Analiza trudności w obróbce żeliwa szarego

---

W celu rozwiązania problemów obróbkowych odlewów z żeliwa szarego w przedsiębiorstwie analizowano elementy i właściwości wlewków i odlewów za pomocą mikroskopu optycznego, skaningowego mikroskopu elektronowego, twardości Brinella, mikrotwardości Vickersa oraz analizy widmowej. Wyniki pokazują, że zawartość S i P w surówce 26# była powyżej górnej części, zawartość Si w surówce 22# jest niska, więc składy chemiczne nie spełniają kryteriów. Równoważnik węgla odlewów wynosi 4.36%, co należy do odlewów o wysokim ekwiwalencie węgla. Stosunek Si i C wynosi 0.46, co jest zaniżone. Zawartość Si i Mn w odlewie jest niska, oprócz wysokiej zawartości Cr, która wystarcza do wywołania zjawiska schładzania, w większej liczbie odlewów występuje pierwiastek V. mikrostruktura odlewu to ferryt, perlit, grafit i węglik. Część węglika zawiera Cr, V i inne pierwiastki mikrostopowe, a mikrotwardość przekracza 1 HV, co jest główną przyczyną utrudnionej obróbki. Dlatego w celu poprawy wydajności skrawania, po pierwsze, zawartość V i Cr nie powinna przekraczać normy. Po drugie, należy zwiększyć zawartość Si i najpierw wybrać dodanie inokulacji. W przypadku wymagających odlewów węglik można rozłożyć przez wyżarzanie grafitowe.

Białe naroża cienkościennych odlewów z żeliwa szarego są częstymi wadami odlewów [1–4]. Na ogół małe odlewy mają cienkie ścianki i są odlewane w zielonym piasku. Chociaż skład chemiczny stopionego żelaza jest kwalifikowany, ze względu na wpływ grubości ścianki odlewu i przewodność cieplną odlewu, grube i cienkie części tego samego odlewu. Zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz może powstać inna organizacja. Szczególnie rogi odlewów mają skłonność do białych otworków, co powoduje trudności w obróbce skrawaniem, czego efektem jest tzw. „twardy materiał”. Większość części z żeliwa szarego „materiał twardy” występuje w części surowej. Takich jak: krawędzie i narożniki, rowki, powierzchnie wypukłe, powierzchnie itp. Twardość materiału ma wiele wspólnego z tendencją do białych ust. Kierując się trudnymi problemami obróbki skrawaniem w rzeczywistej produkcji odlewów pewnej firmy, w niniejszym artykule dokonano systematycznych badań, analizowano przyczyny powstawania „twardych materiałów” i proponowano odpowiednie rozwiązania.

1 Materiały i metody doświadczalne

Na miejscu pobrano próbki surówki odlewniczej 22#, 26# oraz odlewu maszynowego nr 0#. Przeprowadzono odpowiednio pobieranie próbek przez cięcie drutem oraz obserwację tkanki optycznej i tkanki skanującej. Chemia na żeliwie i odlewach
Test składu w celu wykluczenia wpływu pierwiastków śladowych na wydajność przetwarzania odlewów. Próbki odlewów pobrano do obserwacji metalograficznych w mikroskopach optycznych i skaningowych ZEISS, do badania twardości wykorzystano cyfrowy twardościomierz Brinella HBS-3000 oraz mikrotwardościomierz HTM-1000TM. Skład chemiczny surówki i odlewów przedstawia tabela 1.

C	Si	Mn	P	S	W	Te	Bi	Cr	V	Ce	B	Mo
0 # 3.73	1.75	0.17	0.15	0.12	≤ 0.01		5		5	0.11	0.027	0.01	0.004	4	≤ 0.01
22 # 4.08	1.86	0.055	0.07	0.02	≤ 0.01		5		5	≤ 0.010	≤ 0.010	0.01	0.002	2	≤ 0.01
26 # 3.38	2.51	0.17	0.45	0.095	≤ 0.01		5		5	0.023	0.044	0.01	0.008	9	≤ 0.01

2.1 Analiza składu chemicznego

Gdy węgiel z żeliwa szarego występuje w postaci węglików, zwiększa on tendencję do bielenia, co utrudnia obróbkę i powoduje tzw. problem „twardego materiału”. Dlatego żeliwo szare powinno minimalizować tendencję do bielenia, aby węgiel występował w postaci grafitu. Różne pierwiastki mają różny wpływ na proces grafityzacji, a niektóre kamienie przyspieszające
Atrament, niektóre spowalniają grafityzację. Ogólnie rzecz biorąc, większość pierwiastków, które mogą osłabić siłę wiązania między atomami żelaza i węgla oraz zwiększyć zdolność samodyfuzji atomów żelaza, może sprzyjać grafityzacji żeliwa; w przeciwnym razie utrudni grafityzację żeliwa, czyli zwiększy tendencję do białych ust. . Do testowania żeliwa
Jakość surówki i eliminacja wpływu pierwiastków śladowych na bielenie odlewów. Zbadano pięć pierwiastków i wspólne elementy wybielające surowców i odlewów. Każda próbka była testowana na 13 pierwiastków. Przebadano łącznie 39 partii surówki i odlewów. Skład chemiczny przedstawiono w tabeli 1.

Chiński standard surówki żeliwnej (GB / T 718-2005) [5], w standardzie zawartość Si w surówce 22 # wynosi 2.00% ~ 2.40%, a zawartość Si w surówce 26 # wynosi 2.40% ~ 2.80%. Zgodnie z Tabelą 2, firmowy test surówki 22# i 26# wykazał, że zawartość Si w surówce 22# wynosiła 1.86, co nie spełniało dolnej granicy normy.
Spełnia normę, a zawartość Mn jest również niska. 26# zawartość P i S w surówce jest zbyt wysoka, zawartość P osiąga poziom 5, zawartość S przekracza normę i zawiera pewną ilość Cr. Skład testowy odlewu 0# pokazuje, że tylko zawartość Cr w pierwiastkach wybielających osiągnęła tendencję do wybielania, a zawartość innych pierwiastków śladowych nie osiągnęła minimalnej zawartości powodującej wybielanie, więc wpływ jest znikomy. W porównaniu z doborem pięciu pierwiastków w „Podręczniku odlewniczym” [6] można zauważyć, że zawartość węgla w odlewach w tym badaniu jest stosunkowo wysoka, zawartość Si jest stosunkowo niska, a zawartość Mn jest stosunkowo niska .

2.2 Test twardości

W twardościomierzu cyfrowym Brinella HBS-3000 test wynosi 1875 N, średnica wgłębnika 2.5 mm, a twardość z 5 testów przedstawiono w tabeli 2. Na cyfrowym mikrotwardościomierzu biały obszar na zdjęciu optycznym została oznaczona mikrotwardością. Wyniki przedstawiono w Tabeli 3. Dlatego chociaż średnia makroskopowa twardość osnowy jest bardzo niska, to jedynie twardość Brinella wynosi około 145 HB, to twardość jej obszaru lokalnego jest bardzo wysoka, osiągając twardość Vickersa około 1 HV . Im mniejszy dół, tym wyższa twardość. Według literatury twardość eutektyki fosforowej wynosi 000~500 HV, ledeburytu ≤ 700 HV, a węglika > 800 HV.

Dlatego wyniki analizy twardości wskazują, że biały obszar jest twardym i kruchym węglikiem cementytu, co zasadniczo wyklucza eutektykę fosforową, która jest główną przyczyną twardego materiału. W celu dokładnego określenia składu tego węglika wymagana jest analiza widma energetycznego.

2.3 Analiza widma energetycznego

Częściowe powiększenie białego obszaru optycznego pokazano na rys. 2 i rys. 3. Charakteryzuje się rozmieszczeniem zagłębionych otworów w osnowie oraz charakterystyką eutektyki. W związku z tym analiza energetyczna tego obszaru pokazuje, że pierwiastki zawarte w zagłębionej części obszaru to pierwiastek Fe, P i C, więc ocenia się go jako Fe3 (C, P), element P jest przechowywany
Segregacja. Element P w części zagłębionej jest wyższy, nie jest produktem eutektycznym, ale otworem powstałym w wyniku końcowego krzepnięcia i skurczu. Rysunek 4 Wyniki analizy widma energetycznego pokazują, że oprócz pierwiastków Fe, P i C, biały obszar zawiera Cr i V, tworząc węgliki stopów, które są coraz twardsze.
Weź cięcie.

2.4 Analiza organizacyjna

Zdjęcie optyczne pokazuje strukturę metalograficzną odlewu wykonanego przez trawienie 4% alkoholem kwasu azotowego, jak pokazano na rysunku 5. Wśród nich a, b, c i d są rdzenie odlewu, a e, f, g i h są strukturą krawędzi odlewu. a, b, c, d i e, f, g, h odpowiadają 50, 100, 200 i 1,000-krotnym zdjęciom tkanki. Zeskanowane zdjęcie tkanki pokazano na rycinie 6, a strzałka wskazuje biały obszar na odpowiednim optycznym zdjęciu tkanki, którym jest węglik. Obszary białych bloków to węgliki, płatki to grafit, a szare obszary to perlit. Widać, że struktura metalograficzna to ferryt + perlit + grafit + węglik, struktura wżerowa. Biel krawędzi jest oczywiście poważniejsza niż w sercu. Porównując z GB/T7216-2009, można zauważyć, że [7] tkanka serca jest początkowa
Surowy grafit gwiaździsty typu F ma długość około 150 μm i szerokość około 5 μm. Jest to formowane przez roztopione żelazo o wysokiej zawartości węgla w stosunkowo dużych warunkach przechłodzenia. Strukturą warstwy brzegowej jest drobny grafit kędzierzawy zebrany w chryzantemowym rozkładzie grafitu typu B. Długość wynosi około 100 μm, a szerokość 3 μm. Określ liczbę węglików
Ilość węglików w tkance serca wynosi około 5%, osiągając poziom 3. Ilość węglików w tkance brzegowej wynosi około 10%, osiągając poziom 4. Gdy węgiel jest w postaci grafitu, grafit może być stosowany do smarowanie podczas obróbki, a cięcie jest łatwe. Gdy węgiel występuje w postaci węglika (Fe3C), ponieważ cementyt Fe3C jest twardy i kruchy, obróbka jest trudna, szczególnie gdy zawiera inne pierwiastki stopowe (takie jak Cr), cementyt stopowy ((Fe, M) 3C) Ten związek jest coraz twardsze i trudniejsze do skrawania, a podczas obróbki pojawia się problem tzw. „twardego materiału” [8]. Dlatego w procesie odlewania części z żeliwa szarego konieczne jest zmniejszenie ilości węgla, aby uniknąć pojawienia się węglików, i podjęcie pewnych działań w celu promowania grafityzacji węgla, jeśli to konieczne.

3 Analiza i dyskusja

Głównymi czynnikami wpływającymi na wydajność obróbki odlewów są skład chemiczny żeliwa oraz szybkość chłodzenia krzepnięcia. Zawartość węgla i zawartość krzemu w składzie chemicznym żeliwa to dwa najważniejsze czynniki kontrolujące. Szybkość chłodzenia odlewu zależy głównie od grubości ścianki odlewu. Gdy zawartość węgla i krzemu w żeliwie jest stała, im cieńsza ścianka odlewu, tym większa skłonność żeliwa do bielenia. Gdy grubość ścianki odlewu jest stała, im większa całkowita zawartość węgla i krzemu w żeliwie, tym dokładniejszy jest stopień grafityzacji żeliwa.

Równoważnik węgla odlewu w tym badaniu wynosi 4.36%, co jest odlewem o wysokiej zawartości węgla; stosunek Si/C wynosi 0.46, co jest niską wartością. Zwiększenie ekwiwalentu węgla powoduje, że płatki grafitu stają się grubsze, ich liczba wzrasta, a wytrzymałość i twardość maleją. Zwiększenie Si/C może zmniejszyć tendencję do białych ust.

Przy produkcji żeliwa szarego należy również wziąć pod uwagę wpływ przegrzania i efekt ciąży. Zwiększenie temperatury stopionego żelaza w pewnym zakresie może spowodować rozdrobnienie grafitu, drobniejszą strukturę osnowy, zwiększenie wytrzymałości na rozciąganie i zmniejszenie twardości. Konieczne jest kompleksowe rozważenie składu wsadu, sprzętu do wytapiania oraz czynników energetycznych składu chemicznego. Obróbka zaszczepiająca polega na dodaniu modyfikatora do roztopionego żelaza w celu zmiany stanu metalurgicznego roztopionego żelaza, zanim roztopione żelazo wejdzie do wnęki odlewniczej, a także w celu zwiększenia niespontanicznego jądra poprzez rozdrobnienie grafitu. Poprawiając w ten sposób mikrostrukturę i wydajność żeliwa. Powszechnie stosowane modyfikatory obejmują żelazokrzem, krzem wapniowy i grafit. Łącząc nasze produkty i koszty produkcji, zaleca się stosowanie żelazokrzemu (75% krzemu, dodatek ok. 0.4% masy stopionego żelaza). Po drugie, żelazokrzem barowy i żelazokrzem strontu. Ferrosilicon inokuluje szybko działający efekt, osiągając szczyt w ciągu 1.5 minuty i przechodząc do stanu niebędącego w ciąży po 8-10 minutach, co może zmniejszyć stopień przechłodzenia i tendencję do białych ust, zwiększyć liczbę klastrów eutektycznych, tworząc typ A grafit, poprawiają równomierność przekroju i zwiększają wytrzymałość. Wytrzymałość na rozciąganie to 10-20MPa. Wady: słaba odporność na próchnicę. Jeśli nie stosuje się późnego procesu zaszczepiania, nie jest to idealne rozwiązanie w przypadku dużych różnic grubości ścianek i długiego czasu wylewania.

Żelazokrzem barowy ma silniejszą zdolność do zwiększania liczby klastrów eutektycznych i poprawiania jednorodności przekroju niż żelazokrzem. Zdolność do opierania się spadkowi jest silna, a efekt inokulacji można utrzymać przez 20 minut. Nadaje się do różnych gatunków części z żeliwa szarego, szczególnie nadaje się do wielkogabarytowych elementów grubościennych i warunków produkcji z długim czasem odlewania.

Żelazokrzem strontu ma o 30% do 50% wyższą zdolność redukcji bieli niż żelazokrzem i ma lepszą jednorodność przekroju i zdolność przeciw próchnicy niż żelazokrzem. Jednocześnie nie zwiększa liczby klastrów eutektycznych, łatwo się rozpuszcza i zawiera mniej żużla. Części cienkościenne, zwłaszcza części wymagające skurczu i nieszczelności z wysokimi klastrami eutektycznymi, nie są pożądane.

Zawartość Mn w odlewach w tym badaniu jest niska. Sam mangan jest pierwiastkiem utrudniającym grafityzację, ale mangan może zniwelować silne wybielające działanie siarki. Dlatego, w granicach równoważenia wpływu siarki, mangan faktycznie odgrywa rolę w promowaniu grafityzacji. Praktyka dowiodła, że ​​wzrost zawartości manganu może nie tylko zwiększyć i uszlachetnić perlit, ale również nie zaszkodzi odpowiednio rozluźnić kontrolę siarki. Dlatego zaleca się odpowiednie zwiększenie zawartości Mn.

Wnioski 4

Główną przyczyną trudności obróbki odlewów w niniejszym opracowaniu jest pojawienie się węglików cementytu, zwłaszcza węglików cementytu stopów zawierających Cr, V i inne pierwiastki są główną przyczyną trudności obróbki. Aby rozwiązać ten problem, pierwszym pomysłem jest zmniejszenie lub wyeliminowanie węglików w organizacji. Skutecznymi sposobami są zmiana składu odlewów i dostosowanie procesu produkcyjnego. W połączeniu ze specyficzną sytuacją produkcyjną odlewów w niniejszym opracowaniu przedstawiono następujące sugestie produkcyjne:

• (1) Aby zwiększyć zawartość krzemu, pierwszym wyborem jest dodanie modyfikatora przed wylaniem. W przypadku żelazokrzemu (75% krzemu) można również stosować żelazokrzem barowy i żelazokrzem strontowy w zależności od czasu wylewania i efektów na miejscu. Zaleca się stosowanie modyfikatorów złożonych (Si-Ba i RE-Si).
• (2) Zwiększ zawartość manganu w odlewie, aby zrównoważyć silny biały efekt siarki w ustach.
• (3) Popraw jakość surówki. 26#Zawartość surówki P i S jest zbyt wysoka.
• (4) Zmniejsz zawartość Cr w odlewach. Wysoka zawartość Cr (>0.1) w odlewach może już powodować efekt wybielania. Cr może znacznie zwiększyć twardość i pogorszyć wydajność obróbki.

Link do tego artykułu: Analiza trudności w obróbce żeliwa szarego

Oświadczenie o przedruku: Jeśli nie ma specjalnych instrukcji, wszystkie artykuły na tej stronie są oryginalne. Proszę wskazać źródło przedruku: https://www.cncmachiningptj.com/，thanks！

---

Warsztat CNC PTJ produkuje części o doskonałych właściwościach mechanicznych, dokładności i powtarzalności z metalu i tworzywa sztucznego. Dostępne 5-osiowe frezowanie CNC.Obróbka stopu wysokotemperaturowego zakres w tym obróbka inconelowa,obróbka monelu,Obróbka Geek Ascology,Obróbka karpia 49,Obróbka Hastelloy,Obróbka Nitronic-60,Obróbka Hymu 80,Obróbka stali narzędziowej,itp.,. Idealny do zastosowań lotniczych.Obróbka CNC produkuje części o doskonałych właściwościach mechanicznych, dokładności i powtarzalności z metalu i tworzywa sztucznego. Dostępne 3-osiowe i 5-osiowe frezowanie CNC. Opracujemy z Tobą strategię, aby zapewnić najbardziej opłacalne usługi, które pomogą Ci osiągnąć swój cel, zapraszamy do kontaktu z nami ( sprzedaz@pintejin.com ) bezpośrednio do nowego projektu.