Wie lassen sich hochfeste Graugussteile ohne Zugabe von Edelmetallen wie Legierungen herstellen?

Detaillierter Prozessablauf zur Herstellung von hochfestem Grauguss HT300 ohne Legierung

Phase 1: Zutaten und Schmelzen – Grundsteinlegung

1. Ausgewählte Ofenmaterialien: Roheisen: Es wird hochreines Roheisen oder hochwertiges Gusseisen verwendet, das sich durch einen geringen Gehalt an Spurenelementen (wie Ti, V, As, Sb usw.) auszeichnet. Diese Spurenelemente können die Morphologie von Graphit beeinträchtigen, was der Festigkeitssteigerung nicht förderlich ist. Die Größe des Eisenblocks sollte gleichmäßig sein. Stahlschrott: Der Beimischungsanteil muss deutlich erhöht werden und beträgt in der Regel 30–40 % der Ofenbeschickung. Die Verwendung von kohlenstoff- und schwefelarmem, sauberem Stahlschrott, wie z. B. Stanzteilen, Kohlenstoffstahlabfällen usw., zielt darauf ab, Kohlenstoff und Verunreinigungen in der Eisenschmelze zu verdünnen. Recycelte Materialien: Verwenden Sie Angüsse und Abfallgussteile derselben Marke, um eine stabile Zusammensetzung zu gewährleisten. Kontrollieren Sie den Anteil und die Sauberkeit genau, um zu vermeiden, dass zu viele Verunreinigungen entstehen. 2. Genaue Berechnung der Inhaltsstoffe: Kernidee: Geringes Kohlenstoffäquivalent. Ziel ist eine strenge Kontrolle des Kohlenstoffäquivalents (CE) innerhalb eines engen Bereichs von 3,8 % bis 4,0 %. Kohlenstoff (C): Der Zielwert liegt bei 2,9 % – 3,2 %. Unterdrückung des Kohlenstoffgehalts durch einen hohen Anteil an Stahlschrott. Silizium (Si): Der anfängliche Siliziumgehalt im Ofen wird auf 1,2 % bis 1,5 % kontrolliert, so dass ausreichend Platz für die nachfolgende Inkubationsbehandlung bleibt. Das Gleichgewicht zwischen Mangan (Mn) und Schwefel (S) ist entscheidend. Das Ziel besteht darin, den Schwefelgehalt zwischen 0,07 % und 0,12 % zu kontrollieren und dann die zugesetzte Manganmenge gemäß der Formel Mn % ≈ 1,7 × S % + 0,3 % zu berechnen. Demnach liegt der Mangangehalt in der Regel zwischen 0,8 % und 1,0 %. Dies gewährleistet die Bildung nützlicher MnS-Verbindungen und fördert die Bildung von Perlit. Phosphor (P): Der Gehalt muss strikt auf unter 0,08 % begrenzt werden, da Phosphor die Zähigkeit und Festigkeit von Gusseisen verringern kann. 3. Hochtemperaturschmelzen: Zum Schmelzen wird ein Mittelfrequenz-Induktionsofen verwendet, um eine gleichmäßige Zusammensetzung und eine präzise Temperaturkontrolle zu gewährleisten. Die Zapftemperatur muss über 1520 °C liegen. Der Zweck des Hochtemperaturschmelzens besteht darin, den Gasgehalt (Wasserstoff, Stickstoff) in der Eisenschmelze vollständig zu reduzieren. Nichtmetallische Einschlüsse vollständig ausschwemmen, um reines geschmolzenes Eisen zu erhalten. Sorgen Sie für ausreichende Wärmereserven für die Weiterverarbeitung und das Ausgießen.

Phase 2: Vorbehandlung und Gießen im Ofen – präzise Kontrolle

1. Schnelle Analyse und Einstellung von Ofenkomponenten: Entnehmen Sie flüssige Eisenproben zur Spektralanalyse oder thermischen Analyse, um schnell den tatsächlichen Gehalt an C, Si, Mn, P und S zu ermitteln. Nehmen Sie anhand der Ergebnisse eine Feinabstimmung vor, um sicherzustellen, dass alle Elemente, insbesondere das Kohlenstoffäquivalent, innerhalb des Zielfensters liegen. 2. Effiziente Inkubationsbehandlung: Dies ist die Seele des gesamten Prozesses. Unter kohlenstoffarmen Äquivalentbedingungen ist die Tendenz von geschmolzenem Eisen zur Bildung von Weißschimmel extrem hoch, und es ist notwendig, Weißschimmel zu beseitigen und Graphit durch starke Impfung zu verfeinern. Auswahl der Impfmittel: Wählen Sie Impfmittel mit starker Beständigkeit gegen Zerfall und Keimbildungsfähigkeit, wie z. B. Strontium (Sr) – mit Ferrosilicium oder Barium (Ba) – mit Ferrosilicium. Inkubationsprozess: Anwendung der Fließinokulationsmethode. In dem Moment, in dem das geschmolzene Eisen von der Pfanne zum Gießbecher fließt, wird ein spezieller Impfzuführer verwendet, um dem Fluss des geschmolzenen Eisens gleichmäßig Impfmittel mit einer Partikelgröße von 0,2 bis 0,7 mm hinzuzufügen. Zugabemenge: kontrolliert auf 0,3–0,5 % (bezogen auf das Gewicht des geschmolzenen Eisens). Wirkung: Durch sofortige Inkubation kann eine große Menge an Graphitkristallkernen vor der Erstarrung des geschmolzenen Eisens bereitgestellt werden, wodurch Graphit vom Typ A (feine Flocken, gleichmäßige Verteilung) erhalten und das Auftreten von Zementit an den Rändern wirksam verhindert wird. Die Verfeinerung von Graphit führt direkt zur Verfeinerung der Matrixperlit. 3. Gieß- und Kühlkontrolle: Gießtemperatur: Um eine ausreichende Füllung sicherzustellen, wird eine niedrigere Gießtemperatur verwendet, normalerweise zwischen 1320 ℃ und 1350 ℃. Das Gießen bei niedriger Temperatur trägt dazu bei, die Unterkühlung zu erhöhen und eutektische Cluster zu verfeinern. Gussverfahren: Das bevorzugte Verfahren ist der sandbeschichtete Eisenguss, der die effektivste Technik zur Erzielung einer hohen Festigkeit darstellt. Verwenden Sie als Außenform eine Metallform (Eisenform) und bedecken Sie deren Arbeitsfläche mit einer 4–8 Millimeter dicken Sandschicht. Dieser Prozess kann die Abkühlgeschwindigkeit erheblich verbessern und die schnelle Erstarrung von geschmolzenem Eisen erzwingen. Der Vorteil der schnellen Abkühlung: sehr feine Tintenflocken. Eine deutliche Verfeinerung des Perlit-Zwischenschichtabstands ist der Schlüssel zur Verbesserung der Festigkeit. Machen Sie die Gesamtstruktur des Gussteils dichter und gleichmäßiger. Die Verwendung von Kalteisen: Beim gewöhnlichen Sandguss ist es notwendig, externes Kalteisen in angemessener Weise in den dicken und heißen Teilen des Gussteils zu platzieren, um diese Teile zu zwingen, sich synchron mit den dünnwandigen Teilen zu verfestigen, Schrumpfung und Lockerung zu verhindern und die lokale Struktur zu verfeinern.

Phase drei: Nachbearbeitung und Inspektion

1. Sandreinigung und Wärmebehandlung: Nach dem Erstarren des Gussstücks wird es ausreichend lange in der Form belassen, bis die Phasenübergangstemperatur unterschritten wird. Anschließend wird der Kasten mit Sand gefüllt, um übermäßige innere Spannungen zu vermeiden. Führen Sie ein Spannungsarmglühen durch, normalerweise bei einer Temperatur von 520 °C bis 550 °C, halten Sie es 2–4 Stunden lang und kühlen Sie es dann mit dem Ofen ab. Besondere Aufmerksamkeit: Die Glühtemperatur darf 720 °C nicht überschreiten, da sonst die feine, flockenartige Perle eine Sphäroidisierung erfährt, was zu einer Abnahme der Festigkeit und Härte führt. 2. Strenge Qualitätsprüfung: Mechanische Eigenschaften: Einzelne gegossene oder befestigte Prüfstäbe werden entlang der Linie gegossen und die Zugfestigkeit wird auf einer Universalprüfmaschine gemessen, um eine Stabilität von über 300 MPa sicherzustellen. Metallografische Untersuchung: Überprüfen Sie die metallografische Struktur der Probe oder des Probestabs. Die Zielorganisation ist: ≥ 95 % feiner lamellarer Perlit + kleiner, gleichmäßig verteilter Graphit vom Typ A (Graphitlänge von 3–4 Graden wird bevorzugt) + kein freier Zementit. Härtetest: Messen Sie die Brinell-Härte am Gusskörper. Die Härte von HT300 ohne Legierung liegt normalerweise zwischen 190 und 220 HBW, was ein normales Phänomen ist.

Zusammenfassung und Kerntipps:

Die erfolgreiche Produktion von legierungsfreiem HT300 basiert auf einer präzisen Kette ineinandergreifender Komponenten: hochreines Ofenmaterial + kohlenstoffarme Äquivalentformel + reines Hochtemperaturschmelzen + präzises Mn/S-Gleichgewicht + effiziente sofortige Inkubation + erzwungene schnelle Abkühlung. Jeder Kontrollverlust in einer dieser Verbindungen kann zu unzureichender Festigkeit oder dem Auftreten harter und spröder Phasen führen. Dabei handelt es sich um einen Prozess, der einen extrem hohen Management- und technischen Aufwand erfordert. Sobald er jedoch gemeistert wird, können die Produktionskosten erheblich gesenkt und die Wettbewerbsfähigkeit der Produkte verbessert werden.