Vai trò của các nguyên tố thường dùng trong gang xám
1.Carbon và silicon: Carbon và silicon là những nguyên tố thúc đẩy mạnh mẽ quá trình đồ họa hóa. Lượng cacbon tương đương có thể được sử dụng để minh họa tác động của chúng lên cấu trúc kim loại và tính chất cơ học của gang xám. Việc tăng lượng cacbon tương đương làm cho các mảnh than chì trở nên thô hơn, tăng về số lượng và giảm độ bền cũng như độ cứng. Ngược lại, việc giảm lượng carbon tương đương có thể làm giảm số lượng than chì, tinh chế than chì và tăng số lượng đuôi gai austenite chính, từ đó cải thiện tính chất cơ học của gang xám. Tuy nhiên, việc giảm lượng carbon tương đương sẽ dẫn đến giảm hiệu suất đúc.
2. Mangan: Bản thân Mangan là một nguyên tố có tác dụng ổn định cacbua và cản trở quá trình đồ họa hóa. Nó có tác dụng ổn định và tinh chế ngọc trai trong gang xám. Trong phạm vi Mn=0,5% đến 1,0%, việc tăng lượng mangan có lợi cho việc cải thiện độ bền và độ cứng.
3.Phốt pho: Khi hàm lượng phốt pho trong gang vượt quá 0,02%, phốt pho eutectic giữa các hạt có thể xảy ra. Độ hòa tan của phốt pho trong austenit rất nhỏ. Khi gang đông lại, về cơ bản phốt pho vẫn còn ở dạng lỏng. Khi quá trình hóa rắn eutectic gần hoàn tất, thành phần pha lỏng còn lại giữa các nhóm eutectic gần với thành phần eutectic bậc ba (Fe-2%, C-7%, P). Pha lỏng này đông đặc ở khoảng 955oC. Khi gang đông đặc, molypden, crom, vonfram và vanadi đều được tách ra trong pha lỏng giàu phốt pho, làm tăng lượng phốt pho eutectic. Khi hàm lượng phốt pho trong gang cao, ngoài tác dụng có hại của bản thân phốt pho eutectic, nó còn làm giảm các nguyên tố hợp kim có trong nền kim loại, từ đó làm suy yếu tác dụng của các nguyên tố hợp kim. Chất lỏng eutectic phốt pho bị nhão xung quanh nhóm eutectic đông cứng và phát triển, rất khó được bổ sung trong quá trình co rút đông đặc và vật đúc có xu hướng co lại nhiều hơn.
4. Lưu huỳnh: Nó làm giảm tính lưu động của sắt nóng chảy và làm tăng xu hướng vật đúc bị nứt nóng. Nó là một yếu tố có hại trong vật đúc. Vì vậy, nhiều người cho rằng hàm lượng lưu huỳnh càng thấp thì càng tốt. Trên thực tế, khi hàm lượng lưu huỳnh ≤0,05%, loại gang này không có tác dụng đối với chế phẩm thông thường mà chúng ta sử dụng. Nguyên nhân là do chất cấy phân hủy rất nhanh, trên vật đúc thường xuất hiện các đốm trắng.
5.Đồng: Đồng là nguyên tố hợp kim được thêm vào phổ biến nhất trong sản xuất gang xám. Lý do chính là đồng có nhiệt độ nóng chảy thấp (1083oC), dễ nóng chảy và có tác dụng tạo hợp kim tốt. Khả năng grafit hóa của đồng bằng khoảng 1/5 so với silicon nên có thể làm giảm xu hướng gang trắng. Đồng thời, đồng cũng có thể làm giảm nhiệt độ tới hạn của quá trình biến đổi austenit. Do đó, đồng có thể thúc đẩy sự hình thành ngọc trai, tăng hàm lượng ngọc trai, tinh chế ngọc trai và tăng cường ngọc trai và ferit trong đó, từ đó làm tăng độ cứng và độ bền của gang. Tuy nhiên, lượng đồng càng cao thì càng tốt. Lượng đồng bổ sung thích hợp là 0,2% đến 0,4%. Khi thêm một lượng lớn đồng, việc thêm thiếc và crom cùng lúc sẽ có hại cho hiệu suất cắt. Nó sẽ tạo ra một lượng lớn cấu trúc sorbite trong cấu trúc ma trận.
6.Crom: Hiệu ứng hợp kim của crom rất mạnh, chủ yếu là do việc bổ sung crom làm tăng xu hướng sắt nóng chảy có vật đúc màu trắng, vật đúc dễ bị co lại, dẫn đến lãng phí. Vì vậy, lượng crom cần được kiểm soát. Một mặt, người ta hy vọng rằng sắt nóng chảy có chứa một lượng crom nhất định để cải thiện độ bền và độ cứng của vật đúc; mặt khác, crom được kiểm soát chặt chẽ ở giới hạn dưới để tránh vật đúc bị co lại và làm tăng tỷ lệ phế liệu. Kinh nghiệm truyền thống cho rằng khi hàm lượng crom của sắt nóng chảy ban đầu vượt quá 0,35%, nó sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến vật đúc.
7. Molypden: Molypden là nguyên tố hình thành hợp chất điển hình và là nguyên tố ổn định mạnh của ngọc trai. Nó có thể tinh chế than chì. Khi ωMo<0,8%, molypden có thể tinh chế ngọc trai và tăng cường ferit trong ngọc trai, từ đó cải thiện hiệu quả độ bền và độ cứng của gang.
Một số vấn đề ở gang xám cần lưu ý
1. Tăng quá nhiệt hoặc kéo dài thời gian giữ có thể làm cho các lõi không đồng nhất hiện có trong tan chảy biến mất hoặc giảm hiệu quả của chúng, làm giảm số lượng hạt austenite.
2.Titan có tác dụng tinh chế austenite sơ cấp trong gang xám. Bởi vì cacbua titan, nitrua và cacbonitrua có thể đóng vai trò là cơ sở cho quá trình tạo mầm austenit. Titan có thể làm tăng lõi của austenite và tinh chế các hạt austenite. Mặt khác, khi có quá nhiều Ti trong sắt nóng chảy thì S trong sắt sẽ phản ứng với Ti thay vì Mn để tạo thành hạt TiS. Lõi than chì của TiS không hiệu quả bằng lõi than chì của MnS. Do đó, sự hình thành lõi than chì eutectic bị trì hoãn, do đó làm tăng thời gian kết tủa của austenite sơ cấp. Vanadi, crom, nhôm và zirconi tương tự như titan ở chỗ chúng dễ tạo thành cacbua, nitrua và cacbonitrua và có thể trở thành lõi austenit.
3. Có sự khác biệt lớn về tác động của các chế phẩm khác nhau đến số lượng cụm eutectic, được sắp xếp theo thứ tự sau: CaSi>ZrFeSi>75FeSi>BaSi>SrFeSi. FeSi chứa Sr hoặc Ti có ảnh hưởng yếu hơn đến số lượng cụm eutectic. Chế phẩm chứa đất hiếm có tác dụng tốt nhất và hiệu quả càng rõ rệt hơn khi được thêm vào kết hợp với Al và N. Ferrosilicon chứa Al và Bi có thể làm tăng mạnh số lượng cụm eutectic.
4. Các hạt phát triển cộng sinh hai pha than chì-austenit hình thành với nhân than chì làm trung tâm được gọi là cụm eutectic. Các tập hợp than chì dưới kính hiển vi, các hạt than chì không tan chảy còn sót lại, các nhánh vảy than chì sơ cấp, các hợp chất có điểm nóng chảy cao và các thể vùi khí tồn tại trong sắt nóng chảy và có thể là lõi của than chì eutectic cũng là lõi của cụm eutectic. Vì hạt nhân eutectic là điểm khởi đầu cho sự phát triển của cụm eutectic nên số lượng cụm eutectic phản ánh số lượng lõi có thể phát triển thành than chì trong chất lỏng sắt eutectic. Các yếu tố ảnh hưởng đến số lượng cụm eutectic bao gồm thành phần hóa học, trạng thái lõi của sắt nóng chảy và tốc độ làm nguội.
Lượng carbon và silicon trong thành phần hóa học có ảnh hưởng quan trọng. Đương lượng cacbon càng gần với thành phần eutectic thì càng có nhiều cụm eutectic. S là một nguyên tố quan trọng khác ảnh hưởng đến cụm eutectic của gang xám. Hàm lượng lưu huỳnh thấp không có lợi cho việc tăng các cụm eutectic, vì sunfua trong sắt nóng chảy là chất quan trọng của lõi than chì. Ngoài ra, lưu huỳnh có thể làm giảm năng lượng bề mặt giữa lõi không đồng nhất và chất tan chảy, do đó có thể kích hoạt nhiều lõi hơn. Khi W(S) nhỏ hơn 0,03%, số lượng cụm eutectic giảm đáng kể và hiệu quả tiêm chủng cũng giảm.
Khi phần khối lượng của Mn nằm trong khoảng 2%, lượng Mn tăng lên và số lượng cụm eutectic cũng tăng theo. Nb dễ tạo ra các hợp chất cacbon và nitơ trong sắt nóng chảy, đóng vai trò như lõi than chì làm tăng các cụm eutectic. Ti và V làm giảm số cụm eutectic vì vanadi làm giảm nồng độ cacbon; titan dễ dàng thu giữ S trong MnS và MgS để tạo thành titan sunfua và khả năng tạo mầm của nó không hiệu quả bằng MnS và MgS. N trong sắt nóng chảy làm tăng số cụm eutectic. Khi hàm lượng N nhỏ hơn 350 x10-6 thì không rõ ràng. Sau khi vượt quá một giá trị nhất định, quá trình siêu lạnh tăng lên, do đó số lượng cụm eutectic tăng lên. Oxy trong sắt nóng chảy dễ dàng hình thành các thể vùi oxit khác nhau làm lõi, do đó khi lượng oxy tăng lên thì số lượng cụm eutectic cũng tăng lên. Ngoài thành phần hóa học, trạng thái cốt lõi của sự tan chảy eutectic là một yếu tố ảnh hưởng quan trọng. Duy trì nhiệt độ cao và quá nóng trong thời gian dài sẽ khiến lõi ban đầu biến mất hoặc giảm đi, giảm số lượng cụm eutectic và tăng đường kính. Việc xử lý bằng phương pháp tiêm chủng có thể cải thiện đáng kể trạng thái lõi và tăng số lượng cụm eutectic. Tốc độ làm mát có ảnh hưởng rất rõ ràng đến số lượng cụm eutectic. Làm mát càng nhanh thì càng có nhiều cụm eutectic.
5. Số lượng cụm cùng tinh phản ánh trực tiếp độ dày của hạt cùng tinh. Nói chung, hạt mịn có thể cải thiện tính chất của kim loại. Với tiền đề là cùng thành phần hóa học và loại than chì, khi số lượng cụm eutectic tăng lên, độ bền kéo cũng tăng lên, bởi vì các tấm than chì trong cụm eutectic trở nên mịn hơn khi số lượng cụm eutectic tăng lên, điều này làm tăng độ bền. Tuy nhiên, với sự gia tăng hàm lượng silicon, số lượng nhóm eutectic tăng lên đáng kể, nhưng thay vào đó độ bền lại giảm đi; Độ bền của gang tăng lên khi nhiệt độ quá nhiệt tăng (đến 1500oC), nhưng tại thời điểm này, số lượng nhóm eutectic giảm đáng kể. Mối quan hệ giữa quy luật thay đổi số lượng nhóm eutectic gây ra bởi quá trình tiêm chủng lâu dài và sự gia tăng cường độ không phải lúc nào cũng có cùng xu hướng. Độ bền thu được khi xử lý cấy bằng FeSi chứa Si và Ba cao hơn so với CaSi, nhưng số lượng nhóm eutectic của gang ít hơn nhiều so với CaSi. Với sự gia tăng số lượng nhóm eutectic, xu hướng co ngót của gang tăng lên. Để ngăn chặn sự hình thành co ngót ở các bộ phận nhỏ, số lượng nhóm eutectic phải được kiểm soát dưới 300 ~ 400/cm2.
6. Việc bổ sung các nguyên tố hợp kim (Cr, Mn, Mo, Mg, Ti, Ce, Sb) thúc đẩy quá trình siêu lạnh trong chế phẩm than chì hóa có thể cải thiện mức độ siêu lạnh của gang, tinh chế ngũ cốc, tăng lượng austenit và thúc đẩy sự hình thành ngọc trai. Các nguyên tố hoạt động bề mặt được thêm vào (Te, Bi, 5b) có thể được hấp phụ trên bề mặt hạt nhân than chì để hạn chế sự phát triển của than chì và giảm kích thước than chì, nhằm đạt được mục đích cải thiện tính chất cơ học toàn diện, cải thiện tính đồng nhất và tăng quy định tổ chức. Nguyên tắc này đã được áp dụng trong thực tế sản xuất gang có hàm lượng carbon cao (chẳng hạn như các bộ phận phanh).
Thời gian đăng: Jun-05-2024
