Diametern och längden på grafitknölar i duktilt järn och deras relation till kvaliteten på duktila järndelar
1. Diametern och längden på grafitnoduler i duktila järn- och nationella standarder
I konventionellt duktilt järn är diametern för grafitknölar vanligtvis mellan några mikron och tiotals mikron. För vissa vanliga duktila järndelar kan till exempel medeldiametern för grafitknölar vara cirka 10-30 mikron.
Enligt GB/T 9441-2009 "Metallografisk inspektion av duktil järn" -standard är storleken på grafitknölar uppdelad i 6 kvaliteter, där grad 1 är den största, med en medeldiameter större än 25 um; Grad 6 är den minsta, med en medeldiameter mindre än 6,3 um. Olika applikationsscenarier har olika krav för storleken på grafitknölar. Till exempel, i vissa fordonsdelar med högre krav, kan grafitnodulerna behöva vara mindre och mer enhetliga i storlek för att förbättra gjutningens mekaniska egenskaper och slitstyrka.
Generellt sett, när grafitnodulerna är 3 - 6μm i storlek, är den omfattande prestanda för duktilt järn relativt utmärkt. För närvarande är grafitbollarna små och jämnt fördelade, vilket effektivt kan sprida stress, hindra sprickutvidgning och förbättra materialets styrka, seghet och duktilitet. Samtidigt har de små storlekarna grafitbollar ett stort bindningsområde med matrisen, och gränssnittets termiska motstånd är liten, vilket bidrar till värmeledningen och kan göra gjutjärnens ythårdhet mer enhetlig, vilket förbättrar slitbeständigheten.
Från perspektivet av metallografisk inspektion, enligt GB/T 9441-2009 "metallografisk inspektion av duktil järn" -standard, kan grafitbollstorleken 5-7 vanligtvis uppfylla kraven för den omfattande prestanda för duktilt järn i de flesta applikationsscenarier. I vissa specifika duktila järnprodukter, såsom duktila järnrör, är grafitstorleken i allmänhet 6-7, sfäroidiseringsnivån styrs till 1-3, och sfäroidiseringsgraden är större än eller lika med 80%, vilket kan göra det möjligt för materialet att få goda mekaniska egenskaper, duktilitet och korrosionsmotstånd.
Emellertid kommer den optimala grafitkulstorleken för duktilt järn också att påverkas av flera faktorer som specifika applikationsscenarier, produktionsprocesser och materialkomposition. I den faktiska produktionen måste den justeras och optimeras enligt specifika omständigheter.
2. Vilka är effekterna av storleken på grafitbollar i duktilt järn på gjutningens prestanda?
Storleken på grafitbollar i duktilt järn har många specifika effekter på dess prestanda, som huvudsakligen återspeglas i följande aspekter:
Mekaniska egenskaper
Styrka: När grafitbollarna är små och jämnt fördelade kan de sprida stress mer effektivt, hindra sprickutvidgning och göra styrkan hos duktilt järn högre. Eftersom bindningsområdet mellan små - storlek grafitbollar och matrisen är relativt stor, är stressöverföringen mer enhetlig och materialets förmåga att motstå externa krafter förbättras.
Tuffhet och duktilitet: Små grafitbollar kan göra matrisen av gjutjärn mer kontinuerligt. När de utsätts för yttre krafter kan matrisen deformeras jämnare och därmed förbättra materialets seghet och duktilitet. Stora - storlekar grafitbollar motsvarar större "defekter", som är benägna att orsaka spänningskoncentration när de utsätts för kraft, vilket resulterar i för tidigt fraktur av materialet och minskad seghet och duktilitet.
Slitbidrag
När grafitbollarna är små och jämnt fördelade är gjutjärnets ythårdhet mer enhetlig. Under friktionsprocessen är det inte lätt att ha överdrivet lokalt slitage, och slitmotståndet är bättre. Samtidigt har små grafitbollar liten skäreffekt på matrisen, och matrisen kan bättre stödja lasten och motstå slitage. Slitespår bildas lätt runt stora grafitbollar, vilket påskyndar materialets slitage.
Korrosionsmotstånd
Små och enhetliga grafitbollar hjälper till att bilda en tätare oxidfilm och förbättra korrosionsmotståndet för duktilt järn. Eftersom de små grafitbollarna är jämnt fördelade är mikrostrukturen för gjutjärn mer enhetlig. I en frätande miljö är det inte lätt att bilda lokala korrosionsceller och därmed bromsa korrosionshastigheten. Stora grafitbollar kan orsaka ojämn mikrostruktur av gjutjärn, och gränssnittet mellan grafitbollar och matris är lätt att bli utgångspunkten för korrosion, vilket minskar korrosionsbeständigheten.
Bearbetning
Grafitbollar är små, och under bearbetningen är påverkan på verktyget liten, ytkvaliteten på bearbetningen är god och verktygslitaget är relativt litet, vilket bidrar till att förbättra bearbetningseffektiviteten och minska bearbetningskostnaderna. Stora grafitbollar kan öka grovheten hos bearbetningsytan och till och med orsaka defekter såsom kantkollaps, som påverkar bearbetningsnoggrannheten och ytkvaliteten.
3. Påverkan av storleken på grafitbollar av duktilt järn på gjutningens slitmotstånd är som följer:
Små grafitbollar: Grafitbollar med liten storlek och enhetlig distribution kan göra att matrisen av gjutjärn har god kontinuitet och mer enhetlig hårdhet. Under friktionsprocessen kan det effektivt stödja lasten, och det är inte lätt att ha lokal stresskoncentration och överdrivet slitage, och slitmotståndet är bra. Samtidigt har små grafitbollar liten delningseffekt på matrisen, vilket kan minska bildningen av slitspår och därmed förbättra materialets slitmotstånd.
Stora grafitbollar: Stora - storlekar grafitbollar motsvarar "defekter" i materialet, som är lätta att orsaka spänningskoncentration när de utsätts för kraft. Under friktionsprocessen bildas slitspår lätt runt stora grafitbollar, vilket påskyndar materialkläder. Dessutom kommer stora grafitbollar att göra mikrostrukturen för gjutjärn ojämn, vilket resulterar i stora skillnader i ythårdhet och minskar den totala slitmotståndet.
4. Vilka faktorer påverkar storleken på grafitbollar i duktilt järn?
Kemisk sammansättning
Kol- och kiselinnehåll: Kol är huvudelementet i bildandet av grafit. Med högt kolinnehåll ökar antalet grafitbollar och storleken kan bli mindre. Kisel kan främja grafitisering, och en lämplig mängd kisel kan göra grafitfärerna små och enhetliga. Men om kiselinnehållet är för högt, kommer det att minska flytet av det smälta järnet och påverka grafitfärernas tillväxt.
Spheroidizer och inokulant: sfäroidizer kan göra grafit kristalliseras till sfärer, och den lämpliga mängden sfäroidisator tillagd kan säkerställa rundhet och storlek enhetlighet hos grafitfärerna. Inokulant kan öka grafitkärnan, öka antalet grafitfärer och minska deras storlek.
Smältprocess
Järnvätsketemperatur: Om järnvätsketemperaturen är för hög kommer grafitfärerna att växa och lätt orsaka sfäroidisering. Om temperaturen är för låg, är järnvätskans flytande dålig, vilket inte bidrar till den enhetliga tillväxten av grafitfärer.
Smälttid: Att förlänga smälttiden kan göra järnvätskekompositionen mer enhetlig, vilket bidrar till den enhetliga tillväxten av grafitfärer. För lång smälttid kommer emellertid att få järnvätskan att oxidera, vilket påverkar bildningen och tillväxten av grafitfärer.
Gjutningsprocess
Hälltemperatur: Om gjutningstemperaturen är för hög kommer grafitfärerna att ha mer tid att växa under stelningsprocessen, vilket resulterar i större storlek. Om hälltemperaturen är för låg, är det smälta jjärnans fyllningskapacitet dålig, vilket kan orsaka defekter såsom kallstängd och otillräcklig hällning, vilket påverkar fördelningen och storleken på grafitbollarna.
Hällhastighet: Om hällhastigheten är för snabb kommer flödet av smält järn i mögelhålan att vara turbulent, vilket gör att grafitbollarna tvättas och kollideras, vilket påverkar deras tillväxt och distribution. Om hällhastigheten är för långsam kommer det smälta järnet att svalna länge i löparen, som kan bilda grafitbollar i förväg, vilket resulterar i ojämna grafitbollstorlekar.
Kylhastighet
Snabb kylhastighet och stor superkylning kommer att öka kärnbildningshastigheten för grafitbollar, öka antalet grafitbollar och minska deras storlek. Om kylhastigheten är långsam har grafitbollarna mer tid att växa och deras storlek kommer att öka. I den faktiska produktionen kan kylhastigheten justeras genom att kontrollera faktorer som gjutmaterial och väggtjocklek.
