La ghisa sferoidale ad alta resistenza per basse temperature deve mantenere un'elevata tenacità all'impatto a temperature di -40°C o addirittura -50°C. Essendo un materiale con particolari requisiti prestazionali, è ampiamente utilizzato nell'energia eolica, nelle ferrovie ad alta velocità e in altri settori. Con il rapido sviluppo economico, cresce anche la domanda di componenti in ghisa sferoidale ad alta resistenza per basse temperature.
Al fine di garantire che l'organizzazione finale e le proprietà meccaniche dei getti soddisfino i requisiti della ghisa sferoidale ad alta resistenza e bassa temperatura, le difficoltà di produzione si riflettono principalmente nella selezione e nel controllo della composizione chimica, del processo di fusione, del trattamento di sferoidizzazione, del trattamento di inoculazione e dell'eventuale trattamento termico.
1: Composizione chimica del ferro di base
Contenuto di carbonio 3.5~3.8%: influisce sull'effetto di sferoidizzazione, sul numero e sulle dimensioni delle sfere di grafite, ma ha scarso effetto sulle proprietà di impatto.
Contenuto di silicio 1.9~2.2%: favorisce la formazione di ferrite, riduce le proprietà di resistenza agli urti a basse temperature e deve essere mantenuto entro un certo intervallo.
Contenuto di manganese <0.1%: contribuisce a migliorare la resistenza, ma quantità eccessive riducono la tenacità, quindi il quantitativo deve essere rigorosamente controllato.
Contenuto di fosforo e zolfo <0.025%: dovrebbe essere ridotto il più possibile poiché diminuisce la tenacità e la resistenza del getto. Questo impatto negativo è più evidente in ambienti a bassa temperatura.
Oltre al controllo della composizione del ferro fuso, è fondamentale anche controllare la formazione di carburi durante la produzione di questo tipo di ghisa allo stato fuso, poiché i carburi possono influenzare la tenacità all'urto e altre proprietà meccaniche del materiale. Gli elementi che favoriscono la formazione di carburi includono principalmente cromo, molibdeno, tungsteno e vanadio. Questi elementi possono formare carburi nella ghisa, aumentandone così la durezza e la resistenza, ma quantità eccessive ne riducono la tenacità all'urto.
2. Cariche e fusione
2.1 Addebiti
Selezionare attentamente la carica per evitare la formazione di perlite, carburi ed elementi di segregazione. Il rapporto di carica è approssimativamente il seguente: carica riciclata (30-50%), rottami di acciaio di alta qualità (25-30%) e ghisa ad elevata purezza (25-30%).
2.2 Fusione dell'alimentatore
Utilizzare una corrente elevata per una fusione rapida, prestare sempre attenzione alla caduta della carica, evitare la dispersione del materiale e il surriscaldamento locale del ferro fuso, che porterebbe alla scomparsa del nucleo eterogeneo e comprometterebbe l'effetto di sferoidizzazione.
2.3 Analisi e aggiustamento del campionamento
L'analisi del campione viene effettuata quando il ferro fuso viene riscaldato a circa 1450 °C e la composizione chimica viene determinata, in conformità ai requisiti, utilizzando un analizzatore termico e uno spettrometro.
2.4 Ferro fuso fuori dalla fornace
Viene fornita una corrente elevata e la temperatura viene rapidamente innalzata fino alla temperatura di scarico del forno. La scoria sulla superficie del ferro fuso viene raschiata via e quindi il ferro fuso viene scaricato per garantire il numero di sfere di grafite e l'effetto di purificazione del ferro fuso dopo la reazione di sferoidizzazione.
3. Trattamento di sferoidizzazione
3.1 Tipologie di sferoidizzatori
Selezionare sferoidizzatori con buona stabilità, come ad esempio sferoidizzatori speciali a basso contenuto di magnesio e terre rare, per ridurre l'impatto negativo sul valore di impatto a bassa temperatura.
3.2 Dimensione delle particelle dello sferoidizzatore e quantità da aggiungere
La granulometria dello sferoidizzatore è controllata entro un certo intervallo (3~20 mm) e la quantità aggiunta viene regolata in base a fattori quali la composizione della ghisa fusa e la temperatura di scarico del forno.
3.3 Sferoidizzazione mestolo requisiti
Il fondo del mestolo per la sferoidizzazione viene riparato in una cavità, e le dimensioni e la profondità della cavità devono essere appropriate per garantire il regolare svolgimento della reazione di sferoidizzazione.
3.4 Metodo di aggiunta dello sferoidizzatore e della picchiettatura
Lo sferoidizzatore va aggiunto nella cavità sul fondo della siviera, livellato e poi ricoperto con l'inoculo e infine con una sottile lamina d'acciaio. Per garantire l'effetto sferoidizzante, è importante non colpire direttamente lo sferoidizzatore durante la battitura.
4.Trattamento di inoculazione
4.1 Selezione dell'inoculo
Selezionare l'inoculo appropriato e la quantità da aggiungere per il trattamento di inoculazione al fine di aumentare la capacità di nucleazione della grafite, affinare i grani, incrementare il numero di sfere di grafite e il contenuto di ferrite.
4.2 Numero e tempistica dell'inoculazione: Eseguire trattamenti di inoculazione multipli, in particolare utilizzando la tecnologia di inoculazione a flusso durante il processo di colata per migliorare l'effetto dell'inoculazione.
Il tipo di inoculo influenza la velocità di raffreddamento della ghisa e la formazione di sfere di grafite. La temperatura del trattamento di inoculazione influisce sull'efficacia dell'inoculazione e sulle prestazioni di fusione.
Attraverso esperimenti, abbiamo scoperto che la qualità della ghisa fusa può essere migliorata intervenendo su pretrattamento, pre-inoculazione, inoculazione e inoculazione a flusso, e che è possibile individuare la soluzione ottimale per il processo di inoculazione e il numero di sferoidizzazioni.
5. Trattamento termico
La ricottura a bassa temperatura viene utilizzata per eliminare le tensioni interne e migliorare l'uniformità della struttura, migliorando così la tenacità all'impatto a bassa temperatura.
In sintesi, le caratteristiche di produzione della ghisa sferoidale ad alta resistenza a bassa temperatura si riflettono principalmente nella selezione e nel controllo della composizione chimica, del processo di fusione, del trattamento di sferoidizzazione, del trattamento di inoculazione e del trattamento termico. Queste caratteristiche di produzione, nel loro insieme, garantiscono che la ghisa sferoidale ad alta resistenza a bassa temperatura possieda un'eccellente tenacità a bassa temperatura, un'elevata resistenza e altre caratteristiche prestazionali.
