¿Cómo producir piezas de hierro fundido con alto contenido de cromo de alta calidad?

El hierro fundido con alto contenido de cromo es un material extremadamente importante resistente al desgaste y ampliamente utilizado en industrias como la metalurgia, la minería, el cemento y la energía. Sus procesos de fusión y tratamiento térmico requieren estrictos requisitos para asegurar la obtención de una microestructura ideal y una excelente resistencia al desgaste.

La siguiente es una explicación detallada de los puntos clave de la fusión de los ingredientes, la temperatura de fusión, la temperatura de vertido y el proceso de tratamiento térmico para el hierro fundido con alto contenido de cromo.

1. La composición química del hierro fundido fundido con alto contenido de cromo es la base de su rendimiento, generalmente con Cr/C (relación cromo-carbono) como elemento de diseño central.

1. Rango de composición química principal (típico): Carbono (C): 2,0% -3,5%. El contenido de carbono determina la cantidad, morfología y dureza de los carburos primarios y eutécticos. Cuanto mayor es el contenido de carbono, mayor es la dureza, pero la tenacidad disminuye. Cromo (Cr): 12% -30% (comúnmente encontrado en 15% -28%). El cromo es un elemento clave para formar carburos y garantizar la resistencia a la corrosión del sustrato. El punto clave es controlar la relación Cr/C. Molibdeno (Mo): 0,5% -3,0%. El molibdeno puede mejorar la templabilidad, inhibir la transformación de perlita y promover la formación de bainita o martensita, especialmente para piezas fundidas de secciones grandes. Al mismo tiempo, puede refinar la organización, mejorar la dureza y la resistencia al desgaste. Cobre (Cu): 0,5%-1,5%. También se utiliza para mejorar la templabilidad y es un sustituto parcialmente económico del molibdeno, pero su efecto no es tan bueno como el del molibdeno. Níquel (Ni): 0-1,5%. Ayudar a mejorar la templabilidad y fortalecer la matriz. Manganeso (Mn): 0,5%-1,0%. Estabiliza la austenita y mejora la templabilidad. Sin embargo, niveles excesivamente altos pueden estabilizar la austenita, lo que lleva a un aumento de la austenita residual y a la segregación en los límites de los granos, lo que es perjudicial para la tenacidad. Silicio (Si): 0,3% -1,0%. Elementos desoxidantes, pero promoverán la grafitización del carburo, por lo que el contenido no debe ser demasiado alto. Azufre (S) y fósforo (P): Estrictamente limitado. P < 0,06%, S < 0,05%. Todos ellos son elementos nocivos que pueden reducir seriamente la tenacidad y la resistencia y aumentar la tendencia al agrietamiento térmico.

2. La importancia de la relación Cr/C: Cr/C<4: (Fe, Cr) ∝ C aparecerán en la estructura carburos, con menor dureza y pobre resistencia al desgaste. Cr/C ≈ 4-10: alta dureza (Fe, Cr) ₇ C ∨ el carburo eutéctico (que es la principal fuente de resistencia al desgaste del hierro fundido con alto contenido de cromo) se forma en forma de varilla o tira, que tiene menos efecto de división en la matriz y mejor tenacidad. Este es el intervalo más utilizado. Cr/C>10: Comienzan a formarse una gran cantidad de carburos tipo (Cr, Fe) ₂ ∝ C ₆. Aunque se mejora la resistencia a la corrosión, la dureza disminuye y la resistencia al desgaste no es tan buena como (Fe, Cr) ₇ C ₆.

3. Cálculo de ingredientes: Calcule la relación de carga del horno en función del ingrediente objetivo y la tasa de recuperación. La carga del horno generalmente se compone de arrabio, chatarra de acero, hierro al cromo (como hierro al cromo con alto contenido de carbono, hierro al cromo con bajo contenido de carbono), hierro al molibdeno, cobre, placa de níquel, etc. Referencia para la tasa de recuperación: elementos como Cr y Mo tienen una alta tasa de recuperación cuando se funden en un horno de inducción de frecuencia media, generalmente calculada en 95% -98%. La tasa de recuperación de Mn es aproximadamente del 85% al ​​95%.

2. Temperatura de fusión y temperatura de vertido.

1. Temperatura de fundición: la temperatura de extracción no debe ser demasiado alta, generalmente controlada entre 1480 ° C y 1520 ° C. Motivo: la temperatura excesiva puede aumentar la pérdida por combustión de elementos de aleación (como la oxidación de Cr y Si), intensificar la absorción de hidrógeno y nitrógeno en el líquido del acero y hacer que los granos sean gruesos. La baja temperatura no favorece la fusión de la aleación, la homogeneización de la composición y la separación de la escoria de hierro.

2. Temperatura de vertido: la temperatura de vertido debe determinarse de acuerdo con el espesor de la pared y la estructura de la pieza fundida, que generalmente oscila entre 1380 ° C y 1450 ° C. Para piezas gruesas y simples, se debe utilizar una temperatura de vertido más baja (como 1380 ° C a 1420 ° C) para facilitar la solidificación secuencial, reducir la contracción y refinar el tamaño del grano. Piezas complejas y de paredes delgadas: utilice temperaturas de vertido más altas (como 1420 ° C-1450 ° C) para garantizar una buena capacidad de llenado. Principio: Bajo la premisa de asegurar el llenado, intente utilizar una temperatura de vertido lo más baja posible.

3. Puntos clave del proceso de tratamiento térmico.

La microestructura fundida del hierro fundido con alto contenido de cromo suele ser austenita + carburos eutécticos + perlita parcial, con baja dureza y poca tenacidad. Sólo mediante tratamiento térmico se puede obtener una matriz martensítica con alta dureza y resistencia al desgaste.

El núcleo del tratamiento térmico es la "austenitización+enfriamiento".

1. Austenitización: Temperatura: 940 ° C-980 ° C. La temperatura específica depende de la composición, especialmente del contenido de Cr y C. Para fórmulas con alto contenido de carbono y cromo, tome el límite de temperatura inferior; de lo contrario, tome el límite de temperatura superior. Tiempo de aislamiento: Normalmente se calcula en función del espesor de la pared, el aislamiento tarda 1 hora por cada 25 milímetros. Asegúrese de que el carbono y los elementos de aleación de los carburos estén completamente disueltos en la austenita, pero un tiempo prolongado puede provocar el crecimiento del grano y el engrosamiento del carburo. Punto clave: después de la austenitización, la matriz se vuelve austenita rica en carbono y elementos de aleación.

2. Enfriamiento: Método de enfriamiento: Después de retirarlo de la temperatura de austenitización, se debe enfriar (apagar) rápidamente. Método común: Enfriamiento por aire: este es el método más utilizado y seguro. Debido a su alto contenido en aleación y buena templabilidad, la refrigeración por aire es suficiente para evitar la transformación perlita y obtener una matriz martensítica. Para componentes grandes o complejos, la refrigeración por aire puede reducir eficazmente el riesgo de grietas. Enfriamiento por aire forzado: usar un ventilador para soplar aire y acelerar el enfriamiento. Temple al aceite: Sólo se utiliza para piezas fundidas de formas muy pequeñas o simples, de alto riesgo y fácil agrietamiento, que requieren mucha precaución. Propósito: Superenfriar la austenita de alta temperatura por debajo de la temperatura de transformación martensítica (punto Ms) y transformarla en martensita de alta dureza.

3. Templado: Necesidad: Después del temple, la tensión interna es extremadamente alta y la estructura es martensita + austenita residual, que es muy frágil y debe templarse inmediatamente. Temperatura: Generalmente se utiliza el templado a baja temperatura entre 200°C y 300°C, y en ocasiones también se utiliza el templado a temperatura media alrededor de 450°C (lo que reduce la dureza pero mejora la tenacidad). Tiempo de aislamiento: 2-6 horas (dependiendo del espesor de la pared). Función: Aliviar el estrés de enfriamiento y evitar grietas durante el uso. La transformación de martensita templada en martensita revenida reduce ligeramente la dureza, pero mejora significativamente la tenacidad y la estabilidad. Promover la transformación de parte de austenita residual en martensita (enfriamiento secundario).

4. Proceso especial: Tratamiento subcrítico. Para algunas condiciones de trabajo que requieren una alta tenacidad al impacto, se puede utilizar un tratamiento subcrítico con aislamiento a largo plazo (como de 4 a 10 horas) entre 450 °C y 520 °C. Este proceso descompone la austenita residual en ferrita y carburos de bainita, lo que da como resultado una excelente combinación de resistencia y tenacidad, pero la dureza puede disminuir.

Resumen: Una curva típica de tratamiento térmico para hierro fundido con alto contenido de cromo KmTBCr26 es la siguiente: [Austenitización] Calentamiento a 960 °C ± 10 °C ->Mantener durante 4-6 horas ->[Enfriamiento] Enfriamiento por aire a temperatura ambiente ->[Templado] Calentamiento inmediato a 250 °C ± 10 °C ->Mantener durante 4-6 horas ->Enfriamiento por aire después de la descarga. Recordatorio importante: Antes de ingresar al horno para tratamiento térmico, las piezas fundidas deben limpiarse a fondo (eliminando arena de moldeo, mazarotas, etc.). La velocidad de calentamiento no debe ser demasiado rápida, especialmente para componentes complejos. Se recomienda calentar paso a paso (como mantener una temperatura uniforme de 600 °C durante un período de tiempo). Después del templado, se debe enfriar a temperatura ambiente antes de su uso. Sólo controlando con precisión la composición, la fusión y una serie de parámetros de tratamiento térmico se pueden producir piezas de hierro fundido de alto rendimiento y resistentes al desgaste con alto contenido de cromo.