Como produzir peças de ferro fundido cinzento de alta resistência sem adição de metais preciosos, como ligas?

Fluxo detalhado do processo de produção de ferro fundido cinzento de alta resistência HT300 sem liga

Fase 1: Ingredientes e Fundição – Estabelecendo a Fundação

1. Materiais de forno selecionados: ferro-gusa: é usado ferro-gusa de alta pureza ou ferro-gusa fundido de alta qualidade, que é caracterizado pelo baixo teor de oligoelementos (como Ti, V, As, Sb, etc.). Esses oligoelementos podem interferir na morfologia do grafite, o que não conduz ao aumento da resistência. O tamanho do bloco de ferro deve ser uniforme. Sucata de aço: A proporção de adição precisa ser aumentada significativamente, geralmente representando 30% -40% da carga do forno. O uso de sucata de aço limpa com baixo teor de carbono e baixo teor de enxofre, como peças de estampagem, resíduos de aço carbono, etc., visa diluir o carbono e as impurezas no ferro fundido. Materiais reciclados: Use sprues e resíduos fundidos da mesma marca para garantir uma composição estável. Controle rigorosamente sua proporção e limpeza para evitar a introdução de muitas impurezas. 2. Cálculo preciso dos ingredientes: Ideia central: Equivalente de baixo carbono. O objetivo é controlar rigorosamente o carbono equivalente (CE) dentro de uma faixa estreita de 3,8% a 4,0%. Carbono (C): O valor alvo é fixado em 2,9% -3,2%. Supressão do teor de carbono através de uma elevada proporção de sucata de aço. Silício (Si): O silício inicial no forno é controlado em 1,2% -1,5%, deixando espaço incremental suficiente para tratamento de incubação subsequente. O equilíbrio entre manganês (Mn) e enxofre (S) é crucial. O objetivo é controlar o teor de enxofre entre 0,07% e 0,12%, e então calcular a quantidade de manganês adicionado conforme a fórmula Mn% ≈ 1,7 × S%+0,3%. Com base nisso, o teor de manganês geralmente fica entre 0,8% e 1,0%. Isto garante a formação de compostos benéficos de MnS e promove a formação de perlita. Fósforo (P): Deve ser estritamente limitado abaixo de 0,08%, pois o fósforo pode reduzir a tenacidade e a resistência do ferro fundido. 3. Fusão em alta temperatura: Forno de indução de média frequência é usado para fusão para garantir composição uniforme e controle preciso de temperatura. A temperatura de batida deve estar acima de 1520 ℃. O objetivo da fusão em alta temperatura é reduzir totalmente o teor de gás (hidrogênio, nitrogênio) do ferro fundido. Flutue totalmente as inclusões não metálicas para obter ferro fundido puro. Fornece reservas de calor suficientes para processamento e vazamento subsequentes.

Fase 2: Tratamento pré-forno e vazamento - controle preciso

1. Análise rápida e ajuste de componentes do forno: Colete amostras de ferro líquido para análise espectral ou análise térmica para obter rapidamente o conteúdo real de C, Si, Mn, P e S. Ajuste fino de acordo com os resultados para garantir que todos os elementos estejam dentro da janela alvo, especialmente o equivalente de carbono. 2. Tratamento de incubação eficiente: Esta é a alma de todo o processo. Sob condições equivalentes de baixo carbono, a tendência do ferro fundido ao mofo branco é extremamente alta, sendo necessário eliminar o mofo branco e refinar a grafite por meio de uma inoculação forte. Seleção de inoculantes: Escolha inoculantes com forte resistência ao apodrecimento e capacidade de nucleação, como estrôncio (Sr) - contendo ferrossilício ou bário (Ba) - contendo ferrossilício. Processo de incubação: Adotando o método de inoculação de fluxo. No momento em que o ferro fundido flui da concha para o copo de vazamento, um alimentador de inoculação dedicado é usado para adicionar uniformemente inoculantes com tamanho de partícula de 0,2-0,7 mm ao fluxo de ferro fundido. Quantidade de adição: controlada em 0,3% -0,5% (em peso de ferro fundido). Efeito: A incubação instantânea pode fornecer uma grande quantidade de núcleos de cristal de grafite antes da solidificação do ferro fundido, obtendo assim grafite tipo A (flocos finos, distribuição uniforme) e prevenindo efetivamente o aparecimento de cementita nas bordas. O refinamento do grafite leva diretamente ao refinamento da matriz perlita. 3. Controle de vazamento e resfriamento: Temperatura de vazamento: Com a premissa de garantir enchimento suficiente, é usada uma temperatura de vazamento mais baixa, geralmente entre 1320 ℃ e 1350 ℃. A fundição em baixa temperatura ajuda a aumentar o sub-resfriamento e a refinar os aglomerados eutéticos. Processo de fundição: O método preferido é a fundição de ferro coberto com areia, que é a técnica mais eficaz para obter alta resistência. Use um molde de metal (tipo ferro) como forma externa e cubra sua superfície de trabalho com um forro de areia de 4 a 8 milímetros de espessura. Este processo pode melhorar muito a velocidade de resfriamento e forçar a rápida solidificação do ferro fundido. Os benefícios do resfriamento rápido: flocos de tinta muito finos. Refinar bastante o espaçamento entre camadas da perlita é a chave para melhorar a resistência. Torne a estrutura geral da peça fundida mais densa e uniforme. O uso de ferro frio: Para fundição em areia comum, é necessário colocar ferro frio externo razoavelmente nas partes grossas e quentes da peça fundida para forçar essas peças a solidificarem sincronizadamente com as peças de paredes finas, evitar encolhimento e afrouxamento e refinar a estrutura local.

Fase Três: Pós-processamento e Inspeção

1. Limpeza de areia e tratamento térmico: Após a solidificação da peça fundida, ela é deixada no molde por um período de tempo suficiente até ficar abaixo da temperatura de transição de fase, e então a caixa é preenchida com areia para evitar estresse interno excessivo. Realize o recozimento para alívio de tensão, geralmente a uma temperatura de 520 ℃ -550 ℃, mantenha por 2 a 4 horas e depois esfrie no forno. Atenção especial: A temperatura de recozimento não deve exceder 720 ℃, caso contrário, o floco fino como pérola sofrerá esferoidização, resultando em diminuição da resistência e dureza. 2. Inspeção rigorosa de qualidade: Propriedades mecânicas: Barras de teste fundidas ou anexadas são derramadas ao longo da linha e a resistência à tração é medida em uma máquina de teste universal para garantir estabilidade de mais de 300MPa. Exame metalográfico: Verifique a estrutura metalográfica da amostra ou barra de teste. A organização alvo é: ≥ 95% de perlita lamelar fina + grafite tipo A pequena e uniformemente distribuída (é preferível comprimento de grafite de 3-4 graus) + sem cementita livre. Teste de dureza: Meça a dureza Brinell no corpo fundido. A dureza do HT300 sem liga está geralmente entre 190-220HBW, o que é um fenômeno normal.

Resumo e dicas principais:

A produção bem-sucedida de HT300 sem liga depende de uma cadeia precisa de componentes interligados: material de forno de alta pureza + fórmula equivalente de baixo carbono + fusão pura em alta temperatura + equilíbrio preciso de Mn / S + incubação instantânea eficiente + resfriamento rápido forçado. Qualquer perda de controle em qualquer um desses elos pode levar a uma resistência insuficiente ou ao aparecimento de fases duras e quebradiças. Este é um processo que requer gestão e execução técnica extremamente elevada, mas uma vez dominado, pode reduzir significativamente os custos de produção e aumentar a competitividade do produto.