Làm thế nào để tăng độ giãn dài của sắt dẻo QT450 lên trên 22%?

Làm cách nào chúng ta có thể tăng độ giãn dài lên hơn 22% trong khi vẫn duy trì độ bền kéo như cũ? Điều này đòi hỏi phải bắt đầu từ "cấu trúc vi mô" và thực hiện các điều chỉnh quy trình tinh tế. 

Ý tưởng cốt lõi: Tối đa hóa độ dẻo và độ bền của ma trận trong khi vẫn duy trì đủ độ bền. Cụ thể, điều đó có nghĩa là thu được càng nhiều ma trận ferit càng tốt trong khi vẫn đảm bảo chất lượng cao của các viên than chì. Sau đây là các lộ trình và biện pháp kỹ thuật cụ thể: Thứ nhất, điều chỉnh chính xác thành phần hóa học (cơ bản). Thành phần QT450 hiện tại có thể chỉ nhằm mục đích “đạt tiêu chuẩn”, còn để đạt được độ giãn dài cao thì cần phát triển theo hướng “độ tinh khiết cao” và “cân bằng”. 

1. Tương đương carbon: Tăng vừa phải, nghiêng về chiến lược carbon cao: Trong khi đảm bảo không có than chì nổi, hãy cố gắng tăng hàm lượng carbon (khuyến nghị 3,6% -3,9%) và kiểm soát hàm lượng silicon một cách thích hợp. Điều này có thể làm tăng số lượng bóng than chì, cải thiện độ dẫn nhiệt, giảm độ co ngót khi đông đặc và có lợi cho việc cải thiện độ bền và độ dẻo. Lượng carbon tương đương (CE) được khuyến nghị kiểm soát trong khoảng từ 4,3% đến 4,5%. 

2. Silicon: Kiểm soát chiến lược hàm lượng silicon cuối cùng: Silicon là một nguyên tố tăng cường dung dịch rắn, và lượng silicon quá mức sẽ làm giảm đáng kể độ dẻo. Trên cơ sở đảm bảo sự hình thành ferit, kiểm soát hàm lượng silic cuối cùng (hàm lượng silic sau khi đổ) ở mức thấp hơn 2,2% -2,5%. Để đạt được điều này, có thể sử dụng các chất tạo hình cầu có hàm lượng silicon thấp và có thể bổ sung silicon thông qua chế phẩm. 

3. Mangan: Chiến lược giảm thiểu cực độ (Chìa khóa!): Mangan là nguyên tố ổn định trong ngọc trai và rất dễ bị phân tách ở ranh giới hạt, tạo thành các pha giòn và là "kẻ giết người số một" về độ giãn dài. Hàm lượng mangan phải giảm từ <0,3% thông thường xuống <0,15%, với trạng thái lý tưởng là <0,10%. Đây là phương pháp hóa học hiệu quả và tiết kiệm nhất để đạt được độ giãn dài trên 22%. 

4. Phốt pho và lưu huỳnh: Tinh chế phốt pho cuối cùng: Hình thành phốt pho giòn eutectic. Mục tiêu: ≤ 0,03%, càng thấp càng tốt. Lưu huỳnh: Tiêu thụ các chất tạo hình cầu và tạo ra các tạp chất. Hàm lượng lưu huỳnh của sắt nóng chảy ban đầu trước khi hình cầu hóa là ≤ 0,012%. 

5. Các yếu tố gây nhiễu: Kiểm soát và giám sát chặt chẽ các nguyên tố như titan, crom, vanadi, thiếc, antimon, v.v. Chúng có thể ổn định ngọc trai hoặc tạo thành các cacbua có hại. 

Việc sử dụng các chất tạo hình cầu có chứa một lượng nhỏ đất hiếm (xerium, lanthanum) có thể vô hiệu hóa tác hại của chúng.

 2, Tăng cường quá trình hình cầu hóa và ủ (lõi) là bước quyết định trong việc nâng cao chất lượng và số lượng của quả bóng than chì. 

1. Điều trị hình cầu: Theo đuổi sự ổn định và mềm mại. Chất tạo hình cầu: Lựa chọn chất tạo hình cầu có hàm lượng magie thấp, đất hiếm thấp và độ tinh khiết cao. Ví dụ, một chất tạo hình cầu có hàm lượng Mg từ 5% -6% có thể làm giảm xu hướng đúc trắng và ứng suất co ngót do magiê quá mức. Quy trình: Sử dụng các phương pháp như đóng nắp và cấp dây để đảm bảo phản ứng hình cầu diễn ra suôn sẻ, tốc độ hấp thụ ổn định và giảm bụi nhẹ magie. 

2. Xử lý khả năng sinh sản: Mục tiêu chính là tăng đáng kể số lượng bóng than chì lên trên 150/mm 2 và cải thiện độ tròn của bóng. Tác nhân sinh sản: Sử dụng các tác nhân sinh sản hiệu quả, chẳng hạn như các chất có chứa strontium, barium và zirconium, có khả năng chống lão hóa mạnh và tác dụng tạo mầm tốt. Tay nghề: Phải sử dụng "đa ủ"! Một lần mang thai: được thực hiện bên trong túi hình cầu. Mang thai thứ cấp/kèm theo: Điều này là vô cùng quan trọng! Trong quá trình rót, chế phẩm hạt mịn được thêm đồng đều cùng với dòng nước sắt qua bộ cấp liệu chuyên dụng. Nó có thể cung cấp một số lượng lớn lõi tinh thể tức thời, đây là phương tiện cốt lõi để tăng số lượng quả cầu than chì. Ủ Intratype: Nếu điều kiện cho phép, đặt khối ủ trong hệ thống rót cho lần ủ thứ ba. 

3、 Tối ưu hóa quá trình nấu chảy và làm nguội 

1 Luyện kim: Sử dụng gang có độ tinh khiết cao và thép phế sạch để kiểm soát các yếu tố có hại từ nguồn. Nên đặt nhiệt độ khai thác trong khoảng 1530-1560oC và để nó đứng ở nhiệt độ cao thích hợp để tạo điều kiện cho các tạp chất di chuyển lên trên. 

2. Tốc độ làm mát: Đối với các bộ phận có thành mỏng, việc làm nguội nhanh có thể có lợi cho việc tăng ngọc trai và cải thiện độ bền nhưng không có lợi cho độ giãn dài. Đối với QT450 theo đuổi độ giãn dài cao, tốc độ làm mát phải được giảm một cách thích hợp, chẳng hạn như sử dụng các tấm cách nhiệt, các đường dẫn làm dày, tối ưu hóa quá trình đúc (chẳng hạn như sử dụng cát nhựa thay vì khuôn kim loại), v.v., để thúc đẩy sự hình thành ferit và sự phát triển toàn diện của than chì. 

4, Xử lý nhiệt: Đảm bảo đáng tin cậy nhất là nếu các đặc tính của vật đúc vẫn không ổn định sau khi điều chỉnh quy trình trên (đặc biệt do độ dày thành không đồng đều gây ra ngọc trai ở một số khu vực), thì ủ ferrit hóa là phương pháp đáng tin cậy nhất để đạt được tỷ lệ giãn dài trên 22%. 

Lộ trình xử lý: 

1 Giai đoạn nhiệt độ cao: Làm nóng đến 900-920oC và giữ trong 1-3 giờ (tùy thuộc vào độ dày của tường). Mục đích là biến đổi tất cả ngọc trai thành austenite. 

2. Giai đoạn nhiệt độ trung bình: Làm nguội từ từ (hoặc di chuyển trực tiếp) lò đến 700-730oC và giữ ấm trong 2-4 giờ. Giai đoạn này rất quan trọng vì nó cho phép có đủ thời gian để carbon siêu bão hòa trong austenite kết tủa trên các quả cầu than chì ban đầu, từ đó biến đổi hoàn toàn thành ferit. 

3. Xả ra khỏi lò: Sau đó, nó có thể được làm nguội xuống dưới 600oC và thải ra khỏi lò để làm mát không khí. Tác dụng: Sau quá trình xử lý này, cấu trúc ma trận có thể đạt trên 95% ferit, với tốc độ giãn dài dễ dàng vượt quá 22%. Đồng thời, do có sự hiện diện của các quả bóng than chì và dung dịch rắn silicon được tăng cường nên độ bền kéo vẫn có thể duy trì ổn định ở mức trên 450MPa. 

Tóm tắt và lộ trình hành động 

1. Trạng thái chẩn đoán: Trước tiên, hãy phân tích cấu trúc kim loại (tỷ lệ ferit, hình thái và số lượng bóng than chì) và thành phần hóa học (đặc biệt là hàm lượng Mn và P) của QT450 hiện tại của bạn.

 2. Ưu tiên điều chỉnh quy trình: Bước 1: Giới hạn hàm lượng Mn dưới 0,15% và kiểm soát P, S. Bước 2: Tăng cường ủ bệnh, đặc biệt đảm bảo thực hiện hiệu quả quy trình ủ theo dòng chảy. 

3: Tối ưu hóa thành phần và áp dụng giải pháp có hàm lượng carbon cao và silicon thấp. 3. Đảm bảo cuối cùng: Nếu tốc độ giãn dài vẫn dao động trong khoảng 18% -20% sau khi điều chỉnh quy trình và không thể vượt qua mức 22% một cách ổn định, thì việc áp dụng quy trình ủ ferit là một lựa chọn tất yếu. Nó có thể mang lại hiệu suất mà bạn cần một cách nhất quán. Nếu độ bền kéo không thể đạt tới 450 megapascal trong quy trình trên thì nên sử dụng loại hợp kim nào để bảo vệ độ bền? Trong sơ đồ QT450 theo đuổi độ giãn dài cao (>22%), nếu độ giãn dài đạt tiêu chuẩn và độ bền kéo giảm, có thể thêm niken để điều chỉnh độ bền. Chức năng cốt lõi và lợi ích của việc thêm niken 1 Tăng cường dung dịch rắn mà không gây tổn hại đáng kể đến độ dẻo: Nguyên tố niken sẽ hòa tan vào ma trận ferit để tạo thành dung dịch rắn, từ đó cải thiện độ bền mà không làm giảm đáng kể độ dẻo và độ dẻo dai. Điều này về cơ bản khác với các nguyên tố như mangan và phốt pho.

 Tác dụng: Khi bạn cố gắng giảm hàm lượng mangan và ngọc trai để đạt được độ giãn dài cực cao, độ bền kéo có thể trượt xuống mép 450MPa. Tại thời điểm này, việc thêm một lượng nhỏ niken có thể tạo ra một "tấm đệm an toàn" để đảm bảo độ bền ổn định và tuân thủ các tiêu chuẩn. 

2. Tinh chỉnh cấu trúc và cải thiện tính đồng nhất: Niken có thể hạ thấp nhiệt độ biến đổi austenite, giúp tinh chỉnh kích thước hạt và cấu trúc vi mô, làm cho cấu trúc vật đúc đồng nhất hơn, từ đó cải thiện cả độ bền và độ dẻo dai. 

3. Tác dụng ổn định ngọc trai nhẹ: Niken cũng có xu hướng ổn định ngọc trai, nhưng tác dụng của nó kém mạnh hơn nhiều so với mangan. Bằng cách kiểm soát lượng bổ sung, có thể thu được hầu hết ferit trong khi sử dụng nó để tạo thành một lượng nhỏ ngọc trai mịn để gia cố. Làm thế nào để thêm niken một cách khoa học? Điều kiện tiên quyết: Việc bổ sung niken phải được thực hiện sau khi thực hiện nghiêm ngặt tất cả các phương án cơ bản nêu trên (Mn thấp, P/S thấp, ủ mạnh, v.v.). Chúng ta không thể mong đợi sử dụng niken để bù đắp những thiếu sót của các quy trình cơ bản. 1. Lượng bổ sung và hiệu quả mong đợi: Dung dịch niken thấp (0,5% -1,0%): Mục tiêu: Cung cấp khả năng tăng cường dung dịch rắn vừa phải như một "lưới an toàn" cho sức mạnh. Tác dụng: Trên hầu hết các chất nền ferritic, độ bền kéo có thể tăng khoảng 20-40 MPa. Điều này đủ để tăng đều đặn cường độ ở các giá trị tới hạn (chẳng hạn như 430-440 MPa) lên trên 450 MPa, đồng thời có tác động tối thiểu đến độ giãn dài (có thể chỉ giảm 1-2%) và vẫn dễ dàng duy trì trên 22%. Sơ đồ niken trung bình (1,0% -2,0%): Mục tiêu: Trong khi cung cấp cốt thép, nó có thể đưa vào một lượng nhỏ (<10%) ngọc trai. Tác dụng: Sự cải thiện độ bền sẽ đáng kể hơn (lên tới 50 MPa trở lên), nhưng độ giãn dài sẽ giảm nhẹ. Cần phải kiểm soát cẩn thận và điều chỉnh phải được thực hiện thông qua xử lý nhiệt. 2. Phối hợp với xử lý nhiệt: Giải pháp đúc: Nếu bạn muốn đạt được độ bền cao và độ dẻo cao ở trạng thái đúc mà không cần xử lý nhiệt, việc bổ sung lượng niken thấp (chẳng hạn như 0,5%) là một chiến lược rất phức tạp. Kế hoạch xử lý nhiệt: Nếu bạn đã lên kế hoạch ủ ferrite, tầm quan trọng của việc thêm niken cần phải được đánh giá lại. Quá trình ủ sẽ loại bỏ ngọc trai và tác dụng tăng cường dung dịch rắn của niken trở nên chiếm ưu thế. Tại thời điểm này, việc bổ sung lượng niken thấp vẫn có thể tạo ra ma trận ferit tinh khiết nhưng mạnh hơn sau khi ủ. Những bất lợi và chi phí cần cân nhắc khi thêm niken là rất cao: niken là một nguyên tố hợp kim đắt tiền làm tăng đáng kể chi phí nguyên liệu thô. Một phân tích chi phí-lợi ích nghiêm ngặt phải được tiến hành. Tác dụng hạn chế: Niken không phải là "thuốc chữa bách bệnh", nó không thể cứu được chất nền kém có khả năng hình cầu hóa kém, ủ bệnh thất bại hoặc hàm lượng Mn/P cao. Có thể gây ra sự không chắc chắn: Việc bổ sung quá nhiều niken (chẳng hạn như> 1,5%) có thể ổn định quá nhiều ngọc trai, đòi hỏi nhiệt độ ủ cao hơn hoặc thời gian giữ lâu hơn để loại bỏ, làm tăng độ khó và mức tiêu thụ năng lượng của quá trình xử lý nhiệt và cuối cùng có thể làm hỏng tốc độ giãn dài. Kết luận và khuyến nghị cuối cùng coi việc bổ sung niken là 'bảo hiểm tinh chỉnh cuối cùng' chứ không phải là biện pháp chính. Lộ trình tối ưu hóa hiệu suất phải là: 1 Ưu tiên hàng đầu (nền tảng và cốt lõi): Thanh lọc cực độ: Giảm Mn xuống<0,15%, P<0,03%,S<0,012%。 Khả năng sinh sản mạnh mẽ: Kiên quyết thực hiện "khả năng sinh sản một lần + khả năng sinh sản dòng chảy", với số lượng bóng than chì mục tiêu là>150/mm ². Tối ưu hóa thành phần: Sử dụng lượng carbon tương đương cao (~4,5%), kiểm soát Si cuối cùng ở mức 2,2% -2,5%. 2. Ưu tiên thứ hai (đánh giá và tinh chỉnh): Sau khi thực hiện nghiêm túc kế hoạch ưu tiên thứ nhất, hãy đổ các thanh thử nghiệm và kiểm tra hiệu suất của chúng. Nếu kết quả cho thấy tốc độ giãn dài vượt xa 22% (chẳng hạn như 25% trở lên), nhưng cường độ dao động trong phạm vi 440-450 MPa thì nó sắp đạt tiêu chuẩn. Vì vậy, quyết định: Tại thời điểm này, thêm khoảng 0,5% niken là lựa chọn tốt nhất. Nó có thể đạt được độ bền ổn định với chi phí rất thấp (với tác động tối thiểu đến độ giãn dài) và có hiệu quả chi phí cao nhất. 3. Ưu tiên thứ ba (đảm bảo cuối cùng): Nếu hiệu suất vẫn không ổn định do độ dày thành đúc hoặc tốc độ làm nguội, ủ ferrit hóa là giải pháp cuối cùng và đáng tin cậy nhất. Trong quá trình ủ, ngay cả khi không thêm niken, hầu như luôn có thể đáp ứng các yêu cầu về độ bền (dựa vào việc tăng cường dung dịch rắn của bóng than chì và Si) và độ giãn dài cực cao (dựa vào ferrite nguyên chất). Tóm lại, niken có thể được thêm vào nhưng nó là “thuốc bổ” hơn là “thực phẩm chủ yếu”. Để đạt được độ giãn dài tối đa, việc bổ sung lượng niken thấp (~ 0,5%) là một công cụ thông minh được sử dụng trong giai đoạn cuối để "duy trì độ bền một cách chính xác".