Nella ricerca sugli inoculanti per ghisa, prima della colata della ghisa fusa, in determinate condizioni (come una certa temperatura di surriscaldamento, composizione chimica, metodo di aggiunta appropriato, ecc.), una certa quantità di sostanza (inoculante) viene aggiunta alla ghisa fusa per modificarne il processo di solidificazione, migliorarne la struttura e, di conseguenza, ottimizzarne le prestazioni. Questo processo è chiamato trattamento di inoculazione.
Questo cambiamento nel trattamento di inoculazione è spesso difficile da spiegare con sottili variazioni nella composizione chimica. Nella produzione industriale, gli inoculanti sono ampiamente utilizzati, ma è ancora necessario studiare come utilizzarli in modo efficiente. Questo articolo riassume e analizza il trattamento di inoculazione della ghisa attraverso una ricerca bibliografica. Di seguito sono riportati i dettagli della ricerca sugli inoculanti per la ghisa.
I. Effetto di inoculazione degli elementi presenti negli inoculanti per ghisa comunemente utilizzati
(1) Il Si può promuovere la grafitizzazione, aumentare il contenuto di ferrite da un lato e rafforzare la ferrite dall'altro. Viene spesso utilizzato insieme al Ca per migliorarne l'effetto, e il contenuto viene generalmente scelto come ωSi=2.6%~3.2%.
(2) Il Ca viene solitamente utilizzato insieme al Si e la temperatura applicabile è 1370~1430℃, ma un'aggiunta eccessiva è soggetta a difetti a occhio di scoria.
(3) Il Ba può inibire il decadimento dell'inoculo e aumentare la quantità di ferrite. Il ferrosilicio contenente Ba non solo ha una buona resistenza al decadimento, ma è anche efficace nel prevenire la ghisa bianca.
(4) L'Al può promuovere efficacemente la grafitizzazione, ma è facile che causi pori sottocutanei. Viene spesso utilizzato insieme al ferrosilicio per migliorarne l'effetto.
(5) Il Mn ha l'effetto di promuovere la perlite. Ha un buon effetto quando lavora con l'azoto. Può ridurre il punto di fusione dell'inoculo (serie Zr). Generalmente, si seleziona ωMn = 0.2%~0.4%.
(6) RE ha una grande influenza sul suo effetto. Quando ωS = 0.035%~0.1% nel ferro fuso, l'effetto è migliore. Può raffinare la grafite e inibire la ghisa bianca.
(7) Lo Sr ha l'effetto di inibire la ghisa bianca e di favorire la grafitizzazione. Ha un effetto scarso quando sono presenti gli elementi Ca e Ce. L'inoculante della serie Fe-Si-Sr viene utilizzato nella ghisa grigia. L'effetto è buono quando ωS＜0.05%.
(8) Lo Zr può promuovere la grafitizzazione. L'inoculo Fe-Si-Zr è difficile da sciogliere e ha un effetto sulla prevenzione dei pori di azoto. L'elemento Mn ha un certo effetto promotore sulla sua dissoluzione.
(9) Il Bi aumenta il numero di noduli di grafite, riduce la tendenza alla ghisa bianca, aumenta il contenuto di ferrite nella matrice e spesso lavora insieme a Fe-Si per affinare i grani. Inoltre, l'inoculo Bi-Cu può promuovere la crescita del nucleo di grafite durante la ricottura.
2. Selezione di elementi inoculanti efficaci
1. Principi generali di selezione
(1) Gli elementi inoculanti che prevengono efficacemente la formazione di ghisa bianca sono: Ba, RE, Sr, Si.
(2) Gli elementi inoculanti che promuovono efficacemente la grafitizzazione sono: Ba, Ca.
(3) Gli elementi che possono inibire o rallentare il declino dell'inoculo sono: Ba, Ca, RE.
(4) Gli elementi che favoriscono la fusione dell'inoculo nel ferro fuso sono: Mn, Mg.
2. Principi di selezione speciali
(1) Per prevenire le crepe nelle grandi fusioni grigie a pareti spesse, si può utilizzare una lega di terre rare silicio-ferro-magnesio. La sua composizione è ωRE=13.24%~13.69%, ωMg=12.76%~13.11%, ωSi=38%~44%, ωCa<4%, e la quantità aggiunta è dello 0.25%.
(2) Per produrre getti di ghisa sferoidale ferritica, si può utilizzare l'inoculante FeSi72. La dimensione delle particelle è di 2~6 mm e la quantità aggiunta è dell'1.5%. Allo stesso tempo, viene aggiunto lo 0.16% di alluminio puro per l'inoculazione di rinforzo composito, che ha un effetto migliore.
(3) Per evitare che la ghisa duttile si inoculi e si deteriori, nella prima inoculazione si può aggiungere FeSi75 con una granulometria di 3~8 mm, nella seconda inoculazione la granulometria aggiunta è di 0.5~2 mm e nella terza inoculazione si utilizza il metodo in polvere, con una quantità di aggiunta pari allo 0.3%~1%.
(4) Per le ghise ad alto tenore di carbonio e ad alta resistenza di grandi dimensioni, si può selezionare un inoculo con un contenuto di titanio dallo 0.08% allo 0.15%; per le fusioni di ghisa grigia a parete sottile ad alto tenore di carbonio, si dovrebbe selezionare un inoculo in lega di terre rare silicio-bario, che può ridurre la tendenza alla ghisa bianca, ridurre la durezza della fusione e inibire il decadimento dell'inoculo. L'effetto è buono e la quantità di aggiunta è dallo 0.3% all'1%.
(5) L'inoculante RE-Si ha una forte capacità di eliminare la ghisa bianca, ma ha una maggiore tendenza a formare grafite superraffreddata di tipo D ed E, il che rende difficile ridurre la durezza della fusione. L'inoculante Si-Ba ha una forte capacità di eliminare la grafite superraffreddata di tipo D ed E e promuove la formazione di grafite di tipo A. Pertanto, i due inoculanti vengono utilizzati insieme per un buon effetto.
(6) Il contenuto di zolfo nel ferro fuso ha una grande influenza sul trattamento di inoculazione. Nel ferro fuso con un alto contenuto di zolfo, si utilizzano generalmente inoculi di grafite (come scarti di elettrodi) e N (come Fe-Mn-N) per ottenere buoni risultati; nel ferro fuso con un basso contenuto di zolfo, si utilizzano inoculi di Ce, Ca, Ba e N (come RE-Si, Ca-Si-Ba, Fe-Mn-N e Ca-Si-Sr) per ottenere buoni risultati.
3. Quantità di inoculo aggiunto
(1) La ghisa duttile generalmente richiede più inoculante della ghisa grigia.
(2) Se l'inoculo viene versato per un lungo periodo dopo l'inoculazione, la quantità aggiunta deve essere aumentata a causa del calo dell'inoculazione.
(3) I getti a pareti sottili sono soggetti a macchie bianche, quindi la quantità di inoculo aggiunta deve essere aumentata di conseguenza.
(4) Quando nel ferro fuso è presente molta scoria, l'inoculo sarà avvolto e difficile da fondere una volta entrato in contatto con la scoria, quindi la quantità aggiunta deve essere aumentata di conseguenza.
(5) L'aggiunta eccessiva di inoculo causerà problemi quali scorie eccessive, temperature del ferro fuso più basse e cavità di ritiro causate da celle eutettiche. Se l'inoculo è troppo grande, non sarà in grado di inoculare uniformemente il ferro fuso e l'inoculo non fuso verrà versato nella cavità dello stampo; se l'inoculo è troppo piccolo, si ossiderà facilmente causando scorie ed è anche facile che si verifichi il decadimento dell'inoculo.
(6) L'inoculo utilizzato nel metodo di inoculazione a flusso è relativamente piccolo, generalmente 0.2~0.8 mm, e la quantità aggiunta è 0.05%~0.2%; la dimensione del blocco dell'inoculo nello stampo deve generalmente essere ≤0.25 mm e la quantità aggiunta è ≤0.1%;
La dimensione del blocco aggiunto con altri metodi di inoculazione è generalmente compresa tra 1 e 10 mm, e la quantità aggiunta è compresa tra lo 0.1% e lo 0.8%.
4. Temperatura del trattamento di inoculazione e test del suo effetto
La temperatura eutettica teorica della grafite è 1153℃ + 6.7 × Si%. Quando la temperatura eutettica teorica della grafite è superiore di 20-40℃ rispetto alla temperatura eutettica minima effettiva della ghisa fusa non inoculata, è generalmente necessario un trattamento di inoculazione.
Pertanto, la ricerca sugli inoculi per la ghisa ha come obiettivo principale quello di confrontare l'effetto del trattamento di inoculazione della ghisa misurando le proprietà meccaniche e fisiche dei getti. È inoltre necessario analizzare la struttura metallografica per determinare il trattamento di inoculazione ottimale.
