Bagaimana cara meningkatkan perpanjangan besi ulet QT450 hingga lebih dari 22%?

Bagaimana kita dapat meningkatkan perpanjangan hingga lebih dari 22% sambil mempertahankan kekuatan tarik yang sama? Hal ini memerlukan permulaan dari "struktur mikro" dan melakukan penyesuaian proses yang lebih baik. 

Ide inti: Memaksimalkan plastisitas dan ketangguhan matriks sambil mempertahankan kekuatan yang memadai. Secara khusus, ini berarti memperoleh matriks ferit sebanyak mungkin sambil memastikan bola grafit berkualitas tinggi. Berikut ini adalah jalur dan tindakan teknis khusus: Pertama, penyesuaian komposisi kimia (dasar) secara tepat. Komposisi QT450 saat ini mungkin hanya untuk tujuan "memenuhi standar", dan untuk mencapai perpanjangan yang tinggi, perlu dikembangkan ke arah "pemurnian tinggi" dan "keseimbangan". 

1. Setara Karbon: Tingkatkan secara moderat, condong ke arah strategi karbon tinggi: Sambil memastikan tidak ada grafit yang mengambang, cobalah untuk meningkatkan kandungan karbon (disarankan 3,6% -3,9%) dan mengontrol kandungan silikon dengan tepat. Hal ini dapat meningkatkan jumlah bola grafit, meningkatkan konduktivitas termal, mengurangi penyusutan solidifikasi, dan bermanfaat untuk meningkatkan kekuatan dan plastisitas. Setara karbon (CE) direkomendasikan untuk dikontrol antara 4,3% dan 4,5%. 

2. Silikon: Kontrol strategi akhir kandungan silikon: Silikon adalah elemen penguat solusi padat, dan silikon yang berlebihan akan mengurangi plastisitas secara signifikan. Dengan alasan untuk memastikan pembentukan ferit, kendalikan kandungan silikon akhir (kandungan silikon setelah penuangan) pada tingkat yang lebih rendah yaitu 2,2% -2,5%. Untuk mencapai hal ini, bahan spheroidisasi silikon rendah dapat digunakan dan silikon dapat ditambahkan melalui inokulan. 

3. Mangan: Strategi Reduksi Ekstrem (Kunci!): Mangan adalah elemen stabil dalam perlit dan sangat rentan terhadap segregasi pada batas butir, membentuk fase getas dan menjadi "pembunuh nomor satu" pemanjangan. Kandungan mangan harus diturunkan dari konvensional<0,3% menjadi<0,15%, dengan keadaan ideal<0,10%. Ini adalah metode kimia yang paling efektif dan ekonomis untuk mencapai tingkat pemanjangan lebih dari 22%. 

4. Fosfor dan belerang: Pemurnian akhir fosfor: Pembentukan eutektik fosfor rapuh. Sasaran: ≤ 0,03%, semakin rendah semakin baik. Sulfur: Mengkonsumsi agen spheroidizing dan menghasilkan inklusi. Kandungan sulfur besi cair asli sebelum spheroidisasi adalah ≤ 0,012%. 

5. Elemen interferensi: Kontrol dan pantau secara ketat elemen seperti titanium, kromium, vanadium, timah, antimon, dll. Elemen tersebut dapat menstabilkan perlit atau membentuk karbida berbahaya. 

Penggunaan bahan spheroidizing yang mengandung sejumlah kecil tanah jarang (cerium, lanthanum) dapat menetralkan efek berbahayanya.

 2[UNK] Penguatan proses spheroidisasi dan inkubasi (inti) merupakan langkah penting dalam meningkatkan kualitas dan kuantitas bola grafit. 

1. Perawatan spheroidisasi: Mengejar stabilitas dan kelembutan. Agen spheroidisasi: Memilih agen spheroidisasi dengan magnesium rendah, tanah jarang rendah, dan kemurnian tinggi. Misalnya, bahan spheroidizing dengan kandungan Mg 5% -6% dapat mengurangi kecenderungan terjadinya white casting dan shrinkage stress yang disebabkan oleh magnesium yang berlebihan. Proses: Menggunakan metode seperti capping dan wire feeding untuk memastikan reaksi spheroidisasi yang lancar, laju penyerapan yang stabil, dan pengurangan debu ringan magnesium. 

2. Perlakuan kesuburan: Tujuan utamanya adalah meningkatkan jumlah bola grafit secara signifikan hingga lebih dari 150/mm² dan meningkatkan kebulatan bola. Agen kesuburan: Gunakan agen kesuburan yang efisien, seperti yang mengandung strontium, barium, dan zirkonium, yang memiliki kemampuan anti penuaan yang kuat dan efek nukleasi yang baik. Keahlian: "Beberapa inkubasi" harus digunakan! Satu kehamilan: dilakukan di dalam kantong spheroidisasi. Kehamilan Sekunder/Penyerta: Ini sangat penting! Selama penuangan, inokulan partikel halus ditambahkan secara merata dengan aliran air besi melalui pengumpan khusus. Ini dapat menyediakan sejumlah besar inti kristal sesaat, yang merupakan sarana inti untuk meningkatkan jumlah bola grafit. Inkubasi intratipe: Jika kondisi memungkinkan, atur blok inkubasi dalam sistem penuangan untuk inkubasi ketiga. 

3、 Optimalkan proses peleburan dan pendinginan 

1 Peleburan: Menggunakan besi kasar dengan kemurnian tinggi dan baja bekas yang bersih untuk mengendalikan unsur-unsur berbahaya dari sumbernya. Disarankan untuk mengatur suhu penyadapan antara 1530-1560 ℃ dan membiarkannya pada suhu tinggi yang sesuai untuk memfasilitasi pergerakan inklusi ke atas. 

2. Laju pendinginan: Untuk bagian berdinding tipis, mempercepat pendinginan mungkin bermanfaat untuk meningkatkan perlit dan meningkatkan kekuatan, tetapi tidak kondusif untuk pemanjangan. Untuk QT450 yang mengejar perpanjangan tinggi, laju pendinginan harus dikurangi secara tepat, seperti menggunakan penambah insulasi, penebalan sariawan, mengoptimalkan proses pengecoran (seperti menggunakan pasir resin sebagai pengganti cetakan logam), dll., untuk mendorong pembentukan ferit dan pertumbuhan penuh grafit. 

4、 Perlakuan panas: Jaminan yang paling dapat diandalkan adalah jika sifat cetakan masih tidak stabil setelah penyesuaian proses di atas (terutama karena ketebalan dinding yang tidak rata menyebabkan perlit di beberapa area), maka anil feritisasi adalah metode yang paling dapat diandalkan untuk mencapai tingkat pemanjangan lebih dari 22%. 

Rute proses: 

1 Tahap suhu tinggi: Panaskan hingga 900-920 ℃ dan tahan selama 1-3 jam (tergantung ketebalan dinding). Tujuannya adalah untuk mengubah semua perlit menjadi austenit. 

2. Tahap suhu sedang: Dinginkan perlahan (atau langsung pindahkan) tungku hingga 700-730 ℃ dan jaga agar tetap hangat selama 2-4 jam. Tahap ini sangat penting karena memberikan waktu yang cukup bagi karbon lewat jenuh dalam austenit untuk mengendap ke dalam bola grafit asli, sehingga sepenuhnya berubah menjadi ferit. 

3. Pembuangan dari tungku: Setelah itu, dapat didinginkan hingga di bawah 600 ℃ dan dikeluarkan dari tungku untuk pendinginan udara. Efek: Setelah perlakuan ini, struktur matriks dapat mencapai lebih dari 95% ferit, dengan tingkat pemanjangan melebihi 22%. Pada saat yang sama, karena adanya bola grafit dan penguatan silikon larutan padat, kekuatan tarik masih dapat tetap stabil di atas 450MPa. 

Ringkasan dan Peta Jalan Aksi 

1. Status Diagnosis: Pertama, analisis struktur metalografi (rasio ferit, morfologi dan kuantitas bola grafit) dan komposisi kimia (terutama kandungan Mn dan P) QT450 Anda saat ini.

 2. Prioritaskan penyesuaian proses: Langkah 1: Batasi kandungan Mn di bawah 0,15% dan kendalikan P dan S. Langkah 2: Perkuat inkubasi, terutama memastikan penerapan inkubasi in flow yang efektif. 

3: Optimalkan komposisi dan gunakan larutan karbon tinggi dan silikon rendah. 3. Jaminan akhir: Jika tingkat perpanjangan masih berkisar antara 18% -20% setelah penyesuaian proses dan tidak dapat menembus 22% secara stabil, maka memperkenalkan proses anil ferit adalah pilihan yang tidak dapat dihindari. Itu dapat secara konsisten memberikan kinerja yang Anda butuhkan. Jika kekuatan tarik tidak dapat mencapai 450 megapascal pada proses di atas, jenis paduan apa yang sebaiknya digunakan untuk pertahanan kekuatan? Pada skema QT450 yang mengejar elongasi tinggi (>22%), jika elongasi memenuhi standar dan kekuatan tarik menurun, dapat ditambahkan nikel untuk menyesuaikan kekuatannya. Fungsi inti dan manfaat penambahan nikel 1 Penguatan larutan padat tanpa merusak plastisitas secara signifikan: Unsur nikel akan larut ke dalam matriks ferit membentuk larutan padat, sehingga meningkatkan kekuatan tanpa mengurangi plastisitas dan ketangguhan secara signifikan. Ini pada dasarnya berbeda dari unsur-unsur seperti mangan dan fosfor.

 Efek: Saat Anda mencoba mengurangi kandungan mangan dan perlit untuk mencapai perpanjangan yang sangat tinggi, kekuatan tariknya mungkin turun hingga mencapai batas 450MPa. Pada titik ini, menambahkan sedikit nikel dapat memberikan "bantalan pengaman" untuk memastikan kekuatan yang stabil dan memenuhi standar. 

2. Memperbaiki struktur dan meningkatkan keseragaman: Nikel dapat menurunkan suhu transformasi austenit, yang membantu menyempurnakan ukuran butir dan struktur mikro, membuat struktur pengecoran lebih seragam, sehingga meningkatkan kekuatan dan ketangguhan. 

3. Efek stabilisasi perlit ringan: Nikel juga memiliki kecenderungan untuk menstabilkan perlit, tetapi efeknya jauh lebih kuat dibandingkan mangan. Dengan mengontrol jumlah penambahan, ferit dapat diperoleh sebagian besar sambil memanfaatkannya untuk membentuk sejumlah kecil perlit halus untuk penguatan. Bagaimana cara menambahkan nikel secara ilmiah? Prasyarat: Penambahan nikel harus dilakukan setelah menerapkan secara ketat semua skema dasar yang disebutkan di atas (Mn rendah, P/S rendah, inkubasi kuat, dll.). Kita tidak bisa berharap untuk menggunakan nikel untuk mengkompensasi kekurangan dari proses-proses dasar. 1. Jumlah penambahan dan efek yang diharapkan: Larutan nikel rendah (0,5% -1,0%): Tujuan: Memberikan penguatan larutan padat sedang sebagai "jaring pengaman" untuk kekuatan. Efek: Pada hampir semua substrat feritik, kekuatan tarik dapat ditingkatkan sekitar 20-40 MPa. Hal ini cukup untuk terus meningkatkan kekuatan pada nilai kritis (seperti 430-440 MPa) hingga di atas 450 MPa, dan memiliki dampak minimal pada perpanjangan (mungkin hanya berkurang 1-2%), dan masih dapat dipertahankan dengan mudah di atas 22%. Skema nikel medium (1,0% -2,0%): Tujuan: Sambil memberikan penguatan, skema ini dapat memasukkan sejumlah kecil perlit (<10%). Efek: Peningkatan kekuatan akan lebih signifikan (hingga 50 MPa atau lebih), namun perpanjangannya akan sedikit berkurang. Kontrol yang cermat diperlukan dan penyesuaian harus dilakukan melalui perlakuan panas. 2. Kolaborasi dengan perlakuan panas: Sebagai larutan cor: Jika Anda ingin mencapai kekuatan tinggi dan plastisitas tinggi dalam keadaan cor tanpa perlakuan panas, penambahan nikel yang rendah (seperti 0,5%) adalah strategi yang sangat canggih. Rencana perlakuan panas: Jika Anda telah merencanakan anil ferit, pentingnya penambahan nikel perlu dievaluasi ulang. Annealing akan menghilangkan perlit, dan efek penguatan larutan padat nikel menjadi dominan. Pada titik ini, penambahan nikel yang rendah masih dapat menghasilkan matriks ferit yang murni namun lebih kuat setelah anil. Kerugian dan pertimbangan biaya penambahan nikel cukup tinggi: nikel merupakan elemen paduan mahal yang secara signifikan meningkatkan biaya bahan baku. Analisis biaya-manfaat yang ketat harus dilakukan. Efek terbatas: Nikel bukanlah "obat mujarab", ia tidak dapat menyelamatkan substrat yang buruk dengan spheroidisasi yang buruk, inkubasi yang gagal, atau kandungan Mn/P yang tinggi. Kemungkinan timbulnya ketidakpastian: Penambahan nikel yang berlebihan (seperti>1,5%) dapat menstabilkan terlalu banyak perlit, memerlukan suhu anil yang lebih tinggi atau waktu penahanan yang lebih lama untuk menghilangkannya, meningkatkan kesulitan dan konsumsi energi dalam perlakuan panas, dan pada akhirnya dapat merusak laju pemanjangan. Kesimpulan dan rekomendasi akhir menganggap penambahan nikel sebagai 'asuransi terakhir yang telah disesuaikan' dan bukan sebagai cara utama. Jalur pengoptimalan kinerja harus: 1 Prioritas pertama (fondasi dan inti): Pemurnian ekstrem: Kurangi Mn hingga<0,15%, P<0,03%,S<0,012%。 Kesuburan Kuat: Terapkan secara tegas "kesuburan satu kali+kesuburan aliran", dengan target jumlah bola grafit>150/mm ². Optimalisasi komposisi: Menggunakan setara karbon tinggi (~4,5%), mengendalikan Si akhir pada 2,2% -2,5%. 2. Prioritas kedua (evaluasi dan penyesuaian): Setelah menerapkan rencana prioritas pertama secara ketat, tuangkan bilah uji dan uji kinerjanya. Jika hasilnya menunjukkan tingkat pemanjangan jauh melebihi 22% (misalnya 25% atau lebih), namun kekuatannya berfluktuasi dalam kisaran 440-450 MPa, berarti hampir mencapai standar. Jadi keputusannya: Pada titik ini, menambahkan sekitar 0,5% nikel adalah pilihan terbaik. Ini dapat mencapai kekuatan yang stabil dengan biaya yang sangat rendah (dengan dampak minimal pada pemanjangan) dan memiliki efektivitas biaya tertinggi. 3. Prioritas ketiga (jaminan akhir): Jika kinerja masih tidak stabil karena ketebalan dinding pengecoran atau laju pendinginan, anil feritisasi adalah solusi terakhir dan paling andal. Dalam proses anil, bahkan tanpa penambahan nikel, hampir selalu mungkin untuk memenuhi persyaratan kekuatan (mengandalkan penguatan larutan padat bola grafit dan Si) dan elongasi ultra-tinggi (mengandalkan ferit murni) secara bersamaan. Singkatnya, nikel dapat ditambahkan, tetapi nikel lebih bersifat "tonik" dan bukan "makanan pokok". Dalam upaya mencapai pemanjangan tertinggi, penambahan nikel yang rendah (~0,5%) adalah alat cerdas yang digunakan pada tahap akhir untuk "mempertahankan kekuatan secara tepat".