Kugelguss mit hoher Schlagzähigkeit bei niedrigen Temperaturen muss auch bei -40 °C oder sogar -50 °C eine hohe Schlagzähigkeit aufweisen. Aufgrund seiner besonderen Leistungsanforderungen findet er breite Anwendung in der Windkraft, im Hochgeschwindigkeitsverkehr und anderen Bereichen. Mit der rasanten wirtschaftlichen Entwicklung steigt auch die Nachfrage nach Bauteilen aus diesem Material.
Um sicherzustellen, dass die endgültige Struktur und die mechanischen Eigenschaften der Gussteile den Anforderungen an duktiles Gusseisen mit hoher Schlagzähigkeit bei niedrigen Temperaturen entsprechen, spiegeln sich die Produktionsschwierigkeiten hauptsächlich in der Auswahl und Kontrolle der chemischen Zusammensetzung, des Schmelzprozesses, der Sphäroidisierungsbehandlung, der Impfbehandlung und der möglichen Wärmebehandlung wider.
1: Chemische Zusammensetzung des Basiseisens
Kohlenstoffgehalt 3.5~3.8%: beeinflusst den Sphäroidisierungseffekt sowie die Anzahl und Größe der Graphitkugeln, hat aber nur geringen Einfluss auf die Schlageigenschaften.
Siliziumgehalt 1.9~2.2%: fördert die Ferritbildung, verringert die Schlagzähigkeit bei niedrigen Temperaturen und muss in einem bestimmten Bereich gehalten werden.
Mangangehalt <0.1%: Hilft, die Festigkeit zu verbessern, aber zu hohe Mengen verringern die Zähigkeit, daher muss die Menge streng kontrolliert werden.
Phosphor- und Schwefelgehalt < 0.025 %: Dieser Wert sollte so weit wie möglich reduziert werden, da er die Zähigkeit und Festigkeit des Gussteils verringert. Dieser negative Einfluss ist bei niedrigen Temperaturen deutlicher spürbar.
Neben der Kontrolle der Zusammensetzung des flüssigen Eisens ist die Kontrolle der Karbidbildung bei der Herstellung dieser Gusseisensorte im Gusszustand entscheidend, da Karbide die Schlagzähigkeit und andere mechanische Eigenschaften des Werkstoffs beeinflussen können. Zu den karbidbildenden Elementen zählen hauptsächlich Chrom, Molybdän, Wolfram und Vanadium. Diese Elemente können im Gusseisen Karbide bilden und dadurch Härte und Festigkeit erhöhen; ein Überschuss verringert jedoch die Schlagzähigkeit.
2. Ladungen und Schmelzen
2.1-Gebühren
Die Einsatzstoffe sollten sorgfältig ausgewählt werden, um die Bildung von Perlit, Karbiden und Ausscheidungen zu vermeiden. Das Einsatzmaterial besteht aus etwa 30–50 % Recyclingmaterial, 25–30 % hochwertigem Stahlschrott und 25–30 % hochreinem Roheisen.
2.2 Durchschmelzen der Stromversorgung
Verwenden Sie einen hohen Strom für schnelles Schmelzen, achten Sie stets auf den Abfall der Ladung, vermeiden Sie abtropfendes Material und eine lokale Überhitzung des geschmolzenen Eisens, die zum Verschwinden des heterogenen Kerns führt und den Sphäroidisierungseffekt beeinträchtigt.
2.3 Stichprobenanalyse und -anpassung
Die Probenanalyse erfolgt, wenn das flüssige Eisen auf etwa 1450℃ erhitzt wird. Die chemische Zusammensetzung wird mithilfe eines Thermoanalysators und eines Spektrometers bestimmt, um die Anforderungen zu erfüllen.
2.4 Geschmolzenes Eisen aus dem Ofen
Es wird ein hoher Strom zugeführt und die Temperatur rasch auf die Ofenaustrittstemperatur erhöht. Die Schlacke auf der Oberfläche des flüssigen Eisens wird abgeschabt, und anschließend wird das flüssige Eisen abgeführt, um die Anzahl der Graphitkugeln und den Reinigungseffekt des flüssigen Eisens nach der Sphäroidisierungsreaktion zu gewährleisten.
3. Sphäroidisierungsbehandlung
3.1 Arten von Sphäroidisatoren
Um den negativen Einfluss auf den Tieftemperaturschlag zu verringern, sollten Sphäroidisatoren mit guter Stabilität, wie z. B. spezielle Sphäroidisatoren mit niedrigem Magnesium- und niedrigem Seltenerdmetallgehalt, ausgewählt werden.
3.2 Partikelgröße des Sphäroidisators und Zugabemenge
Die Partikelgröße des Sphäroidisators wird in einem bestimmten Bereich (3~20 mm) kontrolliert, und die Zugabemenge wird entsprechend Faktoren wie der Zusammensetzung des flüssigen Eisens und der Ofenaustrittstemperatur angepasst.
3.3 Anforderungen an die Sphäroidisierungspfanne
Der Boden der Sphäroidisierungspfanne wird zu einer Grube ausgebessert, deren Größe und Tiefe so gewählt werden müssen, dass ein reibungsloser Ablauf der Sphäroidisierungsreaktion gewährleistet ist.
3.4 Verfahren zum Hinzufügen des Sphäroidisators und zum Abklopfen
Der Sphäroidisator wird in die Vertiefung am Boden der Gießkelle gegeben und glattgestrichen. Anschließend wird er mit dem Impfmittel und einem dünnen Stahlblech abgedeckt. Beim Abklopfen darf der Sphäroidisator nicht direkt getroffen werden, um die Sphäroidisierungswirkung zu gewährleisten.
4. Inokulationsbehandlung
4.1 Auswahl des Impfstoffs
Wählen Sie ein geeignetes Impfmittel und die entsprechende Zugabemenge für die Impfbehandlung, um die Graphitkeimbildungsfähigkeit zu erhöhen, die Körner zu verfeinern, die Anzahl der Graphitkugeln und den Ferritgehalt zu steigern.
4.2 Anzahl und Zeitpunkt der Impfung: Führen Sie mehrere Impfungen durch, insbesondere unter Verwendung der Stream-Impftechnologie während des Gießprozesses, um die Impfwirkung zu verbessern.
Die Art des Impfmittels beeinflusst die Abkühlgeschwindigkeit des Gusseisens und die Bildung von Graphitkugeln. Die Temperatur der Impfbehandlung beeinflusst die Impfwirkung und die Gussqualität.
Durch Experimente stellten wir fest, dass die Qualität von flüssigem Eisen hinsichtlich Vorbehandlung, Vorimpfung, Impfung und Stromimpfung verbessert werden kann und dass die beste Lösung für den Impfungsprozess und die Sphäroidisierungszahl gefunden werden kann.
5. Wärmebehandlung
Durch Niedertemperaturglühen werden innere Spannungen abgebaut und die Gleichmäßigkeit der Struktur verbessert, wodurch die Tieftemperaturschlagzähigkeit gesteigert wird.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Herstellungseigenschaften von niedrigtemperaturfestem, schlagzähem Gusseisen hauptsächlich durch die Auswahl und Kontrolle der chemischen Zusammensetzung, des Schmelzprozesses, der Kugelglühbehandlung, der Impfbehandlung und der Wärmebehandlung bestimmt werden. Diese Herstellungseigenschaften gewährleisten gemeinsam, dass niedrigtemperaturfestes, schlagzähes Gusseisen eine ausgezeichnete Tieftemperaturzähigkeit, hohe Festigkeit und weitere hervorragende Leistungseigenschaften aufweist.
