Viden

Blandt alle støbemetaller er gråt støbejern det mest alsidige. Det har mange ønskelige egenskaber, som ingen anden støbelegering besidder, og det er det billigste jernmateriale, der effektivt kan udnyttes. Blandt jernlegeringer har gråt støbejern den laveste støbetemperatur, hvilket kan bekræftes af dets gode flydeevne og støbeevne ved støbning af komplekse hulrum. På grund af sin unikke størkningsmekanisme har gråt støbejern meget lav eller endda ingen krympning i flydende eller fast fase, hvilket gør det nemt at opnå kvalificerede støbegods. Sammenlignet med jernlegeringer med samme trækstyrke har gråt støbejern bedre bearbejdelighed og vibrationsdæmpningsevne, højere varmeledningsevne og god korrosionsbestandighed, oxidationsbestandighed og slidstyrke.

 

Til de fleste anvendelser anvendes gråt støbejern ofte i sin støbte tilstand, og dets mekaniske egenskaber bestemmes hovedsageligt af den kemiske sammensætning og køleforholdene i formen. Gennem passende justering af sammensætningen kan støbegodsets trækstyrke øges fra mindre end 140 MPa til over 400 MPa i støbt tilstand, og hårdheden kan øges fra 100 HBV til 300 HBV. Støbegodsets ydeevne kan forbedres yderligere gennem efterfølgende varmebehandling. Efter varmebehandling ændres grafittens morfologi ikke, selvom grafittens volumen øges, når den omdannes fra perlit til ferrit, klæber den udfældede grafit kun til de oprindelige grafitlag. Ændringerne i matrixen på grund af varmebehandling er grundlæggende de samme som i stål.

 

Følgende forbedringer kan opnås ved varmebehandling:

1. Frigørelse af indre stress

2. Forbedring af bearbejdelighed

3. Forbedring af styrke

4. Forøgelse af slidstyrke

5. Forbedring af ydeevneensartethed i tykke og store dele

 

1.1 Frigørelse af indre stress

Fuld frigørelse af indre spændinger kan forhindre problemer som vridning, revner eller dimensionsafvigelser, der kan opstå under efterfølgende bearbejdning eller brug. Dette skyldes, at den resterende spænding, der genereres under størkningen af støbegodset, er hovedårsagen til dimensionsafvigelser.

Spændingsaflastningsvarmebehandlingsprocessen involverer langsom opvarmning af støbegodset til en tilstrækkelig høj temperatur, typisk mellem 500°C og 600°C, for at frigive restspændinger gennem plastisk deformation. Støbegodset holdes derefter ved denne temperatur i over en time, før det langsomt afkøles i ovnen til 200°C til 300°C og til sidst luftkøles til stuetemperatur. Denne varmebehandlingsproces har en ekstremt minimal effekt på støbegodsets oprindelige styrke og hårdhed.

Ovenstående varmebehandlingsproces kan også bruges til at aflaste stress, der genereres under bearbejdning, koldbearbejdning eller svejsning.

 

1.2 Forbedring af bearbejdelighed:

Støbejerns bearbejdelighed kan forbedres gennem udglødning eller normalisering. Begge disse varmebehandlingsprocesser kræver opvarmning af støbegodset til austenittemperaturområdet.

Udglødning involverer opvarmning af støbegods til en kritisk temperatur over 900°C til 940°C, holdes i 1 time, og holdetiden øges med 1 time for hver yderligere 25 mm støbegodstykkelse. Derefter afkøles støbegodset langsomt i ovnen til 300°C og derefter luftkølet til stuetemperatur. Udglødning blødgør støbejernet ved at omdanne mikrostrukturen til ferrit og frie karbider.

Lavtemperatur- eller subkritisk glødning anvendes til støbegods med en ferritmatrix og frie karbider. Processen involverer opvarmning af støbegods til 675°C til 725°C, holdes i 1 time, og holdetiden øges med 1 time for hver yderligere 25 mm støbegodstykkelse. Derefter afkøles støbegodset i ovnen til 300°C og derefter luftkølet til stuetemperatur. Subkritisk udglødning ødelægger ikke karbiderne.

Da kulstof og silicium accelererer nedbrydningen af perlit ved udglødningstemperaturer, bør udglødningstiden reduceres, når deres indhold stiger. På den anden side vil elementer, der stabiliserer perlit, såsom antimon, tin, vanadium, krom, kobber, mangan og fosfor, forlænge nedbrydningen af perlit.

Normalisering indebærer opvarmning af støbegodset over det kritiske punkt og fastholdelse i en bestemt periode (opvarmningstemperaturen og fastholdelsestiden er den samme som ved udglødning), og derefter direkte luftkøling til stuetemperatur. Normaliseringsprocessen ødelægger karbiderne, men ændrer ikke perlitstrukturen og er egnet til fremstilling af støbejernsdele med høj styrke og hårdhed.

Forøgelse af normaliseringstemperaturen vil øge kulstofindholdet i austenitten og mængden af cementit i den resterende perlit. Forøgelsen af cementit i perlitten vil øge hårdheden og trækstyrken af støbejernsdelene.

En anden faktor, der påvirker hårdheden og trækstyrken af grå støbejernsdele, er perlitlamelafstanden, som bestemmes af kølehastigheden efter austenitisering og legeringens sammensætning. Jo hurtigere kølehastigheden er, desto mindre er perlitafstanden, og desto højere er hårdheden og trækstyrken. En for høj kølehastighed kan dog forårsage delvis eller fuldstændig martensitisk transformation. Derfor vil høj normaliseringstemperatur og høj kølehastighed fremme martensitisk transformation.

 

1.3 Enhance Styrke

Den højeste trækstyrke kan opnås gennem bratkøling og anløbning. Denne proces involverer typisk olieblødkøling efterfulgt af anløbning ved 400°C til 550°C.

Denne varmebehandlingsproces er begrænset til støbegods med simple former, fordi olieafkøling kan forårsage tendens til vridning eller revner i komplekse støbegods. Generelt set er denne metode bedre end at øge styrken gennem legering.

 

1.4 Forbedring af slidstyrke

Hærdning og anløbning bruges også til at forbedre slidstyrken af støbejernsdele. Hærdning i olie eller vand over det kritiske punkt vil hæmme omdannelsen af ferrit og perlit og danne en martensitisk struktur. Derefter udføres anløbning ved forskellige temperaturer for at opnå den ønskede hårdhed. Tilsvarende kan denne behandlingsproces kun bruges til relativt simple støbegods.

Flammehærdning eller induktionshærdning bruges også ofte til at forbedre slidstyrken på arbejdsfladen på støbejernsdele. Et typisk eksempel er den konvekse overflade på en bilknastaksel.

 

1.5 Homogenisering

Egenskaberne af støbejernsdele i deres støbte tilstand kan variere betydeligt på forskellige steder, især for komplekse dele og dem med store variationer i vægtykkelse. Efter varmebehandlingsprocesser som udglødning og hærdning bliver egenskaberne af forskellige dele af støbegodset mere ensartede.

 

Vigor har mere end 20 års erfaring med produktion af støbegods, smedning og relaterede varmebehandlingsprocesser. Hvis vi kan hjælpe med noget, eller hvis der er noget, der skal udvikles, er du velkommen til at kontakte os på info@castings-forging.com