تحدث عن دور كل عنصر في الحديد الزهر الرمادي

 

دور العناصر شائعة الاستخدام في الحديد الزهر الرمادي

1. الكربون والسيليكون: الكربون والسيليكون من العناصر التي تعزز بقوة الجرافيت. يمكن استخدام مكافئ الكربون لتوضيح تأثيره على التركيب المعدني والخواص الميكانيكية للحديد الزهر الرمادي. تؤدي زيادة مكافئ الكربون إلى أن تصبح رقائق الجرافيت أكثر خشونة، وزيادة في العدد، وانخفاض في القوة والصلابة. على العكس من ذلك، فإن تقليل مكافئ الكربون يمكن أن يقلل من عدد الجرافيت، ويصقل الجرافيت، ويزيد من عدد التشعبات الأوستنيتية الأولية، وبالتالي تحسين الخواص الميكانيكية للحديد الزهر الرمادي. ومع ذلك، فإن تقليل مكافئ الكربون سيؤدي إلى انخفاض في أداء الصب.

2. المنغنيز: المنغنيز نفسه هو عنصر يعمل على استقرار الكربيدات ويعوق الجاذبية. له تأثير تثبيت وتكرير البيرليت في الحديد الزهر الرمادي. في نطاق Mn = 0.5% إلى 1.0%، فإن زيادة كمية المنغنيز تساعد على تحسين القوة والصلابة.

3. الفوسفور: عندما يتجاوز محتوى الفوسفور في الحديد الزهر 0.02%، قد يحدث فوسفور سهل الانصهار بين الحبيبات. ذوبان الفوسفور في الأوستينيت صغير جدًا. عندما يتصلب الحديد الزهر، يبقى الفوسفور بشكل أساسي في السائل. عندما يكتمل التصلب سهل الانصهار تقريبًا، يكون تكوين الطور السائل المتبقي بين المجموعات سهل الانصهار قريبًا من التركيب سهل الانصهار الثلاثي (Fe-2%، C-7%، P). يتصلب هذا الطور السائل عند حوالي 955 درجة مئوية. عندما يتصلب الحديد الزهر، يتم فصل الموليبدينوم والكروم والتنغستن والفاناديوم في الطور السائل الغني بالفوسفور، مما يزيد من كمية الفوسفور سهل الانصهار. عندما يكون محتوى الفوسفور في الحديد الزهر مرتفعًا، بالإضافة إلى التأثيرات الضارة للفوسفور سهل الانصهار نفسه، فإنه سيؤدي أيضًا إلى تقليل عناصر صناعة السبائك الموجودة في المصفوفة المعدنية، وبالتالي إضعاف تأثير عناصر صناعة السبائك. يكون سائل الفسفور سهل الانصهار طريًا حول المجموعة سهلة الانصهار التي تتصلب وتنمو، ومن الصعب تجديده أثناء انكماش التصلب، ويكون الصب لديه ميل أكبر للانكماش.

4.الكبريت: يقلل من سيولة الحديد المنصهر ويزيد من ميل المسبوكات إلى التشقق الساخن. وهو عنصر ضار في المسبوكات. ولذلك، يعتقد الكثير من الناس أنه كلما انخفض محتوى الكبريت، كلما كان ذلك أفضل. في الواقع، عندما يكون محتوى الكبريت أقل من أو يساوي 0.05%، فإن هذا النوع من الحديد الزهر لا يعمل مع اللقاح العادي الذي نستخدمه. والسبب هو أن التلقيح يتحلل بسرعة كبيرة، وغالباً ما تظهر بقع بيضاء في المسبوكات.

5. النحاس: النحاس هو عنصر صناعة السبائك الأكثر شيوعًا في إنتاج الحديد الزهر الرمادي. السبب الرئيسي هو أن النحاس لديه نقطة انصهار منخفضة (1083 درجة مئوية)، وسهل الذوبان، وله تأثير جيد في صناعة السبائك. تبلغ قدرة النحاس على الجرافيت حوالي 1/5 قدرة السيليكون، لذلك يمكن أن تقلل من ميل الحديد الزهر إلى الحصول على قالب أبيض. وفي الوقت نفسه، يمكن للنحاس أيضًا تقليل درجة الحرارة الحرجة للتحول الأوستينيت. لذلك، يمكن للنحاس تعزيز تكوين البيرليت، وزيادة محتوى البيرليت، وصقل البيرليت وتقوية البيرليت والفريت فيه، وبالتالي زيادة صلابة وقوة الحديد الزهر. ومع ذلك، كلما زادت كمية النحاس، كلما كان ذلك أفضل. الكمية المناسبة من النحاس المضاف هي 0.2% إلى 0.4%. عند إضافة كمية كبيرة من النحاس، فإن إضافة القصدير والكروم في نفس الوقت يضر بأداء القطع. سيؤدي ذلك إلى إنتاج كمية كبيرة من بنية السوربيت في بنية المصفوفة.

6.الكروم: تأثير صناعة السبائك للكروم قوي جدًا، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن إضافة الكروم تزيد من ميل الحديد المنصهر إلى الحصول على قالب أبيض، ومن السهل انكماش الصب، مما يؤدي إلى النفايات. ولذلك، ينبغي السيطرة على كمية الكروم. فمن ناحية، من المأمول أن يحتوي الحديد المنصهر على كمية معينة من الكروم لتحسين قوة وصلابة الصب؛ من ناحية أخرى، يتم التحكم بشكل صارم في الكروم عند الحد الأدنى لمنع انكماش الصب والتسبب في زيادة معدل الخردة. تشير التجربة التقليدية إلى أنه عندما يتجاوز محتوى الكروم في الحديد المنصهر الأصلي 0.35%، فسيكون لذلك تأثير قاتل على عملية الصب.

7. الموليبدينوم: الموليبدينوم هو عنصر تشكيل مركب نموذجي وعنصر تثبيت قوي من البرليت. يمكنه صقل الجرافيت. عندما يكون ωMo <0.8%، يمكن للموليبدينوم صقل البرليت وتقوية الفريت في البرليت، وبالتالي تحسين قوة وصلابة الحديد الزهر بشكل فعال.

يجب ملاحظة العديد من المشكلات في الحديد الزهر الرمادي

1. زيادة الحرارة الزائدة أو تمديد وقت الاحتفاظ يمكن أن يؤدي إلى اختفاء النوى غير المتجانسة الموجودة في المصهور أو تقليل فعاليتها، مما يقلل من عدد حبيبات الأوستينيت.

2. التيتانيوم له تأثير تكرير الأوستينيت الأولي في الحديد الزهر الرمادي. لأن كربيدات التيتانيوم والنتريدات والكربونيتريدات يمكن أن تكون بمثابة الأساس لنواة الأوستينيت. يمكن للتيتانيوم زيادة جوهر الأوستينيت وصقل حبيبات الأوستينيت. من ناحية أخرى، عندما يكون هناك فائض من Ti في الحديد المنصهر، فإن S الموجود في الحديد سوف يتفاعل مع Ti بدلاً من Mn لتكوين جزيئات TiS. نواة الجرافيت في TiS ليست بنفس فعالية نواة MnS. لذلك، يتأخر تكوين قلب الجرافيت سهل الانصهار، مما يؤدي إلى زيادة وقت هطول الأوستينيت الأولي. يشبه الفاناديوم والكروم والألمنيوم والزركونيوم التيتانيوم من حيث أنه من السهل تكوين الكربيدات والنيتريدات ونيتريدات الكربون، ويمكن أن تصبح نوى الأوستنيت.

3. هناك اختلافات كبيرة في تأثيرات التلقيحات المختلفة على عدد التجمعات سهلة الانصهار، والتي يتم ترتيبها بالترتيب التالي: CaSi>ZrFeSi>75FeSi>BaSi>SrFeSi. FeSi الذي يحتوي على Sr أو Ti له تأثير أضعف على عدد المجموعات سهلة الانصهار. تتمتع اللقاحات التي تحتوي على أتربة نادرة بأفضل تأثير، ويكون التأثير أكثر أهمية عند إضافتها مع Al وN. يمكن أن يزيد الفيروسيليكون المحتوي على Al وBi بقوة من عدد المجموعات سهلة الانصهار.

4. تسمى حبيبات النمو التكافلي ثنائي الطور من الجرافيت والأوستينيت والتي تتكون من نوى الجرافيت كمركز عناقيد سهلة الانصهار. مجاميع الجرافيت تحت المجهرية، وجزيئات الجرافيت غير المنصهرة المتبقية، وفروع رقائق الجرافيت الأولية، والمركبات ذات نقطة الانصهار العالية وشوائب الغاز الموجودة في الحديد المنصهر والتي يمكن أن تكون نوى الجرافيت سهل الانصهار هي أيضًا نوى مجموعات سهلة الانصهار. نظرًا لأن النواة سهلة الانصهار هي نقطة البداية لنمو الكتلة سهلة الانصهار، فإن عدد المجموعات سهلة الانصهار يعكس عدد النوى التي يمكن أن تنمو إلى جرافيت في سائل الحديد سهل الانصهار. تشمل العوامل التي تؤثر على عدد التجمعات سهلة الانصهار التركيب الكيميائي والحالة الأساسية للحديد المنصهر ومعدل التبريد.
كمية الكربون والسيليكون في التركيب الكيميائي لها تأثير مهم. كلما اقترب مكافئ الكربون من التركيب سهل الانصهار، زاد عدد التجمعات سهلة الانصهار. S هو عنصر مهم آخر يؤثر على مجموعات سهلة الانصهار من الحديد الزهر الرمادي. لا يؤدي المحتوى المنخفض من الكبريت إلى زيادة التجمعات سهلة الانصهار، لأن الكبريتيد الموجود في الحديد المنصهر يعد مادة مهمة في قلب الجرافيت. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للكبريت أن يقلل من الطاقة البينية بين النواة غير المتجانسة والذوبان، بحيث يمكن تنشيط المزيد من النوى. عندما يكون W (S) أقل من 0.03%، ينخفض ​​عدد التجمعات سهلة الانصهار بشكل كبير، وينخفض ​​تأثير التلقيح.
عندما يكون الجزء الكتلي من Mn ضمن 2%، تزداد كمية Mn، ويزداد عدد التجمعات سهلة الانصهار وفقًا لذلك. من السهل توليد مركبات الكربون والنيتروجين في الحديد المنصهر، والتي تعمل كنواة جرافيتية لزيادة التجمعات سهلة الانصهار. يقلل Ti وV من عدد التجمعات سهلة الانصهار لأن الفاناديوم يقلل من تركيز الكربون؛ يلتقط التيتانيوم بسهولة S في MnS وMgS لتكوين كبريتيد التيتانيوم، وقدرته على التنوي ليست فعالة مثل MnS وMgS. يزيد N الموجود في الحديد المنصهر من عدد التجمعات سهلة الانصهار. عندما يكون محتوى N أقل من 350x10-6، فهذا ليس واضحًا. بعد تجاوز قيمة معينة، يزداد التبريد الفائق، وبالتالي يزيد عدد التجمعات سهلة الانصهار. يشكل الأكسجين الموجود في الحديد المنصهر بسهولة شوائب أكسيد مختلفة كنوى، لذلك مع زيادة الأكسجين، يزداد عدد التجمعات سهلة الانصهار. بالإضافة إلى التركيب الكيميائي، تعد الحالة الأساسية للانصهار سهل الانصهار عاملاً مؤثرًا مهمًا. سيؤدي الحفاظ على درجة حرارة عالية وارتفاع درجة الحرارة لفترة طويلة إلى اختفاء النواة الأصلية أو نقصانها، وتقليل عدد المجموعات سهلة الانصهار، وزيادة القطر. يمكن أن يؤدي علاج التلقيح إلى تحسين الحالة الأساسية بشكل كبير وزيادة عدد مجموعات الانصهار. معدل التبريد له تأثير واضح جدا على عدد التجمعات سهلة الانصهار. كلما كان التبريد أسرع، زاد عدد التجمعات سهلة الانصهار.

5. عدد العناقيد سهلة الانصهار يعكس بشكل مباشر سمك الحبوب سهلة الانصهار. بشكل عام، يمكن للحبوب الدقيقة تحسين أداء المعادن. في ظل فرضية نفس التركيب الكيميائي ونوع الجرافيت، مع زيادة عدد المجموعات سهلة الانصهار، تزداد قوة الشد، لأن صفائح الجرافيت في المجموعات سهلة الانصهار تصبح أدق مع زيادة عدد المجموعات سهلة الانصهار، مما يزيد من القوة. ومع ذلك، مع زيادة محتوى السيليكون، يزداد عدد المجموعات سهلة الانصهار بشكل ملحوظ، ولكن قوتها تنخفض بدلاً من ذلك؛ تزداد قوة الحديد الزهر مع زيادة درجة الحرارة الفائقة (إلى 1500 درجة مئوية)، ولكن في هذا الوقت، يتناقص عدد المجموعات سهلة الانصهار بشكل ملحوظ. العلاقة بين قانون التغير في عدد المجموعات سهلة الانصهار الناتج عن علاج التلقيح طويل الأمد وزيادة القوة لا يكون لها دائمًا نفس الاتجاه. القوة التي تم الحصول عليها عن طريق معالجة التلقيح باستخدام FeSi التي تحتوي على Si وBa أعلى من تلك التي تم الحصول عليها باستخدام CaSi، لكن عدد المجموعات سهلة الانصهار من الحديد الزهر أقل بكثير من تلك الموجودة في CaSi. مع زيادة عدد المجموعات سهلة الانصهار، يزداد ميل الحديد الزهر إلى الانكماش. من أجل منع تكون الانكماش في الأجزاء الصغيرة، يجب التحكم في عدد المجموعات سهلة الانصهار أقل من 300~400/سم2.

6. إضافة عناصر السبائك (Cr، Mn، Mo، Mg، Ti، Ce، Sb) التي تعزز التبريد الفائق في اللقاحات الجرافيتية يمكن أن تحسن درجة التبريد الفائق للحديد الزهر، وصقل الحبوب، وزيادة كمية الأوستينيت وتعزيز تكوين بيرليت. يمكن امتصاص العناصر النشطة السطحية المضافة (Te، Bi، 5b) على سطح نواة الجرافيت للحد من نمو الجرافيت وتقليل حجم الجرافيت، وذلك لتحقيق الغرض من تحسين الخواص الميكانيكية الشاملة، وتحسين التوحيد، وزيادة التنظيم التنظيمي. تم تطبيق هذا المبدأ في ممارسة إنتاج الحديد الزهر عالي الكربون (مثل أجزاء الفرامل).