Come produrre parti in ghisa ad alto contenuto di cromo di alta qualità?

La ghisa ad alto contenuto di cromo è un materiale estremamente importante resistente all'usura ampiamente utilizzato in settori quali la metallurgia, l'estrazione mineraria, il cemento e l'energia. I suoi processi di fusione e trattamento termico richiedono requisiti rigorosi per garantire l'ottenimento di una microstruttura ideale e di un'eccellente resistenza all'usura.

Di seguito è riportata una spiegazione dettagliata dei punti chiave relativi agli ingredienti di fusione, alla temperatura di fusione, alla temperatura di colata e al processo di trattamento termico per la ghisa ad alto contenuto di cromo.

1、 La composizione chimica della ghisa fusa ad alto contenuto di cromo è la base delle sue prestazioni, solitamente con Cr/C (rapporto cromo-carbonio) come elemento di progettazione principale.

1. Intervallo di composizione chimica principale (tipico): Carbonio (C): 2,0% -3,5%. Il contenuto di carbonio determina la quantità, la morfologia e la durezza dei carburi primari e dei carburi eutettici. Maggiore è il contenuto di carbonio, maggiore è la durezza, ma diminuisce la tenacità. Cromo (Cr): 12% -30% (comunemente presente nel 15% -28%). Il cromo è un elemento chiave per la formazione dei carburi e per garantire la resistenza alla corrosione del substrato. Il punto chiave è controllare il rapporto Cr/C. Molibdeno (Mo): 0,5% -3,0%. Il molibdeno può migliorare la temprabilità, inibire la trasformazione della perlite e favorire la formazione di bainite o martensite, soprattutto per getti di grandi sezioni. Allo stesso tempo, può perfezionare l'organizzazione, migliorare la tenacità e la resistenza all'usura. Rame (Cu): 0,5%-1,5%. Viene utilizzato anche per migliorare la temprabilità ed è un sostituto parzialmente economico del molibdeno, ma il suo effetto non è buono quanto quello del molibdeno. Nichel (Ni): 0-1,5%. Aiuta a migliorare la temprabilità e a rafforzare la matrice. Manganese (Mn): 0,5% -1,0%. Stabilizzare l'austenite e migliorare la temprabilità. Tuttavia, livelli eccessivamente elevati possono stabilizzare l’austenite, portando ad un aumento dell’austenite residua e alla segregazione ai bordi dei grani, il che è dannoso per la tenacità. Silicio (Si): 0,3% -1,0%. Elementi disossidanti, ma promuoveranno la grafitizzazione del carburo, quindi il contenuto non dovrebbe essere troppo elevato. Zolfo (S) e fosforo (P): strettamente limitati. P < 0,06% ， S < 0,05%。 Sono tutti elementi dannosi che possono ridurre seriamente la tenacità e la resistenza e aumentare la tendenza alla fessurazione termica.

2. L'importanza del rapporto Cr/C: Cr/C<4: (Fe, Cr) ∝ I carburi C appariranno nella struttura, con una durezza inferiore e una scarsa resistenza all'usura. Cr/C ≈ 4-10: elevata durezza (Fe, Cr) ₇ C ∨ il carburo eutettico (che è la principale fonte di resistenza all'usura della ghisa ad alto contenuto di cromo) si forma sotto forma di barra o striscia, che ha un minore effetto di scissione sulla matrice e una migliore tenacità. Questo è l'intervallo più comunemente usato. Cr/C>10: iniziano a formarsi grandi quantità di carburi di tipo (Cr, Fe) ₂ ∝ C ₆. Sebbene la resistenza alla corrosione sia migliorata, la durezza diminuisce e la resistenza all'usura non è buona come (Fe, Cr) ₇ C ₆.

3. Calcolo degli ingredienti: calcolare il rapporto di carica del forno in base all'ingrediente target e al tasso di recupero. La carica del forno è solitamente composta da ghisa, rottami di acciaio, ferro al cromo (come ferro al cromo ad alto tenore di carbonio, ferro al cromo a basso tenore di carbonio), ferro molibdeno, rame, nichel, ecc. Riferimento per il tasso di recupero: elementi come Cr e Mo hanno un tasso di recupero elevato quando fusi in un forno a induzione a media frequenza, solitamente calcolato al 95% -98%. Il tasso di recupero di Mn è di circa 85%-95%.

2、 Temperatura di fusione e temperatura di versamento

1. Temperatura di fusione: la temperatura di spillatura non deve essere troppo alta, solitamente controllata tra 1480 ° C e 1520 ° C. Motivo: una temperatura eccessiva può aumentare la perdita per combustione di elementi di lega (come l'ossidazione di Cr e Si), intensificare l'assorbimento di idrogeno e azoto nel liquido dell'acciaio e rendere grossolani i grani. La bassa temperatura non favorisce la fusione della lega, l'omogeneizzazione della composizione e la separazione delle scorie di ferro.

2. Temperatura di colata: la temperatura di colata deve essere determinata in base allo spessore della parete e alla struttura del getto, generalmente compresa tra 1380 ° C e 1450 ° C. Per parti spesse e semplici, deve essere utilizzata una temperatura di colata inferiore (ad esempio da 1380 ° C a 1420 ° C) per facilitare la solidificazione sequenziale, ridurre il ritiro e affinare la dimensione dei grani. Parti complesse e con pareti sottili: utilizzare temperature di colata più elevate (come 1420°C-1450°C) per garantire una buona capacità di riempimento. Principio: con la premessa di garantire il riempimento, cercare di utilizzare il più possibile una temperatura di versamento più bassa.

3、 Punti chiave del processo di trattamento termico

La microstruttura della ghisa ad alto contenuto di cromo è solitamente austenite+carburi eutettici+perlite parziale, con bassa durezza e scarsa tenacità. Solo mediante trattamento termico è possibile ottenere una matrice martensitica dotata di elevata durezza e resistenza all'usura.

Il cuore del trattamento termico è "austenitizzazione+tempra".

1. Austenitizzazione: Temperatura: 940 ° C-980 ° C. La temperatura specifica dipende dalla composizione, in particolare dal contenuto di Cr e C. Per le formule ad alto contenuto di carbonio e ad alto contenuto di cromo, prendere il limite di temperatura inferiore, altrimenti prendere il limite di temperatura superiore. Tempo di isolamento: solitamente calcolato in base allo spessore della parete, l'isolamento richiede 1 ora ogni 25 millimetri. Assicurarsi che il carbonio e gli elementi leganti nei carburi siano completamente disciolti nell'austenite, ma un tempo prolungato può portare alla crescita del grano e all'ingrossamento del carburo. Punto chiave: dopo l'austenitizzazione, la matrice diventa austenite ricca di carbonio ed elementi di lega.

2. Tempra: Metodo di raffreddamento: dopo essere stato rimosso dalla temperatura di austenitizzazione, deve essere rapidamente raffreddato (temprato). Metodo comune: Air Quenching: questo è il metodo più comunemente usato e sicuro. Grazie all'elevato contenuto di lega e alla buona temprabilità, il raffreddamento ad aria è sufficiente per evitare la trasformazione della perlite e ottenere una matrice martensitica. Per componenti grandi o complessi, il raffreddamento ad aria può ridurre efficacemente il rischio di rotture. Tempra ad aria forzata: utilizzo di una ventola per soffiare aria e accelerare il raffreddamento. Tempra in olio: utilizzata solo per getti molto piccoli o di forma semplice, ad alto rischio e facili fessurazioni, che richiedono grande cautela. Scopo: Raffreddare l'austenite ad alta temperatura al di sotto della temperatura di trasformazione martensitica (punto Ms) e trasformarla in martensite ad alta durezza.

3. Rinvenimento: Necessità: dopo l'estinzione, lo stress interno è estremamente elevato e la struttura è martensite+austenite residua, che è molto fragile e deve essere temperata immediatamente. Temperatura: viene solitamente utilizzato il rinvenimento a bassa temperatura tra 200 ° C e 300 ° C, e talvolta viene utilizzato anche il rinvenimento a temperatura media intorno a 450 ° C (che riduce la durezza ma migliora la tenacità). Tempo di isolamento: 2-6 ore (a seconda dello spessore della parete). Funzione: alleviare lo stress da spegnimento e prevenire le crepe durante l'uso. La trasformazione della martensite bonificata in martensite rinvenuta riduce leggermente la durezza, ma migliora significativamente la tenacità e la stabilità. Promuovere la trasformazione di parte dell'austenite residua in martensite (tempra secondaria).

4. Processo speciale: trattamento subcritico. Per alcune condizioni di lavoro che richiedono un'elevata resilienza agli urti, è possibile utilizzare un trattamento subcritico con isolamento a lungo termine (ad esempio 4-10 ore) tra 450°C e 520°C. Questo processo decompone l'austenite residua in bainite, ferrite e carburi, ottenendo un'eccellente combinazione di resistenza e tenacità, ma la durezza può diminuire.

Riepilogo: Una tipica curva di trattamento termico per la ghisa ad alto contenuto di cromo KmTBCr26 è la seguente: [Austenitizzazione] Riscaldamento a 960 ° C ± 10 ° C -> Mantenimento per 4-6 ore -> [Tempra] Raffreddamento ad aria a temperatura ambiente -> [Rinvenimento] Riscaldamento immediato a 250 ° C ± 10 ° C -> Mantenimento per 4-6 ore -> Raffreddamento ad aria dopo lo scarico. Promemoria importante: Prima di entrare nel forno per il trattamento termico, i getti devono essere puliti accuratamente (rimuovendo sabbia di formatura, materozze, ecc.). La velocità di riscaldamento non dovrebbe essere troppo elevata, soprattutto per componenti complessi. Si consiglia di riscaldare gradualmente (ad esempio mantenendo una temperatura uniforme di 600 ° C per un periodo di tempo). Dopo il rinvenimento, deve essere raffreddato a temperatura ambiente prima dell'uso. Solo controllando con precisione la composizione, la fusione e una serie di parametri di trattamento termico è possibile produrre parti resistenti all'usura in ghisa ad alto contenuto di cromo ad alte prestazioni.