Wie stellt man hochwertige Gusseisenteile mit hohem Chromgehalt her?

Gusseisen mit hohem Chromgehalt ist ein äußerst wichtiges verschleißfestes Material, das in Branchen wie Metallurgie, Bergbau, Zement und Energie weit verbreitet ist. Seine Schmelz- und Wärmebehandlungsprozesse erfordern strenge Anforderungen, um eine ideale Mikrostruktur und eine hervorragende Verschleißfestigkeit zu gewährleisten.

Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Erläuterung der wichtigsten Punkte der Schmelzzutaten, der Schmelztemperatur, der Gießtemperatur und des Wärmebehandlungsprozesses für Gusseisen mit hohem Chromgehalt.

1、 Die chemische Zusammensetzung von geschmolzenem Gusseisen mit hohem Chromgehalt ist die Grundlage seiner Leistung, normalerweise mit Cr/C (Chrom-Kohlenstoff-Verhältnis) als zentralem Konstruktionselement.

1. Bereich der chemischen Kernzusammensetzung (typisch): Kohlenstoff (C): 2,0 % – 3,5 %. Der Kohlenstoffgehalt bestimmt die Menge, Morphologie und Härte der Primärkarbide und eutektischen Karbide. Je höher der Kohlenstoffgehalt, desto höher die Härte, aber die Zähigkeit nimmt ab. Chrom (Cr): 12 % – 30 % (üblicherweise in 15 % – 28 % enthalten). Chrom ist ein Schlüsselelement zur Bildung von Karbiden und zur Gewährleistung der Korrosionsbeständigkeit des Substrats. Der entscheidende Punkt ist die Kontrolle des Cr/C-Verhältnisses. Molybdän (Mo): 0,5 % – 3,0 %. Molybdän kann die Härtbarkeit verbessern, die Perlitumwandlung hemmen und die Bildung von Bainit oder Martensit fördern, insbesondere bei Gussstücken mit großem Querschnitt. Gleichzeitig kann es die Organisation verfeinern und die Zähigkeit und Verschleißfestigkeit verbessern. Kupfer (Cu): 0,5 % -1,5 %. Es wird auch zur Verbesserung der Härtbarkeit eingesetzt und ist ein teilweise preiswerter Ersatz für Molybdän, allerdings ist seine Wirkung nicht so gut wie die von Molybdän. Nickel (Ni): 0-1,5 %. Helfen Sie dabei, die Härtbarkeit zu verbessern und die Matrix zu stärken. Mangan (Mn): 0,5 % – 1,0 %. Stabilisiert Austenit und verbessert die Härtbarkeit. Allerdings können zu hohe Gehalte den Austenit stabilisieren, was zu einem Anstieg des Restaustenits und einer Segregation an den Korngrenzen führt, was sich nachteilig auf die Zähigkeit auswirkt. Silizium (Si): 0,3 % – 1,0 %. Desoxidierende Elemente, fördern jedoch die Graphitisierung von Karbiden, daher sollte der Gehalt nicht zu hoch sein. Schwefel (S) und Phosphor (P): Streng begrenzt. P < 0,06 %，S < 0,05 %。 Dies sind alles schädliche Elemente, die die Zähigkeit und Festigkeit erheblich verringern und die Neigung zur thermischen Rissbildung erhöhen können.

2. Die Bedeutung des Cr/C-Verhältnisses: Cr/C<4: (Fe, Cr) ∝ C-Karbide treten in der Struktur auf, mit geringerer Härte und schlechter Verschleißfestigkeit. Cr/C ≈ 4-10: hohe Härte (Fe, Cr) ₇ C ∨ eutektisches Karbid (das die Hauptquelle der Verschleißfestigkeit von Gusseisen mit hohem Chromgehalt ist) wird in Form von Stäben oder Streifen geformt, was eine geringere Spaltwirkung auf die Matrix und eine bessere Zähigkeit hat. Dies ist das am häufigsten verwendete Intervall. Cr/C>10: Es beginnt sich eine große Menge an Karbiden vom Typ (Cr, Fe) ∝ C ₆ zu bilden. Obwohl die Korrosionsbeständigkeit verbessert wird, nimmt die Härte ab und die Verschleißfestigkeit ist nicht so gut wie bei (Fe, Cr)₇ C₆.

3. Zutatenberechnung: Berechnen Sie das Ofenbeschickungsverhältnis basierend auf der Zielzutat und der Rückgewinnungsrate. Die Ofenbeschickung besteht normalerweise aus Roheisen, Stahlschrott, Chromeisen (z. B. Chromeisen mit hohem Kohlenstoffgehalt, Chromeisen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt), Molybdäneisen, Kupfer, Nickelblech usw. Referenz für die Rückgewinnungsrate: Elemente wie Cr und Mo weisen beim Schmelzen in einem Mittelfrequenz-Induktionsofen eine hohe Rückgewinnungsrate auf, die normalerweise auf 95 % bis 98 % berechnet wird. Die Rückgewinnungsrate von Mn beträgt etwa 85–95 %.

2、 Schmelztemperatur und Gießtemperatur

1. Schmelztemperatur: Die Abstichtemperatur sollte nicht zu hoch sein und normalerweise zwischen 1480 ° C und 1520 ° C liegen. Grund: Eine zu hohe Temperatur kann den Verbrennungsverlust von Legierungselementen (z. B. Cr- und Si-Oxidation) erhöhen, die Absorption von Wasserstoff und Stickstoff in der Stahlflüssigkeit verstärken und die Körner grob machen. Niedrige Temperaturen begünstigen das Schmelzen der Legierung, die Homogenisierung der Zusammensetzung und die Eisenschlackentrennung nicht.

2. Gießtemperatur: Die Gießtemperatur sollte entsprechend der Wandstärke und Struktur des Gussstücks bestimmt werden und liegt normalerweise im Bereich von 1380 °C bis 1450 °C. Für dicke und einfache Teile sollte eine niedrigere Gießtemperatur (z. B. 1380 °C bis 1420 °C) verwendet werden, um die sequentielle Erstarrung zu erleichtern, die Schrumpfung zu reduzieren und die Korngröße zu verfeinern. Dünnwandige und komplexe Teile: Verwenden Sie höhere Gießtemperaturen (z. B. 1420 °C–1450 °C), um eine gute Füllfähigkeit zu gewährleisten. Prinzip: Um die Füllung sicherzustellen, versuchen Sie, eine möglichst niedrigere Gießtemperatur zu verwenden.

3、 Wichtige Punkte des Wärmebehandlungsprozesses

Die Mikrostruktur im Gusszustand von Gusseisen mit hohem Chromgehalt besteht normalerweise aus Austenit + eutektischen Karbiden + teilweisem Perlit mit geringer Härte und schlechter Zähigkeit. Eine martensitische Matrix mit hoher Härte und Verschleißfestigkeit kann nur durch Wärmebehandlung erreicht werden.

Der Kern der Wärmebehandlung ist „Austenitisierung+Abschrecken“.

1. Austenitisieren: Temperatur: 940 ° C-980 ° C. Die spezifische Temperatur hängt von der Zusammensetzung ab, insbesondere vom Gehalt an Cr und C. Für Formeln mit hohem Kohlenstoff- und hohem Chromgehalt ist die untere Temperaturgrenze zu verwenden, andernfalls die obere Temperaturgrenze. Isolierzeit: In der Regel auf der Grundlage der Wandstärke berechnet, dauert die Isolierung alle 25 Millimeter 1 Stunde. Stellen Sie sicher, dass der Kohlenstoff und die Legierungselemente in den Karbiden vollständig im Austenit gelöst sind. Eine längere Zeit kann jedoch zu Kornwachstum und Karbidvergröberung führen. Kernpunkt: Nach der Austenitisierung wird die Matrix zu Austenit, der reich an Kohlenstoff und Legierungselementen ist.

2. Abschrecken: Abkühlmethode: Nachdem es von der Austenitisierungstemperatur entfernt wurde, muss es schnell abgekühlt (abgeschreckt) werden. Gängige Methode: Luftabschreckung: Dies ist die am häufigsten verwendete und sicherste Methode. Aufgrund seines hohen Legierungsgehalts und seiner guten Härtbarkeit reicht eine Luftkühlung aus, um eine Perlitumwandlung zu vermeiden und eine martensitische Matrix zu erhalten. Bei großen oder komplexen Bauteilen kann die Luftkühlung das Risiko einer Rissbildung wirksam reduzieren. Zwangsluftabschreckung: Verwendung eines Ventilators, um Luft einzublasen und die Abkühlung zu beschleunigen. Ölabschrecken: Wird nur für sehr kleine oder einfach geformte Gussteile verwendet, bei denen ein hohes Risiko besteht und die Gefahr einer Rissbildung besteht, was große Vorsicht erfordert. Zweck: Hochtemperatur-Austenit unter die martensitische Umwandlungstemperatur (Ms-Punkt) zu unterkühlen und in Martensit hoher Härte umzuwandeln.

3. Anlassen: Notwendigkeit: Nach dem Abschrecken ist die innere Spannung extrem hoch und das Gefüge besteht aus Martensit + Restaustenit, das sehr spröde ist und sofort angelassen werden muss. Temperatur: Normalerweise wird ein Anlassen bei niedriger Temperatur zwischen 200 °C und 300 °C verwendet, manchmal wird auch ein Anlassen bei mittlerer Temperatur um 450 °C verwendet (was die Härte verringert, aber die Zähigkeit verbessert). Isolierzeit: 2-6 Stunden (abhängig von der Wandstärke). Funktion: Löschspannung abbauen und Rissbildung während des Gebrauchs verhindern. Durch die Umwandlung von abgeschrecktem Martensit in angelassenen Martensit wird die Härte geringfügig verringert, die Zähigkeit und Stabilität jedoch erheblich verbessert. Fördern Sie die Umwandlung von Restaustenit in Martensit (sekundäres Abschrecken).

4. Sonderverfahren: Unterkritische Behandlung. Für einige Arbeitsbedingungen, die eine hohe Schlagzähigkeit erfordern, kann eine unterkritische Behandlung mit Langzeitisolierung (z. B. 4–10 Stunden) zwischen 450 °C und 520 °C eingesetzt werden. Dieser Prozess zersetzt Restaustenit in Bainitferrit und Karbide, was zu einer hervorragenden Kombination aus Festigkeit und Zähigkeit führt, die Härte kann jedoch abnehmen.

Zusammenfassung: Eine typische Wärmebehandlungskurve für KmTBCr26-Gusseisen mit hohem Chromgehalt sieht wie folgt aus: [Austenitisierung] Erhitzen auf 960 °C ± 10 °C ->Halten für 4–6 Stunden ->[Abschrecken] Luftkühlung auf Raumtemperatur ->[Anlassen] Sofortiges Erhitzen auf 250 °C ± 10 °C ->Halten für 4–6 Stunden ->Luftkühlung nach Entladung. Wichtiger Hinweis: Vor dem Betreten des Ofens zur Wärmebehandlung müssen die Gussteile gründlich gereinigt werden (Formsand, Steigrohre usw. entfernen). Insbesondere bei komplexen Bauteilen sollte die Aufheizgeschwindigkeit nicht zu hoch sein. Es wird empfohlen, das Aufheizen schrittweise durchzuführen (z. B. eine gleichmäßige Temperatur von 600 ° C über einen bestimmten Zeitraum aufrechtzuerhalten). Nach dem Tempern muss es vor der Verwendung auf Raumtemperatur abgekühlt werden. Nur durch die genaue Steuerung der Zusammensetzung, des Schmelzens und einer Reihe von Wärmebehandlungsparametern können leistungsstarke, verschleißfeste Teile aus Gusseisen mit hohem Chromgehalt hergestellt werden.