Come aumentare l'allungamento della ghisa sferoidale QT450 oltre il 22%?

Come possiamo aumentare l'allungamento oltre il 22% mantenendo la stessa resistenza alla trazione? Ciò richiede di partire dalla “microstruttura” e di apportare modifiche raffinate al processo. 

Idea principale: massimizzare la plasticità e la tenacità della matrice mantenendo una resistenza sufficiente. Nello specifico significa ottenere quanta più matrice di ferrite possibile garantendo al tempo stesso l'alta qualità delle sfere di grafite. Di seguito sono riportati percorsi e misure tecniche specifiche: in primo luogo, l'adeguamento preciso della composizione chimica (base). L'attuale composizione del QT450 può avere solo lo scopo di "rispettare gli standard" e per ottenere un elevato allungamento è necessario svilupparsi verso "elevata purificazione" ed "equilibrio". 

1. Carbonio equivalente: aumentare moderatamente, propendere per una strategia ad alto contenuto di carbonio: pur assicurando che non galleggia la grafite, provare ad aumentare il contenuto di carbonio (consigliato 3,6% -3,9%) e controllare il contenuto di silicio in modo appropriato. Ciò può aumentare il numero di sfere di grafite, migliorare la conduttività termica, ridurre il ritiro da solidificazione ed è utile per migliorare la resistenza e la plasticità. Si consiglia di controllare il carbonio equivalente (CE) tra il 4,3% e il 4,5%. 

2. Silicio: controllare la strategia del contenuto finale di silicio: il silicio è un elemento solido che rafforza la soluzione e un eccesso di silicio ridurrà significativamente la plasticità. Con la premessa di garantire la formazione di ferrite, controllare il contenuto finale di silicio (contenuto di silicio dopo il versamento) a un livello inferiore pari a 2,2% -2,5%. Per ottenere ciò si possono utilizzare agenti sferoidizzanti a basso contenuto di silicio e si può aggiungere silicio tramite inoculanti. 

3. Manganese: Strategia di riduzione estrema (chiave!): Il manganese è un elemento stabile nella perlite ed è altamente incline alla segregazione ai bordi dei grani, formando fasi fragili ed essendo il "killer numero uno" dell'allungamento. Il contenuto di manganese deve essere ridotto dal convenzionale <0,3% a <0,15%, con uno stato ideale <0,10%. Questo è il metodo chimico più efficace ed economico per ottenere un tasso di allungamento superiore al 22%. 

4. Fosforo e zolfo: Purificazione finale del fosforo: Formazione di fosforo fragile eutettico. Obiettivo: ≤ 0,03%, più basso è, meglio è. Zolfo: consuma agenti sferoidizzanti e genera inclusioni. Il contenuto di zolfo del ferro fuso originale prima della sferoidizzazione è ≤ 0,012%. 

5. Elementi di interferenza: controllare e monitorare rigorosamente elementi come titanio, cromo, vanadio, stagno, antimonio, ecc. Possono stabilizzare la perlite o formare carburi dannosi. 

L'uso di agenti sferoidizzanti contenenti tracce di terre rare (cerio, lantanio) può neutralizzare i loro effetti dannosi.

 2、 Il rafforzamento del processo di sferoidizzazione e incubazione (nucleo) è un passo decisivo per migliorare la qualità e la quantità delle sfere di grafite. 

1. Trattamento di sferoidizzazione: perseguire stabilità e morbidezza. Agente sferoidizzante: selezione di agenti sferoidizzanti a basso contenuto di magnesio, a basso contenuto di terre rare e ad elevata purezza. Ad esempio, un agente sferoidizzante con un contenuto di Mg del 5%-6% può ridurre la tendenza alla colata bianca e allo stress da contrazione causati da un eccesso di magnesio. Processo: utilizzo di metodi come tappatura e alimentazione del filo per garantire una reazione di sferoidizzazione uniforme, un tasso di assorbimento stabile e una ridotta polvere leggera di magnesio. 

2. Trattamento di fertilità: l'obiettivo principale è aumentare significativamente il numero di sfere di grafite fino a oltre 150/mm² e migliorare la rotondità delle sfere. Agente di fertilità: utilizzare agenti di fertilità efficienti, come quelli contenenti stronzio, bario e zirconio, che hanno una forte capacità antietà e un buon effetto di nucleazione. Artigianato: è necessario utilizzare l'"incubazione multipla"! Una gravidanza: effettuata all'interno della sacca di sferoidizzazione. Gravidanza secondaria/di accompagnamento: questo è della massima importanza! Durante la colata l'inoculante a particelle fini viene aggiunto uniformemente con il flusso dell'acqua del ferro attraverso un apposito dosatore. Può fornire un gran numero di nuclei cristallini istantanei, che è il mezzo principale per aumentare il numero di sfere di grafite. Incubazione intratipo: se le condizioni lo consentono, posizionare i blocchi di incubazione nel sistema di versamento per la terza incubazione. 

3、 Ottimizzare il processo di fusione e raffreddamento 

1 Fusione: utilizzo di ghisa ad elevata purezza e rottami di acciaio puliti per controllare gli elementi nocivi alla fonte. Si consiglia di impostare la temperatura di spillatura tra 1530-1560 ℃ e lasciarla riposare a una temperatura elevata adeguata per facilitare il movimento verso l'alto delle inclusioni. 

2. Velocità di raffreddamento: per le parti a parete sottile, un raffreddamento accelerato può essere utile per aumentare la perlite e migliorare la resistenza, ma non favorisce l'allungamento. Per il QT450 che persegue un elevato allungamento, la velocità di raffreddamento dovrebbe essere opportunamente ridotta, ad esempio utilizzando riser isolanti, ispessendo canali di colata, ottimizzando i processi di colata (come utilizzando sabbia di resina invece di stampi metallici), ecc., per favorire la formazione di ferrite e la crescita completa della grafite. 

4、 Trattamento termico: la garanzia più affidabile è che se le proprietà grezze sono ancora instabili dopo le regolazioni del processo di cui sopra (soprattutto a causa dello spessore irregolare delle pareti che causa perlite in alcune aree), la ricottura di ferritizzazione è il metodo più affidabile per ottenere un tasso di allungamento superiore al 22%. 

Percorso del processo: 

1 Fase ad alta temperatura: riscaldare a 900-920 ℃ e mantenere per 1-3 ore (a seconda dello spessore della parete). Lo scopo è trasformare tutta la perlite in austenite. 

2. Fase di temperatura media: raffreddare lentamente (o spostare direttamente) il forno a 700-730 ℃ e mantenerlo caldo per 2-4 ore. Questa fase è cruciale in quanto lascia tempo sufficiente al carbonio sovrasaturo presente nell'austenite per precipitare sulle sfere di grafite originarie, trasformandosi così completamente in ferrite. 

3. Scarico dal forno: successivamente può essere raffreddato fino a una temperatura inferiore a 600 ℃ e scaricato dal forno per il raffreddamento ad aria. Effetto: Dopo questo trattamento la struttura della matrice può raggiungere oltre il 95% di ferrite, con un allungamento che supera facilmente il 22%. Allo stesso tempo, grazie alla presenza di sfere di grafite e al rafforzamento della soluzione solida di silicio, la resistenza alla trazione può rimanere stabile a oltre 450 MPa. 

Riepilogo e tabella di marcia delle azioni 

1. Stato della diagnosi: in primo luogo, analizza la struttura metallografica (rapporto di ferrite, morfologia e quantità delle sfere di grafite) e la composizione chimica (in particolare il contenuto di Mn e P) del tuo attuale QT450.

 2. Dare priorità all'aggiustamento del processo: Fase 1: limitare il contenuto di Mn al di sotto dello 0,15% e controllare P e S. Fase 2: rafforzare l'incubazione, garantendo in particolare l'efficace implementazione dell'incubazione a flusso. 

3: Ottimizzare la composizione e adottare una soluzione ad alto contenuto di carbonio e basso contenuto di silicio. 3. Garanzia finale: se il tasso di allungamento si aggira ancora intorno al 18% -20% dopo l'adeguamento del processo e non riesce a superare stabilmente il 22%, l'introduzione del processo di ricottura della ferrite è una scelta inevitabile. Può fornire costantemente le prestazioni di cui hai bisogno. Se la resistenza alla trazione non può raggiungere i 450 megapascal nel processo di cui sopra, quale tipo di lega dovrebbe essere utilizzata per la difesa della resistenza? Nello schema QT450 che persegue un allungamento elevato (>22%), se l'allungamento soddisfa lo standard e la resistenza alla trazione diminuisce, è possibile aggiungere nichel per regolare la resistenza. La funzione principale e i vantaggi dell'aggiunta di nichel 1 Rafforzamento della soluzione solida senza danneggiare significativamente la plasticità: l'elemento di nichel si dissolverà nella matrice di ferrite per formare una soluzione solida, migliorando così la resistenza senza ridurre significativamente la plasticità e la tenacità. Questo è fondamentalmente diverso da elementi come manganese e fosforo.

 Effetto: quando si tenta di ridurre il contenuto di manganese e perlite per ottenere un allungamento ultra elevato, la resistenza alla trazione potrebbe scendere fino al bordo di 450 MPa. A questo punto, l'aggiunta di una piccola quantità di nichel può fornire un "cuscinetto di sicurezza" per garantire resistenza stabile e conformità agli standard. 

2. Perfezionare la struttura e migliorare l'uniformità: il nichel può abbassare la temperatura di trasformazione dell'austenite, il che aiuta a perfezionare la dimensione del grano e la microstruttura, rendendo la struttura della colata più uniforme, migliorando così sia la resistenza che la tenacità. 

3. Lieve effetto stabilizzante della perlite: anche il nichel ha la tendenza a stabilizzare la perlite, ma il suo effetto è molto meno forte del manganese. Controllando la quantità di aggiunta, è possibile ottenere la maggior parte della ferrite utilizzandola per formare una piccola quantità di perlite fine di rinforzo. Come aggiungere scientificamente il nichel? Prerequisito: L'aggiunta di nichel deve essere effettuata dopo aver implementato rigorosamente tutti gli schemi di base sopra menzionati (basso Mn, basso P/S, forte incubazione, ecc.). Non possiamo aspettarci di utilizzare il nichel per compensare le carenze dei processi di base. 1. Quantità aggiunta ed effetto previsto: Soluzione a basso contenuto di nichel (0,5% -1,0%): Obiettivo: Fornire un moderato rafforzamento della soluzione solida come "rete di sicurezza" per la resistenza. Effetto: Su quasi tutti i substrati ferritici la resistenza alla trazione può essere aumentata di circa 20-40 MPa. Ciò è sufficiente per aumentare costantemente la resistenza a valori critici (come 430-440 MPa) fino a oltre 450 MPa, pur avendo un impatto minimo sull'allungamento (possibilmente riducendolo solo dell'1-2%) e mantenendosi facilmente al di sopra del 22%. Schema nichel medio (1,0% -2,0%): Obiettivo: fornendo rinforzo, può introdurre una piccola quantità (<10%) di perlite. Effetto: il miglioramento della resistenza sarà più significativo (fino a 50 MPa o più), ma l'allungamento diminuirà leggermente. È necessario un attento controllo e le modifiche devono essere apportate tramite trattamento termico. 2. Collaborazione con il trattamento termico: Soluzione come fusione: se si desidera ottenere elevata resistenza ed elevata plasticità nello stato come fusione senza trattamento termico, una bassa aggiunta di nichel (come lo 0,5%) è una strategia molto sofisticata. Piano di trattamento termico: se è già stata pianificata la ricottura della ferrite, è necessario rivalutare l'importanza dell'aggiunta di nichel. La ricottura eliminerà la perlite e l'effetto rinforzante della soluzione solida del nichel diventerà dominante. A questo punto, una bassa aggiunta di nichel può ancora fornire una matrice di ferrite pura ma più forte dopo la ricottura. Gli svantaggi e le considerazioni sui costi legati all’aggiunta di nichel sono elevati: il nichel è un elemento di lega costoso che aumenta significativamente i costi delle materie prime. È necessario condurre una rigorosa analisi costi-benefici. Effetto limitato: il nichel non è una "panacea", non può salvare un substrato scadente con scarsa sferoidizzazione, incubazione fallita o alto contenuto di Mn/P. Possibile introduzione di incertezza: un'aggiunta eccessiva di nichel (come >1,5%) può stabilizzare troppe perlite, richiedendo temperature di ricottura più elevate o tempi di permanenza più lunghi per l'eliminazione, aumentando la difficoltà e il consumo di energia del trattamento termico e, in definitiva, possono danneggiare il tasso di allungamento. La conclusione e la raccomandazione finale considerano l'aggiunta di nichel come “l'ultima assicurazione perfezionata” piuttosto che come il mezzo principale. Il percorso di ottimizzazione delle prestazioni dovrebbe essere: 1 Prima priorità (fondamenta e nucleo): Purificazione estrema: ridurre Mn a <0,15%, P<0,03% ， S<0,012%。 Forte fertilità: implementare risolutamente "fertilità una tantum+fertilità del flusso", con un numero di sfere di grafite target di> 150/mm². Ottimizzazione della composizione: utilizzo di un alto contenuto di carbonio equivalente (~ 4,5%), controllo del Si finale al 2,2% -2,5%. 2. Seconda priorità (valutazione e messa a punto): dopo aver implementato rigorosamente il piano di prima priorità, versare le barre di prova e testarne le prestazioni. Se il risultato mostra che il tasso di allungamento supera di gran lunga il 22% (come il 25% o più), ma la resistenza oscilla nell'intervallo 440-450 MPa, è sul punto di raggiungere lo standard. Quindi decisione: a questo punto, aggiungere circa lo 0,5% di nichel è la scelta migliore. Può raggiungere una resistenza stabile a un costo molto basso (con un impatto minimo sull'allungamento) e ha il massimo rapporto costo-efficacia. 3. Terza priorità (garanzia finale): se le prestazioni sono ancora instabili a causa dello spessore della parete del pezzo fuso o della velocità di raffreddamento, la ricottura di ferritizzazione è la soluzione finale e più affidabile. Durante il processo di ricottura, anche senza aggiungere nichel, è quasi sempre possibile soddisfare contemporaneamente i requisiti di resistenza (facendo affidamento sul rafforzamento di soluzioni solide di sfere di grafite e Si) e di allungamento ultra elevato (facendo affidamento sulla ferrite pura). In sintesi, il nichel può essere aggiunto, ma è un “ricostituente” più che un “alimento base”. In questa ricerca dell'allungamento finale, una bassa aggiunta di nichel (~0,5%) è uno strumento intelligente utilizzato nella fase finale per "mantenere con precisione la resistenza".