Ảnh hưởng của silicon cao hay thấp đến hiệu suất gia công cơ học của gang xám 200 là gì?

Ảnh hưởng của silicon đến khả năng gia công của gang xám không chỉ đơn giản là "tốt hơn" hay "tệ hơn" mà còn tồn tại một phạm vi tối ưu.

Tác động của nó chủ yếu được thể hiện ở các khía cạnh sau:

1. Tác động tích cực: thúc đẩy quá trình đồ họa hóa và cải thiện khả năng xử lý. Chức năng cốt lõi: Silicon là một nguyên tố đồ họa hóa mạnh. Nó có thể thúc đẩy sự kết tủa carbon ở dạng than chì (chứ không phải là xi măng Fe-C cứng và giòn). Cơ chế: Bản thân than chì là chất bôi trơn rắn tốt. Trong quá trình cắt, than chì tiếp xúc tại điểm đứt phoi có thể bôi trơn giữa bề mặt cắt phía trước và phoi, cũng như giữa bề mặt cắt phía sau và bề mặt gia công, giảm ma sát, lực cắt và tích tụ nhiệt. Kết quả: Điều này làm cho phoi dễ bị vỡ hơn và bảo vệ dụng cụ, từ đó cải thiện tuổi thọ dụng cụ và độ mịn bề mặt. Gang xám có nền là ngọc trai và than chì loại A đồng nhất có khả năng gia công tốt nhất.

2. Tác động tiêu cực (không đủ hoặc quá mức): Hàm lượng silicon thấp (<1,0%): Vấn đề: Khả năng đồ họa hóa không đủ có thể dẫn đến sự hình thành cacbua tự do trong vật đúc, đặc biệt là ở các khu vực có thành mỏng hoặc được làm lạnh nhanh. Ảnh hưởng đến tính công tác: Xi măng rất cứng (>800HB) và có tính mài mòn mạnh. Sự hiện diện của nó sẽ làm tăng đáng kể độ mài mòn của dụng cụ, dẫn đến khó khăn trong gia công và bề mặt gồ ghề. Đây là một trong những tình huống xấu nhất. Hàm lượng silicon cao (>2,8% -3,0%, tùy tình hình cụ thể):

Vấn đề 1: Ferrit hóa: Dung dịch rắn silic trong ferit sẽ tăng cường và làm cứng nó. Quá nhiều silicon sẽ ổn định và tăng lượng pha ferit, dẫn đến giảm độ cứng tổng thể nhưng lại tăng độ dẻo dai của ma trận. Tác động đến khả năng xử lý: Đây chính xác là vấn đề bạn gặp phải trước đây. Ma trận ferrite mềm và dai sẽ tạo ra hiện tượng "dính dụng cụ" trong quá trình cắt, hình thành cặn phoi, dẫn đến mài mòn dụng cụ nghiêm trọng, rách bề mặt và phoi bị kéo dài. Khả năng xử lý thực sự xấu đi.

Câu hỏi 2: Độ cứng tổng thể của ma trận: Bản thân silicon có thể tăng cường độ bền và độ cứng của ferit. Khi hàm lượng silicon quá cao, ngay cả khi không có xi măng, toàn bộ ma trận ngọc trai + ferrite sẽ trở nên cứng do dung dịch rắn tăng cường silicon, tăng khả năng chống cắt.

Vấn đề 3: Sự suy giảm hình thái than chì: Quá nhiều silicon có thể khiến các mảnh than chì trở nên thô hoặc không đồng đều, làm suy yếu ma trận và ảnh hưởng đến hiệu ứng phá vỡ chip. Tóm tắt đường cong ảnh hưởng của silicon đến khả năng xử lý: Khả năng gia công đạt mức tối ưu ở hàm lượng silicon vừa phải. Cả quá thấp (sản xuất xi măng) và quá cao (gây ra sự hình thành ferit hoặc cường độ ma trận quá mức) đều có thể làm giảm khả năng gia công. Phạm vi kiểm soát thích hợp cho silicon trong HT200 là loại gang xám thấp nhất, với “200” biểu thị độ bền kéo không dưới 200 MPa.

Thiết kế bố cục phải tập trung vào việc đáp ứng điểm mạnh này làm mục tiêu cốt lõi, đồng thời xem xét cả hiệu suất đúc và xử lý.

Đối với HT200, phạm vi kiểm soát thông thường đối với silicon thường nằm trong khoảng từ 1,8% đến 2,4%. Đây là dòng sản phẩm cổ điển cân bằng được độ bền, khả năng đúc và khả năng gia công.

2. Nó phải được xem xét cùng với hàm lượng carbon: Khái niệm tương đương carbon (CE) là vô nghĩa nếu chỉ nói về silicon và phải được xem xét cùng với carbon (C). Chúng tôi sử dụng lượng cacbon tương đương để đánh giá toàn diện xu hướng grafit hóa của gang: CE=C%+(Si%+P%)/3. Đối với HT200, CE tương đương carbon thường được kiểm soát trong khoảng từ 3,9% đến 4,2%. Mục tiêu: Để thu được 100% ma trận ngọc trai + than chì loại A được phân bố đồng đều mà không có cacbua tự do.

3. Chiến lược thiết kế thành phần: Để đảm bảo độ bền và khả năng xử lý tốt, thiết kế thành phần của HT200 thường tuân theo nguyên tắc "tương đương carbon cao + hợp kim thấp" hoặc "tương đương carbon trung bình + xử lý ủ". Tùy chọn A (có lợi hơn cho khả năng gia công): Áp dụng CE gần với giới hạn trên (chẳng hạn như 4,1-4,2%), nghĩa là C và Si cao hơn, để đảm bảo hoàn toàn không có cacbua và nền tảng khả năng gia công tốt. Nhưng để bù đắp cho sự suy giảm cường độ do CE cao, có thể cần thêm một lượng nhỏ các nguyên tố ổn định ngọc trai, chẳng hạn như Sn (thiếc, 0,05-0,1%) hoặc Cu (đồng, 0,3-0,6%). Những nguyên tố này có thể tinh chế và ổn định ngọc trai, đảm bảo độ bền đáp ứng các tiêu chuẩn trong khi không ảnh hưởng đến khả năng gia công. Phương án B (tiết kiệm hơn): Áp dụng CE vừa phải (chẳng hạn như 3,9-4,0%), kết hợp với xử lý ủ hiệu quả. Xử lý khả năng sinh sản có thể thúc đẩy quá trình tạo mầm than chì một cách hiệu quả, ngay cả khi hàm lượng C và Si không cao, nó có thể tránh được hiện tượng đúc trắng và thu được than chì loại A nhỏ, từ đó đảm bảo độ bền và khả năng xử lý.

Làm cách nào để xác định tỷ lệ silicon và carbon cụ thể cho HT200 trong phạm vi kiểm soát tỷ lệ silicon và carbon? Tỷ lệ silicon và carbon cần được xem xét cùng với lượng carbon tương đương (CE) và độ dày thành đúc. Carbon tương đương CE=C%+(Si%+P%)/3 Nguyên tắc: Trong khi đảm bảo đáp ứng các yêu cầu về độ bền của HT200, hãy cố gắng sử dụng lượng carbon tương đương cao hơn để đạt được hiệu suất đúc và xử lý tốt hơn.

Các bước cụ thể được đề xuất:

Xác định lượng carbon tương đương mục tiêu (CE): Đối với HT200, CE thường được kiểm soát ở mức 3,9% -4,1% là mức lý tưởng. 2. Theo chiến lược lựa chọn độ dày thành: Đối với các bộ phận điển hình có độ dày thành trung bình (15-30mm), có thể sử dụng CE cao hơn (chẳng hạn như 4,05%) và tỷ lệ silicon trên carbon từ trung bình đến cao (chẳng hạn như 0,65-0,70). Điều này đảm bảo tổ chức tốt và khả năng xử lý tuyệt vời. Đối với vật đúc dày hơn và lớn hơn: Để ngăn chặn độ bền không đủ do than chì thô gây ra, tỷ lệ CE (chẳng hạn như 3,95%) và carbon silicon (chẳng hạn như 0,60-0,65) có thể được giảm một cách thích hợp và có thể sử dụng kết hợp một lượng nhỏ các nguyên tố ổn định ngọc trai (chẳng hạn như Cu, Sn). Đối với vật đúc mỏng hơn: Để tránh vật đúc trắng, tỷ lệ CE và silicon carbon có thể được tăng lên một cách thích hợp (chẳng hạn như 0,70-0,75) để tăng cường khả năng đồ họa hóa.

Ví dụ về thiết kế thành phần giả định mục tiêu CE là 4,0% và mục tiêu tỷ lệ silicon trên carbon là 0,65. Chúng ta có thể tính được rằng nếu C=3,30% thì Si=3,30% × 0,65 ≈ 2,15%. Xác thực CE=3,30+(2,15)/3 ≈ 3,30+0,72=4,02% (đáp ứng yêu cầu). Đây là công thức thành phần HT200 rất cổ điển và ổn định. Trên cơ sở này, có thể đạt được sự tối ưu hóa thông qua tinh chỉnh (chẳng hạn như tăng C lên 3,35%, Si lên 2,20%, Si/C ≈ 0,66).