Viden

Der findes mange typer store duktilt jernstøbegods, såsom store dieselmotorblokke, store hjulnav, store kuglemølle-endedæksler, kølevægge til højovne, store stålvalseværksrammer, store sprøjtestøbemaskineskabeloner, store turbinelejehuse, vindmøllenav og -baser samt atomaffaldstanke osv. Ud over at opfylde de mekaniske egenskaber, der er specificeret i standarderne, har disse komponenter også nogle særlige ydeevnekrav, såsom lavtemperaturslagstyrke for vindkraftstøbegods og mange yderligere særlige acceptstandarder for atomaffaldstanke osv. Derfor skal der foretages grundige overvejelser på forhånd, når disse støbegods produceres.

1) Den første overvejelse er, hvordan man opnår solide, tætte og dimensionelt kvalificerede støbegods.

Den tekniske proces til fremstilling af store duktilt jernstøbegods er stort set den samme som for gråjernstøbegods. Der kræves kun mindre ændringer i aspekter som valg af krympetillæg og sandkassedesign, under hensyntagen til duktilt jerns egenskaber.

2) For det andet bør der udføres tilsvarende arbejde som reaktion på de fælles karakteristika for store støbegods af duktilt jern.

De fælles karakteristika for store duktile støbegods er, at de er særligt tunge, de fleste kræver en ferritisk matrix, og deres mekaniske egenskaber skal opfylde standarddataene. Nogle gange stilles der også yderligere krav, såsom slagfasthed ved lave temperaturer.

 

1. Særlige problemer ved produktion af store støbegods af duktilt jern

På grund af den langsomme afkølingshastighed for store duktile jernstøbegods kan den eutektiske størkningsperiode vare i flere timer, hvor den primære mikrostruktur af duktilt jern skal dannes. Som følge heraf er der opstået en række problemer, der er specifikke for duktilt jern med stor sektion eller store duktile jernstøbegods: lavt antal knuder, stor knudediameter, knudedeformning, grafitfloatation, kemisk sammensætningsadskillelse, intergranulære karbider og klumpet grafit. Disse problemer har længe været anerkendt, og selvom dannelsesmekanismerne endnu ikke er fuldt forstået, er der blevet udviklet indledende løsninger på specifikke problemer.

Et andet vigtigt spørgsmål er, hvordan man opfylder og håndterer kravene til slagfasthed ved lav temperatur? Sammenfaldet ligger i, at retningslinjerne og foranstaltningerne til at løse disse to store problemer stort set er de samme.     

 

2. Tilgange til løsning af særlige problemer med store duktile jernstøbegods

1) Intensivering af afkøling for at accelerere størkning

Der er to generelt accepterede forklaringer på dannelsen af ​​fragmenteret grafit: den ene er fragmenteringen af ​​sfærisk grafit; den anden er reduktionen i austenitskallens stabilitet på grund af termisk strømning eller segregering af visse legeringselementer, især Ce og La, hvilket fører til en ændring i vækstmønsteret for grafitsfærer. Uanset hvilken teori eller forklaring der er korrekt, er det sikkert, at en lang eutektisk størkningstid (dvs. langsom afkøling) er den direkte og objektive faktor for dannelsen af ​​fragmenteret grafit. Derfor kan enhver metode, der kan forkorte størkningstiden, effektivt forhindre forekomsten af ​​fragmenteret grafit.

Noget litteratur påpeger også, at der er en kritisk afkølingshastighed for forvrængning af grafitkugler (0.8 ℃/min) [1]. Grafitforvrængning er undertiden en pludselig proces. Derfor kan det have en betydelig effekt at accelerere afkølingen, forkorte størkningstiden, især den eutektiske størkningstid, og forsøge at forkorte den eutektiske størkningsfase til inden for 2 timer. Der er mange foranstaltninger omkring dette princip: tvungen afkøling; sandbelægning på metalforme; brug af kølejern osv.

Kølejern har en høj varmeledningsevne og stærk varmelagringskapacitet og er bredt anerkendt som et effektivt middel, der kan anvendes. Grafits varmeledningsevne er højere end sandbelagte kølejerns (45 W/m²).•℃ og 17 W/m²•℃ (henholdsvis), men dens varmelagringskapacitet er mindre end for kølejern. Hvis der er mulighed for tvungen køling, er det mere passende at bruge grafit. Til store eller ekstra store duktilt jernstøbegods er tvungen køling fortsat en effektiv foranstaltning. Generelt kan luftkøling, tågekøling eller vandkøleanordninger anvendes, og endda flydende nitrogenkøling kan anvendes for at accelerere støbegodsets størkningshastighed. Data viser, at under størkningen af ​​et støbegods af brugt brændselsbeholdere af duktilt jern på 20 tons er varmeoverføringseffekten som følger: metalformen absorberer 58 % af varmen, grafit- og sandforme (kernedele) absorberer 3.5 %, sandforme og andre anordninger absorberer 3.5 %, og vandkøling leder 3.5 %. Det kan ses, at metalformen kan lede mere end 50 % af varmen fra støbegodset, mens kernedelen leder meget lidt varme. Tvungen køling er tydeligvis nødvendig.

 

2) Forbedring af procesteknologi

 

(1) Omhyggelig udvælgelse af råmaterialer

For at producere store duktilt jernstøbegods af høj kvalitet er det værd at vælge ovnmaterialerne omhyggeligt. De interfererende elementer i råmaterialerne bør være så lave som muligt, især med fokus på kilden til svinejern, typen af ​​skrotstål og valget af kulstoftilsætningsstoffer.

 

(2) Design af kemisk sammensætning

CE bør ikke være for høj (4.2 % til 4.3 %). Hvis w(C) vælges til 3.6 % til 3.7 %, skal w(Si) reduceres til 1.8 % til 2.0 %; derudover er w(Mn) < 0.3 %, og w(P) og w(S) bør også begrænses strengt. Bortset fra i særlige tilfælde anvendes der generelt ingen legering, så stålskrot skal vælges nøje.

Lavt w(Si)-indhold er et must, ellers er der sandsynlighed for, at der forekommer fragmenteret grafit, og ydeevnen ved lave temperaturer opfylder muligvis ikke kravene. Problemet ligger i behovet for at holde w(Si)-indholdet lavt, samtidig med at ulemperne forårsaget af lavt w(Si)-indhold undgås. Sammensætningen af ​​en brugtbrændselscontainer på 100 tons i Japan er: w(C) 3.6 %, w(Si) 2.01 %, w(Mn) 0.27 %, w(P) 0.025 %, w(S) 0.004 %, w(Ni) 0.78 %, w(Mg) 0.065 %.

 

(3) Valg af dobbeltsmeltning

Dobbeltsmeltning kan fuldt ud udnytte den stærke kimdannelsesevne hos kupolsmeltet jern og den høje termiske effektivitet i elektriske ovne. Det smeltede jern skal hældes ved en høj temperatur, og svovl kan fjernes, hvis forholdene tillader det. Tiden i den elektriske ovn bør ikke være for lang. Sfæroidiseringstemperaturen bør bestemmes i henhold til situationen, hverken for høj eller for lav. Forfatteren foreslår, at injektionsmetoden ikke bør anvendes til sfæroidiseringsbehandling for store dele på grund af den lange behandlingstid. I det mindste bør dækningsmetoden anvendes, og den specielle metode eller trådfremføringsmetoden foretrækkes. Trådfremføringen bør udføres på et fast sted, og selv tilførsel af inokuleringstråd kan overvejes. Sfæroidiseringsmidlet bør ikke være det almindeligt anvendte. Det er bedre at bruge en blanding af tunge sjældne jordarters og lette sjældne jordarters sfæroidiseringsmidler. Hvis injektionsmetoden anvendes, bør sfæroidiseringsmidlet indeholde 6% w(Mg) og 1.0% til 1.5% w(RE); Hvis svinejernet er relativt rent, er 0.5% til 1.0% w(RE) også acceptabelt. Hvis trådfremføringsmetoden anvendes, kan et sfæroidiseringsmiddel med et højt w(Mg)-indhold anvendes, men w(RE)-indholdet bør være lavt, og en lille mængde Ca kan tilsættes.

 

Hældetemperaturen skal være passende (1300 til 1350 ℃), ikke for høj, ellers vil væskesvindet være for stort. Det tilrådes at bruge en spredt indvendig port til støbning ved middel hastighed og at bruge en støbeform med høj stivhed så meget som muligt for fuldt ud at udnytte ekspansionen under grafitisering til selvkompensation af duktilt jern, hvilket reducerer belastningen på stigrør og sikrer støbegodsets indre densitet.

 

(4) Vær opmærksom på podningsproblemer

Inokulering er en af ​​de vigtigste teknologiske foranstaltninger. Kun ved at løse dette problem kan man garantere både lavt w(Si)-indhold og ingen problemer, og samtidig sikre lavtemperaturydelse. Spørgsmålet om inokulering er i bund og grund valget af inokuleringsmidler og inokuleringsmetoder. Inokuleringsmidler med en lang inokuleringseffekt kan vælges, såsom Ba-holdige midler (Sr-holdige midler er mere effektive til gråt støbejern og har et lavere Ca-indhold), grafitholdige inokuleringsmidler, eller en passende mængde RESiFe kan blandes i inokuleringsmidlet.

 

I øjeblikket har mange virksomheder deres egne hjemmelavede podningsmidler, og jeg gætter på, at de alle følger dette princip. Kort sagt, podning "bør være forsinket og øjeblikkelig", ikke kun er effekten god, men doseringen kan også reduceres betydeligt. Den gamle metode med at dække under behandling har en dårlig effekt, men w(Si)-indholdet reduceres. Det nuværende problem er at opnå både lavt w(Si)-indhold og god effekt, og den eneste løsning er at ændre metoden. Fakta har vist, at et aw(Si)-indhold på 2.0% kan opnås. Tegn på succes er, at grafitten skal være lille og talrig. Jo mindre den er, jo mere vil der være, jo højere er sfæroidiseringshastigheden, jo mindre fri cementit og jo lettere er segregeringen. For store dele, hvis grafitkuglerne kan nå 200/mm2 eller mere, med en størrelse på 5 til 6 grader, vil sfæroidiseringshastigheden og ferritindholdet naturligvis ikke være et problem. Kort sagt, bekæmpe grafit, stræb efter lille og talrig grafit, og det vigtigste middel er gennem podningsbehandling. Med et lavt w(Si)-indhold og ingen fri cementit vil plasticiteten og slagstyrken ved stuetemperatur og lav temperatur let kunne overgås. For store støbegods er det nemt at udføre storblokpodning i hældekoppen og placere en podningsblok i løberen, men nøglen er at have det rigtige koncept.

 

(5) Anvendelse af legeringer og sporstoffer

Blandt de legeringselementer, der kan overvejes til brug i ekstra store støbegods af duktilt jern, har kun Ni en unik rolle. Fra et teknisk perspektiv er w(Ni) < 1% fordelagtigt, men hvorvidt det skal anvendes eller ej, bør afgøres ud fra specifikke omstændigheder og økonomiske overvejelser.

 

De sporstoffer, der har moden anvendelseserfaring i store støbegods, er Bi og Sb. Det menes, at tilsætning af w(Bi)₂ på 0.008% til 0.010% og opretholdelse af et aw(RE)₂/w(Bi)₂-forhold på 1.4 til 1.5 er gavnligt for at øge antallet af kugler og reducere risikoen for fragmenteret grafit. Sb kan også bruges i tykke og store dele. Nogle mennesker mener, at det vil øge mængden af ​​perlit, men andre har brugt det i ferritisk duktilt jern, muligvis på grund af mængden. Brug af 50 ppm burde ikke være et problem. Professor Zhou Jiyang påpegede engang, at brug af w(Sb)₂ på 0.005% til 0.007% også kan undertrykke de skadelige virkninger, når der er en for stor mængde Ti og RE i det smeltede jern [2]. Selvom industrien ikke har nået til enighed om rollen og mekanismen for tilsætning af Bi og Sb, er der enighed om tilsætning af Ni.

 

(6) Forbehandlingseffekten er afgørende

Forbehandling af den oprindelige væske i duktilt jern med et grafitiserende forbehandlingsmiddel før sfæroidisering har en positiv effekt på forbedring og stabilisering af støbegodsets kvalitet [3]. Metoden er som følger:

Efter justering af sammensætningen (forbehandling vil øge w(C) med 0.2%) → afsvovling → hæld tilbage i den elektriske ovn → Tilsæt 0.2% til 0.25% af forbehandlingsmidlet, når 1/4 af volumenet er tilbage → øg temperaturen en smule til 1470 til 1480 ℃ efter at have hældt tilbage i den elektriske ovn → sfæroidiseringsbehandling → podningsbehandling (Ultraseed kan anvendes) → hældning.

 

(7) Brug af krympemiddel QKS

Opfinderen mener, at der er en 1. μm fremmed inklusion i midten af ​​den sfæroide grafit, der danner en dobbeltlagskerne; det indre lag er MgS og CaS (0.5 μm), og det ydre lag er MgO, SiO og silikat. Derfor tilsatte opfinderen en vis mængde O og S til inokulanten, så de kunne kombineres med metalelementerne i inokulanten for at producere flere sulfider og oxider og derved danne flere grafitkerner. Dette førte til udviklingen af ​​en silicium-jern-inokulant indeholdende Ca, Ce, S og O. Denne inokulant kan øge antallet af grafitkugler betydeligt, og den udfældes i den senere fase af krystallisationen. Grafitekspansionen i den senere fase kan effektivt modvirke krympningsporøsiteten i den senere fase af størkningen. Især for krympningsporøsiteten i lokale hotspots er den mere effektiv [4]. Eksperimenter viser, at for 5 til 40 mm trinprøveblokke falder antallet af grafitkugler fra 300/mm² til 150/mm² Når man bruger SrSiFe; når man bruger Ca-Ce-OS-midlet, påvirkes antallet af grafitkugler ikke af vægtykkelsen. Det samme gælder sammenlignet med BaSiFe og 75SiFe. Krympningsdefekterne ved hotspotsene i krydstestblokkene viser, at der er krympningskaviteter ved tværsnits-hotspotsene, når man bruger Ba- og Sr-inokulanter, men der er ingen krympningskaviteter, når man bruger Ca-Ce-OS-midlet.

 

Vigor-teamet har mere end 20 års erfaring inden for produktion af støbegods i rustfrit stål og en robust forsyningskæde med forskellige behandlinger. Hvis vi kan hjælpe med noget, eller hvis du ønsker at udvikle dele, bedes du kontakte os på info@castings-forging.om