Как производить высококачественные детали из высокохромистого чугуна?

Чугун с высоким содержанием хрома — чрезвычайно важный износостойкий материал, широко используемый в таких отраслях, как металлургия, горнодобывающая промышленность, цементная и энергетическая промышленность. Процессы плавления и термообработки требуют строгих требований для обеспечения идеальной микроструктуры и превосходной износостойкости.

Ниже приводится подробное объяснение ключевых моментов плавления ингредиентов, температуры плавления, температуры заливки и процесса термообработки чугуна с высоким содержанием хрома.

1、 Химический состав расплавленного высокохромистого чугуна является основой его характеристик, обычно с Cr/C (соотношение хрома и углерода) в качестве основного элемента конструкции.

1. Диапазон основного химического состава (типичный): Углерод (C): 2,0–3,5%. Содержание углерода определяет количество, морфологию и твердость первичных и эвтектических карбидов. Чем выше содержание углерода, тем выше твердость, но ударная вязкость снижается. Хром (Cr): 12%-30% (обычно встречается в 15%-28%). Хром является ключевым элементом для образования карбидов и обеспечения коррозионной стойкости основы. Ключевым моментом является контроль соотношения Cr/C. Молибден (Мо): 0,5%-3,0%. Молибден может улучшить прокаливаемость, ингибировать перлитное превращение и способствовать образованию бейнита или мартенсита, особенно для отливок большого сечения. В то же время это может улучшить организацию, улучшить прочность и износостойкость. Медь (Cu): 0,5%-1,5%. Он также используется для улучшения прокаливаемости и является частично дешевым заменителем молибдена, но его эффект не так хорош, как у молибдена. Никель (Ni): 0-1,5%. Помогает улучшить прокаливаемость и укрепить матрицу. Марганец (Mn): 0,5%-1,0%. Стабилизирует аустенит и улучшает прокаливаемость. Однако чрезмерно высокие уровни могут стабилизировать аустенит, что приводит к увеличению остаточного аустенита и сегрегации по границам зерен, что отрицательно сказывается на ударной вязкости. Кремний (Si): 0,3%-1,0%. Раскисляющие элементы, но будут способствовать графитизации карбидов, поэтому их содержание не должно быть слишком высоким. Сера (S) и фосфор (P): Строго ограничено. P < 0,06%, S < 0,05%. Все они являются вредными элементами, которые могут серьезно снизить ударную вязкость и прочность, а также повысить склонность к термическому растрескиванию.

2. Важность соотношения Cr/C: Cr/C<4: (Fe, Cr) ∝ В структуре появятся карбиды C с меньшей твердостью и плохой износостойкостью. Cr/C ≈ 4-10: высокая твердость (Fe, Cr) ₇ C ∨ эвтектический карбид (который является основным источником износостойкости высокохромистого чугуна) формируется в виде стержня или полосы, оказывающего меньшее раскалывающее воздействие на матрицу и лучшую ударную вязкость. Это наиболее часто используемый интервал. Cr/C>10: Начинает образовываться большое количество карбидов типа (Cr, Fe) ₂ ∝ C ₆. Хотя коррозионная стойкость и улучшается, твердость снижается, а износостойкость не так хороша, как (Fe, Cr) ₇ C ₆.

3. Расчет ингредиентов. Рассчитайте соотношение загрузки печи на основе целевого ингредиента и степени восстановления. Загрузка печи обычно состоит из чугуна, стального лома, хромистого железа (например, высокоуглеродистого хромистого железа, низкоуглеродистого хромистого железа), молибденового железа, меди, никелевых пластин и т. д. Ссылка на степень восстановления: такие элементы, как Cr и Mo, имеют высокую степень восстановления при плавке в индукционной печи средней частоты, обычно рассчитываемую на уровне 95–98%. Степень извлечения Mn составляет около 85%-95%.

2. Температура плавления и температура заливки.

1. Температура плавки: температура выпуска не должна быть слишком высокой, обычно она контролируется в диапазоне от 1480 ° C до 1520 ° C. Причина: чрезмерная температура может увеличить потери при горении легирующих элементов (таких как окисление Cr и Si), усилить поглощение водорода и азота в стальной жидкости и сделать зерна грубыми. Низкая температура не способствует плавлению сплава, гомогенизации состава и расслоению шлакового железа.

2. Температура заливки: температура заливки должна определяться в зависимости от толщины стенок и структуры отливки, обычно в диапазоне от 1380 ° C до 1450 ° C. Для толстых и простых деталей следует использовать более низкую температуру заливки (например, от 1380 ° C до 1420 ° C), чтобы облегчить последовательное затвердевание, уменьшить усадку и уточнить размер зерна. Тонкостенные и сложные детали: используйте более высокие температуры заливки (например, 1420–1450 °C), чтобы обеспечить хорошую заполняющую способность. Принцип: Для обеспечения наполнения старайтесь использовать как можно более низкую температуру заливки.

3、 Ключевые моменты процесса термообработки

Микроструктура литого чугуна с высоким содержанием хрома обычно представляет собой аустенит + эвтектические карбиды + частичный перлит с низкой твердостью и плохой ударной вязкостью. Мартенситную матрицу с высокой твердостью и износостойкостью можно получить только термической обработкой.

Основой термической обработки является «аустенизация+закалка».

1. Аустенизация: Температура: 940°С-980°С. Конкретная температура зависит от состава, особенно содержания Cr и C. Для составов с высоким содержанием углерода и хрома принимают нижний предел температуры, в противном случае принимают верхний предел температуры. Время изоляции: Обычно рассчитывается исходя из толщины стены, изоляция занимает 1 час на каждые 25 миллиметров. Убедитесь, что углерод и легирующие элементы в карбидах полностью растворены в аустените, но длительное время может привести к росту зерна и укрупнению карбида. Ключевой момент: после аустенитизации матрица становится аустенитной, богатой углеродом и легирующими элементами.

2. Закалка: Метод охлаждения: после выхода из температуры аустенизации его необходимо быстро охладить (закалить). Распространенный метод: Закалка на воздухе. Это наиболее часто используемый и безопасный метод. Благодаря высокому содержанию легирующих элементов и хорошей прокаливаемости воздушного охлаждения достаточно, чтобы избежать перлитного превращения и получить мартенситную матрицу. Для больших или сложных компонентов воздушное охлаждение может эффективно снизить риск растрескивания. Принудительная закалка воздухом: использование вентилятора для продувки воздухом и ускорения охлаждения. Закалка маслом: используется только для отливок очень маленьких или простых форм, с высоким риском и легким растрескиванием, требующих большой осторожности. Цель: Переохладить высокотемпературный аустенит ниже температуры мартенситного превращения (точка Ms) и превратить его в мартенсит высокой твердости.

3. Закалка: Необходимость: после закалки внутреннее напряжение чрезвычайно велико, а структура представляет собой мартенсит + остаточный аустенит, который очень хрупкий и требует немедленного отпуска. Температура: обычно используется низкотемпературный отпуск от 200°C до 300°C, а иногда также используется среднетемпературный отпуск около 450°C (что снижает твердость, но повышает ударную вязкость). Время утепления: 2-6 часов (в зависимости от толщины стены). Функция: Снимает напряжение закалки и предотвращает растрескивание во время использования. Превращение закаленного мартенсита в отпущенный мартенсит немного снижает твердость, но значительно повышает ударную вязкость и стабильность. Способствовать превращению некоторого количества остаточного аустенита в мартенсит (вторичная закалка).

4. Специальный процесс: Подкритическая обработка. Для некоторых условий работы, требующих высокой ударной вязкости, можно использовать подкритическую обработку с длительной изоляцией (например, 4–10 часов) при температуре 450–520 °C. Этот процесс разлагает остаточный аустенит на бейнитный феррит и карбиды, что приводит к превосходному сочетанию прочности и ударной вязкости, но твердость может снизиться.

Резюме: Типичная кривая термообработки высокохромистого чугуна KmTBCr26 выглядит следующим образом: [Аустенитизация] Нагрев до 960°С ± 10°С -> Выдержка 4-6 часов -> [Закалка] Охлаждение на воздухе до комнатной температуры -> [Отпуск] Немедленный нагрев до 250°С ± 10°С -> Выдержка 4-6 часов -> Воздушное охлаждение после выгрузки. Важное напоминание: Перед поступлением в печь на термообработку отливки необходимо тщательно очистить (удалить формовочную смесь, стояки и т.п.). Скорость нагрева не должна быть слишком высокой, особенно для сложных компонентов. Рекомендуется нагревать постепенно (например, поддерживать постоянную температуру 600 ° C в течение определенного периода времени). После темперирования перед использованием его необходимо охладить до комнатной температуры. Только путем точного контроля состава, плавления и ряда параметров термообработки можно производить высокопроизводительные износостойкие детали из высокохромистого чугуна.