Die Rolle häufig verwendeter Elemente in Grauguss
1. Kohlenstoff und Silizium: Kohlenstoff und Silizium sind Elemente, die die Graphitisierung stark fördern. Mithilfe des Kohlenstoffäquivalents lassen sich ihre Auswirkungen auf die metallografische Struktur und die mechanischen Eigenschaften von Grauguss veranschaulichen. Eine Erhöhung des Kohlenstoffäquivalents führt dazu, dass die Graphitflocken gröber werden, ihre Anzahl zunimmt und ihre Festigkeit und Härte abnimmt. Im Gegenteil, eine Reduzierung des Kohlenstoffäquivalents kann die Anzahl der Graphite reduzieren, Graphit verfeinern und die Anzahl der primären Austenit-Dendriten erhöhen, wodurch die mechanischen Eigenschaften von Grauguss verbessert werden. Eine Verringerung des Kohlenstoffäquivalents führt jedoch zu einer Verschlechterung der Gussleistung.
2. Mangan: Mangan selbst ist ein Element, das Karbide stabilisiert und die Graphitisierung verhindert. Es hat die Wirkung, Perlit in Grauguss zu stabilisieren und zu verfeinern. Im Bereich von Mn = 0,5 % bis 1,0 % trägt eine Erhöhung der Manganmenge zur Verbesserung von Festigkeit und Härte bei.
3. Phosphor: Wenn der Phosphorgehalt in Gusseisen 0,02 % übersteigt, kann intergranulares Phosphor-Eutektikum auftreten. Die Löslichkeit von Phosphor im Austenit ist sehr gering. Beim Erstarren von Gusseisen verbleibt grundsätzlich Phosphor in der Flüssigkeit. Wenn die eutektische Erstarrung nahezu abgeschlossen ist, liegt die verbleibende flüssige Phasenzusammensetzung zwischen den eutektischen Gruppen nahe an der ternären eutektischen Zusammensetzung (Fe-2 %, C-7 %, P). Diese flüssige Phase erstarrt bei etwa 955℃. Wenn Gusseisen erstarrt, werden Molybdän, Chrom, Wolfram und Vanadium in der phosphorreichen flüssigen Phase getrennt, wodurch die Menge an Phosphor-Eutektikum zunimmt. Wenn der Phosphorgehalt in Gusseisen hoch ist, kommt es zusätzlich zu den schädlichen Auswirkungen des Phosphor-Eutektikums selbst zu einer Reduzierung der in der Metallmatrix enthaltenen Legierungselemente, wodurch die Wirkung der Legierungselemente abgeschwächt wird. Die eutektische Phosphorflüssigkeit ist um die eutektische Gruppe herum, die erstarrt und wächst, matschig, und es ist schwierig, sie während der Erstarrungsschrumpfung wieder aufzufüllen, und das Gussstück neigt stärker zum Schrumpfen.
4. Schwefel: Es verringert die Fließfähigkeit von geschmolzenem Eisen und erhöht die Neigung von Gussstücken, heiß zu reißen. Es ist ein schädliches Element in Gussteilen. Daher denken viele Menschen, je niedriger der Schwefelgehalt, desto besser. Wenn der Schwefelgehalt ≤ 0,05 % beträgt, eignet sich diese Art von Gusseisen tatsächlich nicht für das von uns verwendete gewöhnliche Impfmittel. Der Grund dafür ist, dass die Impfung sehr schnell zerfällt und es häufig zu weißen Flecken auf den Gussstücken kommt.
5.Kupfer: Kupfer ist das am häufigsten zugesetzte Legierungselement bei der Herstellung von Grauguss. Der Hauptgrund dafür ist, dass Kupfer einen niedrigen Schmelzpunkt (1083℃) hat, leicht zu schmelzen ist und eine gute Legierungswirkung hat. Die Graphitisierungsfähigkeit von Kupfer beträgt etwa 1/5 der von Silizium und kann daher die Neigung von Gusseisen zum Weißguss verringern. Gleichzeitig kann Kupfer auch die kritische Temperatur der Austenitumwandlung senken. Daher kann Kupfer die Bildung von Perlit fördern, den Perlitgehalt erhöhen, Perlit verfeinern und Perlit und Ferrit darin stärken, wodurch die Härte und Festigkeit von Gusseisen erhöht wird. Allerdings gilt: Je höher der Kupferanteil, desto besser. Die geeignete Menge an zugesetztem Kupfer beträgt 0,2 % bis 0,4 %. Bei der Zugabe großer Kupfermengen wirkt sich die gleichzeitige Zugabe von Zinn und Chrom negativ auf die Schneidleistung aus. Dadurch wird eine große Menge an Sorbitstruktur in der Matrixstruktur erzeugt.
6. Chrom: Die Legierungswirkung von Chrom ist sehr stark, hauptsächlich weil die Zugabe von Chrom die Tendenz von geschmolzenem Eisen erhöht, einen weißen Guss zu haben, und das Gussstück leicht schrumpft, was zu Abfall führt. Daher sollte die Menge an Chrom kontrolliert werden. Einerseits hofft man, dass die Eisenschmelze eine gewisse Menge Chrom enthält, um die Festigkeit und Härte des Gussstücks zu verbessern; Andererseits wird der Chromgehalt auf die untere Grenze streng kontrolliert, um zu verhindern, dass der Guss schrumpft und die Ausschussrate steigt. Die traditionelle Erfahrung besagt, dass ein Chromgehalt der ursprünglichen Eisenschmelze von mehr als 0,35 % fatale Auswirkungen auf das Gussstück hat.
7. Molybdän: Molybdän ist ein typisches verbindungsbildendes Element und ein starkes Perlit-stabilisierendes Element. Es kann Graphit veredeln. Wenn ωMo<0,8 %, kann Molybdän Perlit verfeinern und den Ferrit im Perlit verstärken, wodurch die Festigkeit und Härte von Gusseisen wirksam verbessert wird.
Bei Grauguss müssen mehrere Probleme beachtet werden
1. Eine Erhöhung der Überhitzung oder eine Verlängerung der Haltezeit kann dazu führen, dass die vorhandenen heterogenen Kerne in der Schmelze verschwinden oder ihre Wirksamkeit verringern, wodurch die Anzahl der Austenitkörner sinkt.
2.Titan hat die Wirkung, den Primäraustenit in Grauguss zu verfeinern. Denn Titancarbide, -nitride und -carbonitride können als Grundlage für die Austenitkeimbildung dienen. Titan kann den Austenitkern vergrößern und Austenitkörner verfeinern. Wenn andererseits überschüssiges Ti in der Eisenschmelze vorhanden ist, reagiert das S im Eisen mit Ti statt mit Mn und bildet TiS-Partikel. Der Graphitkern von TiS ist nicht so effektiv wie der von MnS. Daher wird die Bildung des eutektischen Graphitkerns verzögert, wodurch sich die Ausscheidungszeit des Primäraustenits verlängert. Vanadium, Chrom, Aluminium und Zirkonium ähneln Titan darin, dass sie leicht Karbide, Nitride und Carbonitride bilden und zu Austenitkernen werden können.
3. Es gibt große Unterschiede in der Wirkung verschiedener Impfmittel auf die Anzahl der eutektischen Cluster, die in der folgenden Reihenfolge angeordnet sind: CaSi>ZrFeSi>75FeSi>BaSi>SrFeSi. FeSi, das Sr oder Ti enthält, hat einen schwächeren Einfluss auf die Anzahl der eutektischen Cluster. Impfstoffe, die seltene Erden enthalten, haben die beste Wirkung, und die Wirkung ist deutlicher, wenn sie in Kombination mit Al und N hinzugefügt werden. Ferrosilizium, das Al und Bi enthält, kann die Anzahl eutektischer Cluster stark erhöhen.
4. Die Körner des zweiphasigen symbiotischen Wachstums von Graphit-Austenit, die mit Graphitkernen als Zentrum gebildet werden, werden eutektische Cluster genannt. Submikroskopische Graphitaggregate, restliche ungeschmolzene Graphitpartikel, primäre Graphitflockenzweige, Verbindungen mit hohem Schmelzpunkt und Gaseinschlüsse, die in geschmolzenem Eisen vorkommen und die Kerne von eutektischem Graphit sein können, sind auch die Kerne von eutektischen Clustern. Da der eutektische Kern der Ausgangspunkt für das Wachstum des eutektischen Clusters ist, spiegelt die Anzahl der eutektischen Cluster die Anzahl der Kerne wider, die in der eutektischen Eisenflüssigkeit zu Graphit heranwachsen können. Zu den Faktoren, die die Anzahl der eutektischen Cluster beeinflussen, gehören die chemische Zusammensetzung, der Kernzustand der Eisenschmelze und die Abkühlgeschwindigkeit.
Der Anteil an Kohlenstoff und Silizium in der chemischen Zusammensetzung hat einen wichtigen Einfluss. Je näher das Kohlenstoffäquivalent an der eutektischen Zusammensetzung liegt, desto mehr eutektische Cluster gibt es. S ist ein weiteres wichtiges Element, das die eutektischen Cluster von Grauguss beeinflusst. Ein niedriger Schwefelgehalt trägt nicht zur Vergrößerung der eutektischen Cluster bei, da das Sulfid im geschmolzenen Eisen eine wichtige Substanz des Graphitkerns ist. Darüber hinaus kann Schwefel die Grenzflächenenergie zwischen dem heterogenen Kern und der Schmelze verringern, sodass mehr Kerne aktiviert werden können. Wenn W (S) weniger als 0,03 % beträgt, wird die Anzahl der eutektischen Cluster deutlich reduziert und die Wirkung der Impfung verringert.
Wenn der Massenanteil von Mn innerhalb von 2 % liegt, nimmt die Menge an Mn zu und die Anzahl der eutektischen Cluster nimmt entsprechend zu. Nb erzeugt leicht Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen im geschmolzenen Eisen, das als Graphitkern fungiert und die eutektischen Cluster vergrößert. Ti und V verringern die Anzahl eutektischer Cluster, da Vanadium die Kohlenstoffkonzentration verringert; Titan fängt leicht S in MnS und MgS ein, um Titansulfid zu bilden, und seine Fähigkeit zur Keimbildung ist nicht so effektiv wie die von MnS und MgS. N in der Eisenschmelze erhöht die Anzahl eutektischer Cluster. Wenn der N-Gehalt weniger als 350 x10-6 beträgt, ist dies nicht offensichtlich. Ab einem bestimmten Wert nimmt die Unterkühlung zu und damit die Anzahl der eutektischen Cluster. Sauerstoff in geschmolzenem Eisen bildet leicht verschiedene Oxideinschlüsse als Kerne, sodass mit zunehmendem Sauerstoffgehalt die Anzahl der eutektischen Cluster zunimmt. Neben der chemischen Zusammensetzung ist der Kernzustand der eutektischen Schmelze ein wichtiger Einflussfaktor. Das Aufrechterhalten hoher Temperaturen und Überhitzen über einen längeren Zeitraum führt dazu, dass der ursprüngliche Kern verschwindet oder abnimmt, die Anzahl der eutektischen Cluster verringert und der Durchmesser vergrößert wird. Eine Impfbehandlung kann den Kernzustand erheblich verbessern und die Anzahl eutektischer Cluster erhöhen. Die Abkühlgeschwindigkeit hat einen sehr offensichtlichen Einfluss auf die Anzahl der eutektischen Cluster. Je schneller die Abkühlung erfolgt, desto mehr eutektische Cluster gibt es.
5. Die Anzahl der eutektischen Cluster spiegelt direkt die Dicke der eutektischen Körner wider. Im Allgemeinen können feine Körner die Leistung von Metallen verbessern. Unter der Voraussetzung der gleichen chemischen Zusammensetzung und des gleichen Graphittyps steigt mit zunehmender Anzahl eutektischer Cluster die Zugfestigkeit, da die Graphitschichten in den eutektischen Clustern mit zunehmender Anzahl eutektischer Cluster feiner werden, was die Festigkeit erhöht. Allerdings nimmt mit steigendem Siliziumgehalt die Zahl der eutektischen Gruppen deutlich zu, dafür nimmt jedoch die Festigkeit ab; Die Festigkeit von Gusseisen steigt mit der Erhöhung der Überhitzungstemperatur (auf 1500℃), aber zu diesem Zeitpunkt nimmt die Anzahl der eutektischen Gruppen deutlich ab. Der Zusammenhang zwischen dem Änderungsgesetz der Anzahl eutektischer Gruppen, verursacht durch eine Langzeitimpfungsbehandlung, und der Zunahme der Festigkeit weist nicht immer den gleichen Trend auf. Die durch Impfbehandlung mit FeSi, das Si und Ba enthält, erzielte Festigkeit ist höher als die mit CaSi erhaltene Festigkeit, aber die Anzahl der eutektischen Gruppen von Gusseisen ist viel geringer als die von CaSi. Mit zunehmender Anzahl eutektischer Gruppen nimmt die Schrumpfneigung von Gusseisen zu. Um die Bildung von Schrumpfungen bei kleinen Teilen zu verhindern, sollte die Anzahl der eutektischen Gruppen unter 300–400/cm2 liegen.
6. Das Hinzufügen von Legierungselementen (Cr, Mn, Mo, Mg, Ti, Ce, Sb), die die Unterkühlung in graphitisierten Impfmitteln fördern, kann den Grad der Unterkühlung von Gusseisen verbessern, die Körner verfeinern, die Austenitmenge erhöhen und die Bildung von fördern Perlit. Die hinzugefügten oberflächenaktiven Elemente (Te, Bi, 5b) können auf der Oberfläche von Graphitkeimen adsorbiert werden, um das Graphitwachstum zu begrenzen und die Graphitgröße zu verringern, um so den Zweck der Verbesserung umfassender mechanischer Eigenschaften, der Verbesserung der Gleichmäßigkeit und der Verbesserung der organisatorischen Regulierung zu erreichen. Dieses Prinzip wurde in der Produktionspraxis von Gusseisen mit hohem Kohlenstoffgehalt (z. B. Bremsenteilen) angewendet.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 05.06.2024
