Análise das dificuldades na usinagem de ferro fundido cinzento

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Para resolver os problemas de usinagem de fundição de ferro fundido em uma empresa, os componentes e propriedades do pig de fundição e fundidos foram analisados ​​por microscópio óptico, microscópio eletrônico de varredura, dureza Brinell, dureza micro Vickers e análise espectral. Os resultados mostram que o teor de S e P do ferro-gusa 26 # estava acima do lado alto, o teor de Si do ferro-gusa 22 # é baixo, portanto as composições químicas não atendiam aos critérios. O equivalente de carbono das peças fundidas é de 4.36%, que pertence a peças fundidas com alto teor de carbono equivalente. A proporção de Si e C é de 0.46, que está no lado inferior. O teor de Si e Mn na fundição é baixo, além do teor de Cr ser alto, o que é suficiente para produzir o fenômeno de resfriamento, há elemento V nas mais fundições. a microestrutura da peça fundida é ferrita, perlita, grafita e carboneto. Alguma parte do carboneto contém Cr, V e outros elementos de microliga, e a microdureza é superior a 1 100 HV, que é a principal causa de dificuldade de usinagem. Portanto, para melhorar a capacidade de usinagem, em primeiro lugar, o conteúdo de V e Cr não deve ultrapassar o padrão. Em segundo lugar, o conteúdo de Si deve ser aumentado e deve-se primeiro escolher adicionar a inoculação. Para fundições exigentes, o carboneto pode ser decomposto por recozimento de grafitização.

Cantos brancos de peças fundidas de ferro cinzento com paredes finas são defeitos comuns em peças fundidas [1-4]. Geralmente, pequenas peças fundidas têm paredes finas e são fundidas em areia verde. Embora a composição química do ferro fundido seja qualificada, devido à influência da espessura da parede da fundição e da condutividade térmica da fundição, as partes grossas e finas da mesma fundição. Tanto o interior como o exterior podem ter uma organização diferente. Principalmente os cantos das peças fundidas são propensos a bocas brancas, que causam dificuldades na usinagem, resultando no chamado “material duro”. A maioria das peças de ferro fundido cinzento "material duro" ocorrem na parte áspera. Tais como: bordas e cantos, ranhuras, superfícies convexas, superfícies, etc. A dureza do material tem muito a ver com a tendência da boca branca. Visando os difíceis problemas de usinagem na própria produção de peças fundidas de uma determinada empresa, este trabalho realiza um estudo sistemático, analisa as causas dos "materiais duros" e propõe as soluções correspondentes.

1 Materiais e métodos experimentais

Ferro-gusa fundido 22 #, 26 # e uma fundição de máquina número 0 # foram amostrados no local. A amostragem por corte de fio foi realizada respectivamente, e a observação do tecido óptico e do tecido de varredura foi realizada. Químico em ferro fundido e fundidos
Teste de composição para excluir a influência de oligoelementos no desempenho de processamento de peças fundidas. As peças fundidas foram amostradas para observação metalográfica em microscópios ópticos e de varredura ZEISS, testador de dureza digital HBS-3000 Brinell e testador de microdureza HTM-1000TM foram usados ​​para teste de dureza. A composição química do ferro-gusa e das peças fundidas é mostrada na Tabela 1.

C	Si	Mn	P	S	W	Te	Bi	Cr	V	Ce	B	Mo
0 3.73 #	1.75	0.17	0.15	0.12	≤ 0.01	<0.000	5	<0.000	5	0.11	0.027	0.01	0.004	4	≤ 0.01
22 4.08 #	1.86	0.055	0.07	0.02	≤ 0.01	<0.000	5	<0.000	5	≤ 0.010	≤ 0.010	0.01	0.002	2	≤ 0.01
26 3.38 #	2.51	0.17	0.45	0.095	≤ 0.01	<0.000	5	<0.000	5	0.023	0.044	0.01	0.008	9	≤ 0.01

2.1 Análise de composição química

Quando o carbono do ferro fundido cinzento existe na forma de carbonetos, aumenta a tendência ao branqueamento, o que dificulta a usinagem e causa o chamado problema do "material duro". Portanto, o ferro fundido cinzento deve minimizar a tendência de branqueamento, para que o carbono exista na forma de grafite. Vários elementos têm efeitos diferentes no processo de grafitização e algumas pedras de aceleração
A tinta, alguns tornam a grafitização mais lenta. De um modo geral, a maioria dos elementos que podem enfraquecer a força de ligação entre os átomos de ferro e carbono e aumentar a capacidade de autodifusão dos átomos de ferro podem promover a grafitização do ferro fundido; caso contrário, dificultará a grafitização do ferro fundido, ou seja, aumentará a tendência de boca branca. . Para testar ferro fundido
A qualidade do ferro-gusa e a eliminação da influência de oligoelementos no branqueamento de peças fundidas. Os cinco elementos e os elementos de branqueamento comuns das matérias-primas e peças fundidas foram testados. Cada amostra foi testada para 13 elementos. Um total de 39 lotes de ferro-gusa e peças fundidas foram testados. A composição química é mostrada na Tabela 1.

Padrão de ferro-gusa de ferro fundido da China (GB / T 718-2005) [5], no padrão, o teor de Si de ferro-gusa 22 # é 2.00% ~ 2.40%, e o conteúdo de Si de ferro-gusa 26 # é 2.40% ~ 2.80%. De acordo com a Tabela 2, os testes de ferro-gusa 22 # e 26 # de uma empresa mostraram que o teor de Si do ferro-gusa 22 # era de 1.86, o que não atendia ao limite inferior do padrão.
Ele atende ao padrão e o conteúdo de Mn também é baixo. 26 # o teor de ferro-gusa P e S é muito alto, o teor de P atinge o nível 5, o teor de S excede o padrão e contém uma certa quantidade de Cr. A composição do teste de fundição 0 # mostra que apenas o conteúdo de Cr dos elementos de branqueamento atingiu a tendência de branqueamento, e o conteúdo de outros oligoelementos não atingiu o conteúdo mínimo de causar branqueamento, de modo que o impacto é desprezível. Em comparação com a seleção dos cinco elementos no "Manual de Fundição" [6], pode-se ver que o teor de carbono das peças fundidas neste estudo é relativamente alto, o teor de Si é relativamente baixo e o teor de Mn é relativamente baixo .

2.2 Teste de dureza

No testador de dureza Brinell com display digital HBS-3000, o teste é 1875 N, o diâmetro do indentador é 2.5 mm e a dureza dos 5 testes é mostrada na Tabela 2. No testador de microdureza digital, a área branca na foto óptica foi marcada com microdureza. Os resultados são mostrados na Tabela 3. Portanto, embora a dureza macroscópica média da matriz seja muito baixa, apenas a dureza Brinell é cerca de 145 HB, a dureza de sua área local é muito alta, atingindo a dureza Vickers de cerca de 1 000 HV . Quanto menor for o caroço, maior será a dureza. De acordo com a literatura, a dureza do fósforo eutético é 500 ~ 700 HV, ledeburita ≤ 800 HV e carboneto> 900 HV.

Portanto, os resultados da análise de dureza mostram que a área branca é o carboneto de cementita duro e quebradiço, o que basicamente exclui o fósforo eutético, principal razão para o material duro. Para determinar com precisão a composição deste carboneto, é necessária uma análise do espectro de energia.

2.3 Análise do espectro de energia

O alargamento parcial da área branca óptica é mostrado nas Fig. 2 e Fig. 3. É caracterizado pela distribuição de orifícios rebaixados na matriz e pela característica de eutética. Portanto, a análise de energia desta área mostra que os elementos contidos na parte rebaixada da área são os elementos Fe, P e C, então é julgado como Fe3 (C, P), o elemento P é armazenado
Segregação. O elemento P na parte rebaixada é mais alto, não um produto eutético, mas um orifício formado pela solidificação e contração final. Figura 4 Os resultados da análise do espectro de energia mostram que, além dos elementos Fe, P e C, a área branca contém Cr e V, formando carbonetos de liga, que são cada vez mais duros.
Faça o corte.

2.4 Análise organizacional

A foto ótica mostra a estrutura metalográfica da fundição feita por condicionamento com álcool de ácido nítrico 4%, conforme mostrado na Figura 5. Dentre eles, a, b, c e d estão a estrutura do núcleo da fundição, e e, f, g, eh são a estrutura de borda da peça fundida. a, b, c, d e e, f, g, h correspondem a 50, 100, 200 e 1,000 vezes as fotos de tecido. A foto digitalizada do tecido é mostrada na Figura 6, e a seta aponta para a área branca na foto do tecido óptico correspondente, que é de carboneto. As áreas do bloco branco são carbonetos, os flocos são grafite e as áreas cinzentas são perlite. Pode-se observar que a estrutura metalográfica é ferrita + perlita + grafita + carboneto, estrutura sem caroço. A brancura das bordas é obviamente mais séria do que a do coração. Comparando com GB / T7216-2009, pode-se ver que [7], o tecido cardíaco é o inicial
O tipo F de grafite em forma de estrela bruta tem um comprimento de cerca de 150 μm e uma largura de cerca de 5 μm. Este é formado por ferro fundido com alto teor de carbono sob condições de sub-resfriamento relativamente grandes. A estrutura da camada da borda é uma grafite fina e crespa reunida em uma distribuição semelhante a um crisântemo de grafite tipo B. O comprimento é de cerca de 100 μm e a largura é de 3 μm. Determine o número de carbonetos
A quantidade de carboneto no tecido cardíaco é de cerca de 5%, atingindo o nível 3. A quantidade de carboneto no tecido da borda é de cerca de 10%, atingindo o nível 4. Quando o carbono está na forma de grafite, o grafite pode ser usado para lubrificação durante a usinagem e o corte é fácil. Quando o carbono existe na forma de carboneto (Fe3C), porque a cementita Fe3C é dura e quebradiça, a usinagem é difícil, especialmente quando contém outros elementos de liga (como Cr), cementita de liga ((Fe, M) 3C). Este composto é cada vez mais difícil de cortar, e o chamado problema do "material duro" ocorre durante a usinagem [8]. Portanto, no processo de fundição de peças de ferro fundido cinzento, é necessário reduzir a quantidade de carbono para evitar o aparecimento de carbonetos e, se necessário, tomar algumas medidas para promover a grafitização do carbono.

3 Análise e discussão

Os principais fatores que afetam o desempenho da usinagem de peças fundidas são a composição química do ferro fundido e a taxa de resfriamento de solidificação. O teor de carbono e o teor de silício na composição química do ferro fundido são os dois fatores de controle mais importantes. A taxa de resfriamento da peça fundida depende principalmente da espessura da parede da peça fundida. Quando o teor de carbono e silício no ferro fundido é constante, quanto mais fina a parede da fundição, maior a tendência do ferro fundido para branquear. Quando a espessura da parede da peça fundida é constante, quanto maior o conteúdo total de carbono e silício no ferro fundido, mais completo é o grau de grafitização do ferro fundido.

O carbono equivalente da peça fundida neste estudo é de 4.36%, que é uma peça fundida com alto teor de carbono; a relação Si / C é de 0.46, que é baixa. Aumentar o equivalente de carbono torna os flocos de grafite mais espessos, o número aumenta e a resistência e a dureza diminuem. O aumento de Si / C pode reduzir a tendência de boca branca.

Na produção de ferro fundido cinzento, a influência do superaquecimento e o efeito da gestação também precisam ser considerados. Aumentar a temperatura do ferro fundido dentro de uma certa faixa pode tornar o refinamento da grafite, a estrutura da matriz mais fina, a resistência à tração aumentada e a dureza diminuída. É necessário considerar de forma abrangente a composição da carga, o equipamento de fundição e os fatores de energia da composição química. O tratamento de inoculação consiste em adicionar o inoculante ao ferro fundido para alterar o estado metalúrgico do ferro fundido antes que o ferro fundido entre na cavidade de fundição, e aumentar o núcleo não espontâneo é o refinamento do grafite. Melhorando assim a microestrutura e o desempenho do ferro fundido. Inoculantes comuns incluem ferrossilício, silício de cálcio e grafite. Combinando nossos produtos e custos de produção, é recomendado o uso de ferrossilício (75% de silício, a quantidade de adição é de cerca de 0.4% do peso do ferro fundido). Em segundo lugar, ferrossilício de bário e ferrossilício de estrôncio. O ferrossilício inocula o efeito de ação rápida, atingindo o pico em 1.5 min, e declinando para o estado não grávido após 8 ~ 10 min, o que pode reduzir o grau de super-resfriamento e tendência à boca branca, aumentar o número de aglomerados eutéticos, forma tipo A grafite, melhora a uniformidade da seção e aumenta a resistência. A resistência à tração é de 10-20 MPa. Desvantagens: pouca resistência à decomposição. Se o processo de inoculação tardia não for usado, não é ideal para grandes diferenças de espessura de parede e longo tempo de vazamento.

O ferrossilício de bário tem uma capacidade mais forte de aumentar o número de aglomerados eutéticos e melhorar a uniformidade da seção do que o ferrossilício. A capacidade de resistir ao declínio é forte e o efeito da inoculação pode ser mantido por 20 minutos. Adequado para vários tipos de peças de ferro fundido cinzento, especialmente adequado para peças em grande escala com paredes espessas e condições de produção com longo tempo de vazamento.

O ferrossilício de estrôncio tem capacidade de redução de brancura 30% a 50% maior do que o ferrossilício e tem melhor uniformidade de seção e capacidade anti-deterioração do que o ferrossilício. Ao mesmo tempo, não aumenta o número de aglomerados eutéticos, é fácil de dissolver e possui menos escória. Peças de paredes finas, especialmente peças que requerem contração e vazamento com aglomerados de alta eutética, não são desejadas.

O conteúdo de Mn das peças fundidas neste estudo é baixo. O manganês em si é um elemento que impede a grafitização, mas o manganês pode compensar o forte efeito de branqueamento do enxofre. Portanto, dentro do limite de compensar o efeito do enxofre, o manganês realmente desempenha um papel na promoção da grafitização. A prática tem demonstrado que o aumento do teor de manganês pode não apenas aumentar e refinar a perlita, mas também não é prejudicial para relaxar apropriadamente o controle do enxofre. Portanto, é recomendado aumentar apropriadamente o conteúdo de Mn.

Conclusão 4

O principal motivo da dificuldade de usinagem das peças fundidas neste estudo é o aparecimento de carbonetos de cementita, principalmente os carbonetos de cementita de ligas contendo Cr, V e outros elementos são os principais motivos das dificuldades de usinagem. Para melhorar esse problema, a primeira ideia é reduzir ou eliminar carbonetos na organização. Alterar a composição das peças fundidas e ajustar o processo de produção são formas eficazes. Combinado com a situação específica de produção das peças fundidas neste estudo, as seguintes sugestões de produção são apresentadas:

• (1) Para aumentar o conteúdo de silício, a primeira escolha é adicionar um inoculante antes de despejar. Para ferrossilício (75% de silício), ferrossilício de bário e ferrossilício de estrôncio também podem ser usados ​​de acordo com o tempo de vazamento e os efeitos no local. Recomenda-se o uso de inoculantes compostos (Si-Ba e RE-Si).
• (2) Aumentar o teor de manganês na fundição para compensar o forte efeito de boca branca do enxofre.
• (3) Melhorar a qualidade do ferro-gusa. 26 # Teor de ferro-gusa P e S muito alto.
• (4) Reduzir o teor de Cr nas peças fundidas. O alto teor de Cr (> 0.1) nas peças fundidas já pode produzir o efeito de clareamento. O Cr pode aumentar significativamente a dureza e prejudicar o desempenho da usinagem.

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