6. Додавање елемената легуре (Цр, Мн, Мо, Мг, Ти, Це, Сб) који промовишу суперхлађење у графитизованим инокулантима може побољшати степен суперхлађења ливеног гвожђа, рафинирати зрна, повећати количину аустенита и промовисати формирање перлит. Додати површински активни елементи (Те, Би, 5б) се могу адсорбовати на површини графитних језгара како би се ограничио раст графита и смањила величина графита, како би се постигла сврха побољшања свеобухватних механичких својстава, побољшања униформности и повећања организационе регулације. Овај принцип је примењен у пракси производње ливеног гвожђа са високим садржајем угљеника (као што су делови кочница).
Време поста: 05.06.2024
