Làm thế nào để sản xuất các bộ phận bằng gang xám có độ bền cao mà không cần thêm kim loại quý như hợp kim?

Sơ đồ chi tiết quy trình sản xuất gang xám cường độ cao HT300 không cần hợp kim

Giai đoạn 1: Nguyên liệu và nấu chảy - Đặt nền móng

1. Vật liệu lò được lựa chọn: gang: sử dụng gang có độ tinh khiết cao hoặc gang đúc chất lượng cao, có đặc điểm là hàm lượng nguyên tố vi lượng thấp (như Ti, V, As, Sb, v.v.). Những nguyên tố vi lượng này có thể cản trở hình thái của than chì, không có lợi cho việc tăng cường sức mạnh. Kích thước khối sắt phải đồng đều. Thép phế liệu: Tỷ lệ bổ sung cần tăng lên đáng kể, thường chiếm 30%-40% phí lò. Việc sử dụng thép phế liệu sạch có hàm lượng carbon thấp, ít lưu huỳnh, chẳng hạn như các bộ phận dập, chất thải thép carbon, v.v., nhằm mục đích làm loãng carbon và tạp chất trong sắt nóng chảy. Vật liệu tái chế: Sử dụng các loại mầm và phế liệu đúc cùng nhãn hiệu để đảm bảo thành phần ổn định. Kiểm soát chặt chẽ tỷ lệ và độ sạch của nó để tránh đưa quá nhiều tạp chất vào. 2. Tính toán thành phần chính xác: Ý tưởng cốt lõi: Lượng carbon tương đương thấp. Mục tiêu là kiểm soát chặt chẽ lượng carbon tương đương (CE) trong phạm vi hẹp từ 3,8% đến 4,0%. Carbon (C): Giá trị mục tiêu được đặt ở mức 2,9% -3,2%. Ức chế hàm lượng carbon thông qua tỷ lệ thép phế liệu cao. Silicon (Si): Lượng silicon ban đầu trong lò được kiểm soát ở mức 1,2% -1,5%, để lại đủ không gian gia tăng cho quá trình ủ tiếp theo. Sự cân bằng giữa mangan (Mn) và lưu huỳnh (S) là rất quan trọng. Mục tiêu là kiểm soát hàm lượng lưu huỳnh trong khoảng từ 0,07% đến 0,12%, sau đó tính lượng mangan được thêm vào theo công thức Mn% ≈ 1,7 × S%+0,3%. Dựa trên điều này, hàm lượng mangan thường nằm trong khoảng từ 0,8% đến 1,0%. Điều này đảm bảo sự hình thành các hợp chất MnS có lợi và thúc đẩy sự hình thành ngọc trai. Phốt pho (P): Phải hạn chế nghiêm ngặt ở mức dưới 0,08%, vì phốt pho có thể làm giảm độ dẻo dai và độ bền của gang. 3. Nóng chảy ở nhiệt độ cao: Lò cảm ứng tần số trung bình được sử dụng để nấu chảy để đảm bảo thành phần đồng nhất và kiểm soát nhiệt độ chính xác. Nhiệt độ khai thác phải trên 1520oC. Mục đích của việc nấu chảy ở nhiệt độ cao là giảm hoàn toàn hàm lượng khí (hydro, nitơ) trong sắt nóng chảy. Làm nổi hoàn toàn các tạp chất phi kim loại để thu được sắt nóng chảy nguyên chất. Cung cấp đủ nhiệt dự trữ cho quá trình xử lý và đổ tiếp theo.

Giai đoạn 2: Xử lý và rót trước lò - kiểm soát chính xác

1. Phân tích và điều chỉnh nhanh các thành phần lò: Lấy mẫu chất lỏng sắt để phân tích quang phổ hoặc phân tích nhiệt để nhanh chóng thu được hàm lượng thực tế của C, Si, Mn, P và S. Tinh chỉnh theo kết quả để đảm bảo rằng tất cả các nguyên tố đều nằm trong cửa sổ mục tiêu, đặc biệt là lượng carbon tương đương. 2. Xử lý ủ bệnh hiệu quả: Đây là linh hồn của toàn bộ quá trình. Trong điều kiện tương đương với lượng carbon thấp, xu hướng sắt nóng chảy tạo ra nấm mốc trắng là cực kỳ cao và cần phải loại bỏ nấm mốc trắng và tinh chế than chì thông qua quá trình cấy mạnh. Lựa chọn chế phẩm: Chọn chế phẩm có khả năng chống phân rã và tạo mầm mạnh như strontium (Sr) – chứa ferrosilicon hoặc barium (Ba) – chứa ferrosilicon. Quy trình nuôi cấy: Áp dụng phương pháp nuôi cấy dòng chảy. Tại thời điểm sắt nóng chảy chảy từ muôi sang cốc rót, một bộ cấp liệu chuyên dụng được sử dụng để bổ sung đồng đều các chế phẩm có kích thước hạt 0,2-0,7mm vào dòng sắt nóng chảy. Lượng bổ sung: được kiểm soát ở mức 0,3% -0,5% (theo trọng lượng của sắt nóng chảy). Tác dụng: Việc ủ tức thời có thể cung cấp một lượng lớn lõi tinh thể than chì trước khi sắt nóng chảy đông đặc lại, từ đó thu được than chì loại A (vảy mịn, phân bố đồng đều) và ngăn chặn hiệu quả sự xuất hiện của xi măng ở các cạnh. Việc tinh chế than chì trực tiếp dẫn đến việc tinh chế nền ngọc trai. 3. Kiểm soát việc đổ và làm mát: Nhiệt độ rót: Để đảm bảo đổ đầy đủ, nhiệt độ rót thấp hơn được sử dụng, thường là từ 1320oC đến 1350oC. Quá trình đúc ở nhiệt độ thấp giúp tăng khả năng làm mát quá mức và tinh chỉnh các cụm eutectic. Quá trình đúc: Phương pháp ưa thích là đúc sắt phủ cát, đây là kỹ thuật hiệu quả nhất để đạt được cường độ cao. Sử dụng khuôn kim loại (loại sắt) làm hình dạng bên ngoài và phủ lên bề mặt làm việc của nó một lớp lót cát dày 4-8 mm. Quá trình này có thể cải thiện đáng kể tốc độ làm mát và buộc sắt nóng chảy đông cứng nhanh chóng. Lợi ích của việc làm mát nhanh: vảy mực rất mịn. Tinh chỉnh đáng kể khoảng cách giữa các lớp ngọc trai là chìa khóa để cải thiện sức mạnh. Làm cho cấu trúc tổng thể của vật đúc dày đặc hơn và đồng đều hơn. Công dụng của sắt nguội: Đối với đúc cát thông thường, cần đặt sắt nguội bên ngoài một cách hợp lý vào các phần dày và nóng của vật đúc để buộc các phần này đông cứng đồng bộ với các phần có thành mỏng, chống co ngót, lỏng lẻo và tinh chỉnh cấu trúc cục bộ.

Giai đoạn ba: Xử lý và kiểm tra sau

1. Làm sạch cát và xử lý nhiệt: Sau khi vật đúc đông lại, nó được để trong khuôn trong một khoảng thời gian vừa đủ cho đến khi nhiệt độ xuống dưới nhiệt độ chuyển pha, sau đó hộp được đổ đầy cát để tránh ứng suất bên trong quá mức. Thực hiện ủ giảm căng thẳng, thường ở nhiệt độ 520oC -550oC, giữ trong 2-4 giờ, sau đó làm nguội bằng lò. Đặc biệt chú ý: Nhiệt độ ủ không được vượt quá 720oC, nếu không lớp vảy mịn như ngọc trai sẽ trải qua quá trình hình cầu hóa, dẫn đến giảm độ bền và độ cứng. 2. Kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt: Tính chất cơ học: Các thanh thử đúc đơn hoặc kèm theo được đổ dọc theo dây chuyền, độ bền kéo được đo trên máy thử vạn năng để đảm bảo độ ổn định trên 300MPa. Kiểm tra kim loại: Kiểm tra cấu trúc kim loại của mẫu thử hoặc thanh thử. Tổ chức mục tiêu là: ≥ 95% ngọc trai mịn + than chì loại A nhỏ, phân bố đồng đều (ưu tiên chiều dài than chì từ 3-4 cấp) + không có xi măng tự do. Kiểm tra độ cứng: Đo độ cứng Brinell trên thân vật đúc. Độ cứng của HT300 không có hợp kim thường nằm trong khoảng 190-220HBW, đây là hiện tượng bình thường.

Lời khuyên tóm tắt và cốt lõi:

Việc sản xuất thành công HT300 không chứa hợp kim phụ thuộc vào chuỗi chính xác của các bộ phận lồng vào nhau: vật liệu lò có độ tinh khiết cao + công thức tương đương với hàm lượng carbon thấp + nấu chảy tinh khiết ở nhiệt độ cao + cân bằng Mn/S chính xác + ủ tức thời hiệu quả + làm lạnh nhanh cưỡng bức. Bất kỳ sự mất kiểm soát nào trong bất kỳ liên kết nào trong số này đều có thể dẫn đến độ bền không đủ hoặc xuất hiện các pha cứng và giòn. Đây là một quy trình đòi hỏi sự quản lý và thực hiện kỹ thuật cực kỳ cao, nhưng một khi thành thạo, nó có thể giảm đáng kể chi phí sản xuất và nâng cao khả năng cạnh tranh của sản phẩm.