พูดคุยเกี่ยวกับบทบาทของแต่ละองค์ประกอบในเหล็กหล่อสีเทา

 

บทบาทขององค์ประกอบที่ใช้กันทั่วไปในเหล็กหล่อสีเทา

1.คาร์บอนและซิลิคอน: คาร์บอนและซิลิคอนเป็นองค์ประกอบที่ส่งเสริมการสร้างกราฟอย่างมาก เทียบเท่าคาร์บอนสามารถใช้เพื่ออธิบายผลกระทบที่มีต่อโครงสร้างทางโลหะวิทยาและคุณสมบัติทางกลของเหล็กหล่อสีเทา การเพิ่มค่าเทียบเท่าคาร์บอนจะทำให้เกล็ดกราไฟท์หยาบขึ้น จำนวนเพิ่มขึ้น ความแข็งแรงและความแข็งลดลง ในทางตรงกันข้าม การลดปริมาณคาร์บอนที่เทียบเท่าสามารถลดจำนวนกราไฟท์ ปรับแต่งกราไฟท์ และเพิ่มจำนวนของออสเทนไนต์เดนไดรต์ปฐมภูมิ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของเหล็กหล่อสีเทา อย่างไรก็ตาม การลดปริมาณคาร์บอนที่เทียบเท่ากันจะทำให้ประสิทธิภาพการหล่อลดลง

2.แมงกานีส: แมงกานีสเองเป็นองค์ประกอบที่ทำให้คาร์ไบด์มีความเสถียรและเป็นอุปสรรคต่อการสร้างกราฟ มีผลในการรักษาเสถียรภาพและการกลั่นเพิร์ลไลต์ในเหล็กหล่อสีเทา ในช่วงของ Mn=0.5% ถึง 1.0% การเพิ่มปริมาณแมงกานีสจะเอื้อต่อการปรับปรุงความแข็งแรงและความแข็ง

3.ฟอสฟอรัส: เมื่อปริมาณฟอสฟอรัสในเหล็กหล่อเกิน 0.02% อาจเกิดยูเทคติกฟอสฟอรัสตามขอบเกรน ความสามารถในการละลายของฟอสฟอรัสในออสเทนไนท์มีน้อยมาก เมื่อเหล็กหล่อแข็งตัว ฟอสฟอรัสจะยังคงอยู่ในของเหลว เมื่อการแข็งตัวของยูเทคติกใกล้จะเสร็จสมบูรณ์ องค์ประกอบเฟสของเหลวที่เหลือระหว่างหมู่ยูเทคติกจะใกล้เคียงกับองค์ประกอบไตรนารียูเทคติก (Fe-2%, C-7%, P) เฟสของเหลวนี้แข็งตัวที่ประมาณ 955 ℃ เมื่อเหล็กหล่อแข็งตัว โมลิบดีนัม โครเมียม ทังสเตน และวานาเดียม จะถูกแยกออกจากกันในเฟสของเหลวที่มีฟอสฟอรัสสูง ส่งผลให้ปริมาณฟอสฟอรัสยูเทคติกเพิ่มขึ้น เมื่อปริมาณฟอสฟอรัสในเหล็กหล่อสูง นอกเหนือจากผลกระทบที่เป็นอันตรายของฟอสฟอรัสยูเทคติกเองแล้ว ยังจะลดองค์ประกอบการผสมที่มีอยู่ในเมทริกซ์โลหะด้วย จึงทำให้ผลกระทบขององค์ประกอบโลหะผสมลดลง ของเหลวยูเทคติกฟอสฟอรัสมีลักษณะเละอยู่รอบๆ หมู่ยูเทคติกที่แข็งตัวและเติบโต และเป็นการยากที่จะเติมเข้าไปในระหว่างการหดตัวของการแข็งตัว และการหล่อมีแนวโน้มที่จะหดตัวมากขึ้น

4.ซัลเฟอร์: ช่วยลดการไหลของเหล็กหลอมเหลว และเพิ่มแนวโน้มการหล่อที่จะแตกร้อน เป็นองค์ประกอบที่เป็นอันตรายในการหล่อ ดังนั้นหลายคนคิดว่ายิ่งปริมาณกำมะถันยิ่งน้อยก็ยิ่งดี ในความเป็นจริง เมื่อปริมาณกำมะถันอยู่ที่ ≤0.05% เหล็กหล่อชนิดนี้จะใช้ไม่ได้กับหัวเชื้อธรรมดาที่เราใช้ เหตุผลก็คือการฉีดวัคซีนสลายตัวเร็วมากและจุดสีขาวมักปรากฏในการหล่อ

5.ทองแดง: ทองแดงเป็นองค์ประกอบโลหะผสมที่เติมกันมากที่สุดในการผลิตเหล็กหล่อสีเทา เหตุผลหลักก็คือทองแดงมีจุดหลอมเหลวต่ำ (1,083 ℃) ละลายได้ง่าย และมีผลการผสมที่ดี ความสามารถในการสร้างกราฟของทองแดงมีค่าประมาณ 1/5 ของซิลิกอน จึงสามารถลดแนวโน้มที่เหล็กหล่อจะมีเหล็กหล่อสีขาวได้ ในเวลาเดียวกัน ทองแดงยังสามารถลดอุณหภูมิวิกฤตของการเปลี่ยนแปลงออสเทนไนต์ได้อีกด้วย ดังนั้นทองแดงจึงสามารถส่งเสริมการก่อตัวของเพิร์ลไลต์ เพิ่มเนื้อหาของเพิร์ลไลต์ และปรับแต่งเพิร์ลไลต์และเสริมความแข็งแกร่งให้กับเพิร์ลไลต์และเฟอร์ไรต์ในนั้น ซึ่งจะเป็นการเพิ่มความแข็งและความแข็งแรงของเหล็กหล่อ อย่างไรก็ตาม ยิ่งปริมาณทองแดงมากเท่าไรก็ยิ่งดีเท่านั้น ปริมาณทองแดงที่เหมาะสมที่เติมคือ 0.2% ถึง 0.4% เมื่อเติมทองแดงจำนวนมาก การเติมดีบุกและโครเมียมพร้อมกันจะเป็นอันตรายต่อประสิทธิภาพการตัด จะทำให้เกิดโครงสร้างซอร์ไบต์จำนวนมากในโครงสร้างเมทริกซ์

6.โครเมียม: ผลของการผสมโครเมียมมีความเข้มข้นมาก สาเหตุหลักมาจากการเติมโครเมียมจะทำให้เหล็กหลอมเหลวมีแนวโน้มที่จะมีตัวหล่อสีขาวมากขึ้น และการหล่อจะหดตัวได้ง่าย ส่งผลให้เกิดของเสีย ดังนั้นควรควบคุมปริมาณโครเมียม ในอีกด้านหนึ่ง หวังว่าเหล็กหลอมเหลวจะมีโครเมียมจำนวนหนึ่งเพื่อปรับปรุงความแข็งแรงและความแข็งของการหล่อ ในทางกลับกันโครเมียมจะถูกควบคุมอย่างเข้มงวดที่ขีดจำกัดล่างเพื่อป้องกันไม่ให้การหล่อหดตัวและทำให้อัตราของเสียเพิ่มขึ้น ประสบการณ์แบบดั้งเดิมถือได้ว่าเมื่อปริมาณโครเมียมของเหล็กหลอมเหลวดั้งเดิมเกิน 0.35% จะส่งผลร้ายแรงต่อการหล่อ

7. โมลิบดีนัม: โมลิบดีนัมเป็นองค์ประกอบที่ก่อตัวเป็นสารประกอบโดยทั่วไปและเป็นองค์ประกอบที่ทำให้คงตัวของเพิร์ลไลต์ที่แข็งแกร่ง สามารถปรับกราไฟท์ได้ เมื่อ ωMo<0.8% โมลิบดีนัมสามารถกลั่นเพิร์ลไลต์และเพิ่มความแข็งแรงให้กับเฟอร์ไรต์ในเพิร์ลไลต์ได้ จึงช่วยเพิ่มความแข็งแรงและความแข็งของเหล็กหล่อได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ต้องสังเกตประเด็นหลายประการเกี่ยวกับเหล็กหล่อสีเทา

1. การเพิ่มความร้อนสูงเกินไปหรือขยายเวลาการกักเก็บอาจทำให้แกนที่แตกต่างกันที่มีอยู่ในการหลอมละลายหายไปหรือลดประสิทธิภาพลง ลดจำนวนเมล็ดออสเทนไนต์

2.ไทเทเนียมมีผลในการกลั่นออสเทนไนต์ปฐมภูมิในเหล็กหล่อสีเทา เนื่องจากไททาเนียมคาร์ไบด์ ไนไตรด์ และคาร์โบไนไตรด์สามารถใช้เป็นพื้นฐานสำหรับการเกิดนิวเคลียสออสเทนไนต์ได้ ไทเทเนียมสามารถเพิ่มแกนกลางของออสเทนไนต์และปรับแต่งเมล็ดออสเทนไนต์ได้ ในทางกลับกัน เมื่อมี Ti มากเกินไปในเหล็กหลอมเหลว S ในเหล็กจะทำปฏิกิริยากับ Ti แทนที่จะเป็น Mn เพื่อสร้างอนุภาค TiS แกนกราไฟท์ของ TiS ไม่มีประสิทธิผลเท่ากับแกนของ MnS ดังนั้นการก่อตัวของแกนกราไฟท์ยูเทคติกจึงล่าช้า ดังนั้นจึงเพิ่มเวลาการตกตะกอนของออสเทนไนต์ปฐมภูมิ วานาเดียม โครเมียม อะลูมิเนียม และเซอร์โคเนียมมีความคล้ายคลึงกับไทเทเนียมตรงที่ก่อตัวเป็นคาร์ไบด์ ไนไตรด์ และคาร์บอนไนไตรด์ได้ง่าย และสามารถกลายเป็นแกนออสเทนไนต์ได้

3. ผลกระทบของหัวเชื้อหลายชนิดต่อจำนวนกระจุกยูเทคติกมีความแตกต่างกันอย่างมาก ซึ่งจัดเรียงตามลำดับต่อไปนี้: CaSi>ZrFeSi>75FeSi>BaSi>SrFeSi FeSi ที่มี Sr หรือ Ti มีผลกระทบต่อจำนวนกระจุกยูเทคติกน้อยกว่า หัวเชื้อที่มีธาตุหายากจะให้ผลที่ดีที่สุด และผลที่ได้จะมีนัยสำคัญมากขึ้นเมื่อเติมร่วมกับ Al และ N ส่วนเฟอร์โรซิลิคอนที่มี Al และ Bi จะสามารถเพิ่มจำนวนกระจุกยูเทคติกได้อย่างมาก

4. เม็ดของการเจริญเติบโตทางชีวภาพของกราไฟท์-ออสเทนไนต์สองเฟสที่เกิดขึ้นโดยมีนิวเคลียสของกราไฟท์เป็นศูนย์กลางเรียกว่ากระจุกยูเทคติก มวลรวมกราไฟท์ Submicroscopic อนุภาคกราไฟท์ที่ยังไม่ละลายตกค้าง กิ่งก้านของเกล็ดกราไฟท์ปฐมภูมิ สารประกอบที่มีจุดหลอมเหลวสูง และการรวมตัวของก๊าซที่มีอยู่ในเหล็กหลอมเหลวและสามารถเป็นแกนของกราไฟท์ยูเทคติก ก็เป็นแกนกลางของกระจุกยูเทคติกเช่นกัน เนื่องจากนิวเคลียสยูเทคติกเป็นจุดเริ่มต้นของการเติบโตของกระจุกยูเทคติก จำนวนกระจุกยูเทคติกจึงสะท้อนถึงจำนวนแกนที่สามารถเติบโตเป็นกราไฟท์ในของเหลวเหล็กยูเทคติก ปัจจัยที่ส่งผลต่อจำนวนกระจุกยูเทคติก ได้แก่ องค์ประกอบทางเคมี สถานะแกนกลางของเหล็กหลอมเหลว และอัตราการเย็นตัว
ปริมาณคาร์บอนและซิลิคอนในองค์ประกอบทางเคมีมีอิทธิพลสำคัญ ยิ่งคาร์บอนมีค่าเทียบเท่ากับองค์ประกอบยูเทคติกมากเท่าใด กระจุกยูเทคติกก็จะยิ่งมีมากขึ้นเท่านั้น S เป็นอีกหนึ่งองค์ประกอบที่สำคัญที่ส่งผลต่อกลุ่มยูเทคติกของเหล็กหล่อสีเทา ปริมาณกำมะถันต่ำไม่เอื้อต่อการเพิ่มกระจุกยูเทคติก เนื่องจากซัลไฟด์ในเหล็กหลอมเหลวเป็นสารสำคัญของแกนกราไฟท์ นอกจากนี้ ซัลเฟอร์ยังสามารถลดพลังงานการประสานระหว่างแกนที่ต่างกันและการหลอมละลาย เพื่อให้สามารถเปิดใช้งานแกนได้มากขึ้น เมื่อ W (S) น้อยกว่า 0.03% จำนวนคลัสเตอร์ยูเทคติกจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ และผลของการฉีดวัคซีนจะลดลง
เมื่อเศษส่วนมวลของ Mn อยู่ภายใน 2% ปริมาณของ Mn จะเพิ่มขึ้น และจำนวนกระจุกยูเทคติกก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย Nb นั้นง่ายต่อการสร้างสารประกอบคาร์บอนและไนโตรเจนในเหล็กหลอมเหลว ซึ่งทำหน้าที่เป็นแกนกราไฟท์เพื่อเพิ่มกระจุกยูเทคติก Ti และ V ลดจำนวนกระจุกยูเทคติก เนื่องจากวานาเดียมลดความเข้มข้นของคาร์บอน ไทเทเนียมจับ S ใน MnS และ MgS ได้อย่างง่ายดายเพื่อสร้างไทเทเนียมซัลไฟด์ และความสามารถในการเกิดนิวเคลียสของมันไม่มีประสิทธิภาพเท่ากับ MnS และ MgS N ในเหล็กหลอมเหลวจะเพิ่มจำนวนกระจุกยูเทคติก เมื่อเนื้อหา N น้อยกว่า 350 x10-6 จึงไม่ชัดเจน หลังจากเกินค่าที่กำหนด ความเย็นยิ่งยวดจะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้จำนวนกระจุกยูเทคติกเพิ่มขึ้น ออกซิเจนในเหล็กหลอมเหลวจะก่อให้เกิดการรวมตัวของออกไซด์ต่างๆ เป็นแกนได้ง่าย ดังนั้นเมื่อออกซิเจนเพิ่มขึ้น จำนวนกระจุกยูเทคติกก็จะเพิ่มขึ้น นอกเหนือจากองค์ประกอบทางเคมีแล้ว สถานะแกนกลางของการหลอมยูเทคติกยังเป็นปัจจัยที่มีอิทธิพลที่สำคัญอีกด้วย การรักษาอุณหภูมิสูงและความร้อนสูงเกินไปเป็นเวลานานจะทำให้แกนกลางเดิมหายไปหรือลดลง ลดจำนวนกระจุกยูเทคติก และเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลาง การบำบัดด้วยการฉีดวัคซีนสามารถปรับปรุงสถานะแกนกลางได้อย่างมาก และเพิ่มจำนวนของกลุ่มยูเทคติก อัตราการเย็นตัวมีผลอย่างเห็นได้ชัดต่อจำนวนกระจุกยูเทคติก ยิ่งระบายความร้อนได้เร็วเท่าไร กลุ่มยูเทคติกก็จะยิ่งมีมากขึ้นเท่านั้น

5.จำนวนกระจุกยูเทคติกสะท้อนถึงความหนาของเมล็ดยูเทคติกโดยตรง โดยทั่วไป เมล็ดละเอียดสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของโลหะได้ ภายใต้สมมติฐานขององค์ประกอบทางเคมีและกราไฟท์ประเภทเดียวกัน เมื่อจำนวนกระจุกยูเทคติกเพิ่มขึ้น ความต้านทานแรงดึงก็เพิ่มขึ้น เนื่องจากแผ่นกราไฟท์ในกระจุกยูเทคติกจะละเอียดยิ่งขึ้นเมื่อจำนวนกระจุกยูเทคติกเพิ่มขึ้น ซึ่งเพิ่มความแข็งแรง อย่างไรก็ตาม ด้วยปริมาณซิลิกอนที่เพิ่มขึ้น จำนวนหมู่ยูเทคติกจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ แต่ความแข็งแรงลดลงแทน ความแข็งแรงของเหล็กหล่อจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิความร้อนยวดยิ่งที่เพิ่มขึ้น (ถึง 1,500°C) แต่ในเวลานี้ จำนวนหมู่ยูเทคติกลดลงอย่างมาก ความสัมพันธ์ระหว่างกฎการเปลี่ยนแปลงของจำนวนกลุ่มยูเทคติกที่เกิดจากการรักษาด้วยการฉีดวัคซีนในระยะยาวกับการเพิ่มขึ้นของความแข็งแรงไม่ได้มีแนวโน้มเดียวกันเสมอไป ความแข็งแรงที่ได้จากการบำบัดด้วยการฉีดวัคซีนด้วย FeSi ที่มี Si และ Ba นั้นสูงกว่าที่ได้รับจาก CaSi แต่จำนวนกลุ่มเหล็กหล่อยูเทคติกนั้นน้อยกว่า CaSi มาก เมื่อจำนวนหมู่ยูเทคติกเพิ่มขึ้น แนวโน้มการหดตัวของเหล็กหล่อก็จะเพิ่มขึ้น เพื่อป้องกันการก่อตัวของการหดตัวในชิ้นส่วนขนาดเล็ก ควรควบคุมจำนวนหมู่ยูเทคติกให้ต่ำกว่า 300~400/cm2

6. การเพิ่มองค์ประกอบโลหะผสม (Cr, Mn, Mo, Mg, Ti, Ce, Sb) ที่ส่งเสริมความเย็นยิ่งยวดในหัวเชื้อกราไฟต์สามารถปรับปรุงระดับความเย็นยิ่งยวดของเหล็กหล่อ ปรับแต่งเมล็ดพืช เพิ่มปริมาณออสเทนไนต์ และส่งเสริมการก่อตัวของ เพิร์ลไลท์ องค์ประกอบที่ใช้งานบนพื้นผิวที่เพิ่มเข้ามา (Te, Bi, 5b) สามารถดูดซับบนพื้นผิวของนิวเคลียสของกราไฟท์เพื่อจำกัดการเจริญเติบโตของกราไฟท์และลดขนาดกราไฟท์ เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการปรับปรุงคุณสมบัติทางกลที่ครอบคลุม ปรับปรุงความสม่ำเสมอ และเพิ่มกฎระเบียบขององค์กร หลักการนี้ถูกนำไปใช้ในการปฏิบัติงานในการผลิตเหล็กหล่อที่มีคาร์บอนสูง (เช่น ชิ้นส่วนเบรก)