Низкотемпературный высокопрочный чугун должен сохранять высокую ударную вязкость при низких температурах -40℃ или даже -50℃. Как материал со специальными требованиями к характеристикам, он широко используется в ветроэнергетике, высокоскоростных железных дорогах и других областях. С быстрым экономическим развитием растет и спрос на детали из низкотемпературного высокопрочного чугуна.
Для обеспечения соответствия конечной структуры и механических свойств отливок требованиям низкотемпературного высокопрочного высокопрочного чугуна, производственные трудности в основном заключаются в выборе и контроле химического состава, процесса плавки, сфероидизации, инокуляции и возможной термической обработке.
1: Химический состав неблагородного железа
Содержание углерода 3.5–3.8%: влияет на эффект сфероидизации, количество и размер графитовых шариков, и оказывает незначительное влияние на ударные свойства.
Содержание кремния 1.9–2.2%: способствует образованию феррита, снижает ударную вязкость при низких температурах и должно контролироваться в определенном диапазоне.
Содержание марганца <0.1%: способствует повышению прочности, но избыток снижает ударную вязкость, поэтому его количество необходимо строго контролировать.
Содержание фосфора и серы <0.025%: его следует максимально снизить, поскольку оно уменьшает прочность и вязкость отливки. Это негативное воздействие более заметно в условиях низких температур.
Помимо контроля состава расплавленного чугуна, ключевым моментом является также контроль образования карбидов при производстве этого сорта чугуна в литом состоянии, поскольку карбиды могут влиять на ударную вязкость и другие механические свойства материала. К элементам, способствующим образованию карбидов, относятся в основном хром, молибден, вольфрам и ванадий. Эти элементы могут образовывать карбиды в чугуне, тем самым повышая твердость и прочность, но их избыток снизит ударную вязкость.
2. Загрузка и плавка
2.1 Сборы
Тщательно подбирайте шихту, чтобы избежать образования перлита, карбидов и сегрегации элементов. Соотношение шихты составляет приблизительно: переработанная шихта (30-50%), высококачественный стальной лом (25-30%) и высокочистый чугун (25-30%).
2.2 Плавление блока питания
Для быстрого плавления используйте высокий ток, всегда следите за уменьшением объема загрузки, избегайте отслоения материала и локального перегрева расплавленного железа, что приводит к исчезновению неоднородного ядра и влияет на эффект сфероидизации.
2.3 Анализ и корректировка выборки
Анализ проб проводится при нагреве расплавленного железа примерно до 1450℃, а химический состав определяется в соответствии с требованиями с помощью термического анализатора и спектрометра.
2.4 Расплавленное железо из печи
Подается высокий ток, и температура быстро повышается до температуры разгрузки печи. Шлак с поверхности расплавленного железа соскабливается, после чего расплавленное железо выгружается, что обеспечивает наличие графитовых шариков и эффект очистки расплавленного железа после реакции сфероидизации.
3. Сфероидизация
3.1 Типы сфероидизаторов
Для уменьшения негативного влияния на ударную вязкость при низких температурах следует выбирать сфероидизаторы с хорошей стабильностью, например, специальные сфероидизаторы с низким содержанием магния и редкоземельных элементов.
3.2 Размер частиц сфероидизатора и количество добавки
Размер частиц сфероидизатора контролируется в определенном диапазоне (3–20 мм), а количество добавки регулируется в зависимости от таких факторов, как состав расплавленного железа и температура разгрузки печи.
3.3 Требования к ковшу для сфероидизации
Дно сфероидизационного ковша ремонтируется путем образования ямки, размер и глубина которой должны быть соответствующими для обеспечения беспрепятственного протекания реакции сфероидизации.
3.4 Способ добавления сфероидизатора и разбрызгивания
Сфероидизатор помещают в углубление на дне ковша, выравнивают поверхность, затем засыпают инокулянтом, а затем накрывают тонким стальным листом. Чтобы обеспечить сфероидизирующий эффект, не следует ударять сфероидизатор непосредственно по нему при постукивании.
4. Обработка инокуляцией
4.1 Выбор инокулянта
Для повышения способности к зарождению графита, измельчения зерен, увеличения количества графитовых шариков и содержания феррита необходимо выбрать соответствующее количество инокулянта и добавки для обработки инокуляцией.
4.2 Количество и время инокуляции: Для повышения эффективности инокуляции следует проводить несколько обработок инокуляцией, особенно используя технологию инокуляции потоком во время процесса литья.
Тип инокулянта влияет на скорость охлаждения чугуна и образование графитовых шариков. Температура обработки инокулянтом влияет на эффективность инокуляции и литейные характеристики.
В ходе экспериментов мы обнаружили, что качество расплавленного железа можно улучшить с помощью предварительной обработки, предварительного инокулирования, инокуляции и инокуляции потоком, а также можно найти оптимальное решение для процесса инокуляции и числа сфероидизации.
5. Термическая обработка.
Низкотемпературный отжиг используется для устранения внутренних напряжений и улучшения однородности структуры, что, в свою очередь, повышает ударную вязкость при низких температурах.
В целом, производственные характеристики низкотемпературного высокопрочного ковкого чугуна в основном определяются выбором и контролем химического состава, процессом плавки, сфероидизацией, инокуляцией и термообработкой. Эти производственные характеристики в совокупности обеспечивают низкотемпературному высокопрочному ковкому чугуну превосходную ударную вязкость при низких температурах, высокую прочность и другие эксплуатационные характеристики.
