Conditions de réalisation de la fonte nodulaire sans colonne montante

1 Les caractéristiques de solidification de la fonte ductile
Les différentes méthodes de solidification de la fonte nodulaire et de la fonte grise sont dues aux différentes méthodes de croissance du graphite nodulaire et du graphite lamellaire.

Dans la fonte grise hypoeutectique, le graphite commence à précipiter au bord de l'austénite primaire. Les deux côtés de la feuille de graphite sont entourés d'austénite et absorbent le graphite de l'austénite pour s'épaissir. La pointe de la feuille de graphite est dans le liquide. Il se développe en absorbant le graphite.

Dans la fonte nodulaire, comme le graphite est sphérique, les billes de graphite commencent à absorber le graphite après la précipitation. Le liquide environnant devient de l'austénite solide et entoure les billes de graphite en raison de la diminution de la quantité de w(C) ; Entouré d'austénite, le seul carbone qui peut être absorbé à partir de l'austénite est relativement limité, tandis que le carbone dans le liquide diffuse lentement dans la bille de graphite à travers le solide, et être entouré d'austénite limite sa croissance ; Ainsi, même si l'équivalent carbone de la fonte nodulaire est beaucoup plus élevé que celui de la fonte grise, la graphitisation de la fonte nodulaire est plus difficile, il n'y a donc pas assez d'expansion de graphitisation pour compenser le retrait de solidification ; par conséquent, la fonte nodulaire est sujette au retrait.

De plus, l'épaisseur de la couche d'austénite qui enveloppe la bille de graphite est généralement 1.4 fois le diamètre de la bille de graphite. C'est-à-dire que plus la bille de graphite est grosse, plus la couche d'austénite est épaisse et plus il est difficile pour le carbone du liquide de se transférer à la bille de graphite à travers l'austénite. Super [1].

La raison fondamentale pour laquelle la fonte ductile à faible teneur en silicium est sujette à la bouche blanche est également la méthode de solidification de la fonte ductile. Comme mentionné ci-dessus, en raison de la difficulté de graphitisation de la fonte ductile, il n'y a pas assez de chaleur latente de cristallisation générée par la graphitisation pour être libérée dans le moule, ce qui augmente le degré de surfusion, et le graphite n'a pas le temps de précipiter pour former cémentite. De plus, la fonte à graphite sphéroïdal a une croissance et un déclin rapides, ce qui est également l'un des facteurs extrêmement sujets au refroidissement excessif [1].

2 Conditions pour la fonte nodulaire sans coulée de colonne montante

Il n'est pas difficile de voir d'après les caractéristiques de solidification de la fonte ductile qu'il est plus difficile d'obtenir une coulée sans colonne montante pour les pièces en fonte ductile. Sur la base de mes nombreuses années d'expérience pratique dans la production, l'auteur a fait quelques généralisations et résumés sur les conditions requises pour que la fonte nodulaire réalise le processus de coulée sans colonne montante, et le partage avec ses collègues ici.

2.1 Sélection de la composition du fer fondu

2.1.1 Équivalent carbone (EC)

Dans les mêmes conditions, le minuscule graphite est facile à dissoudre dans le fer en fusion et n'est pas facile à cultiver ; au fur et à mesure que le graphite croît, la vitesse de croissance du graphite devient également plus rapide, de sorte que le graphite primaire est produit avant l'eutectique dans la fonte en fusion pour favoriser la solidification de l'eutectique. La graphitisation est très avantageuse. La fonte en fusion à composition hypereutectique peut répondre à de telles conditions, mais la valeur CE trop élevée fait croître le graphite avant que l'eutectique ne se solidifie, et lorsqu'il atteint une certaine taille, le graphite commence à flotter, provoquant des défauts de flottement du graphite. À ce stade, l'expansion de volume causée par la graphitisation ne fera qu'augmenter le niveau de fer en fusion, ce qui n'a pas seulement de sens pour l'alimentation de la coulée, mais aussi parce que le graphite absorbe une grande quantité de carbone lorsqu'il est à l'état liquide. , il provoquera la solidification de la fonte en fusion lorsque l'eutectique sera solidifié. La faible quantité de w(C) dans le milieu ne peut pas produire suffisamment de graphite eutectique, et elle ne peut pas compenser le retrait causé par la solidification eutectique. La pratique a prouvé qu'il est idéal de pouvoir contrôler la valeur CE entre 4.30 % et 4.50 %.

2.1.2 Silicium (Si)

On pense généralement que dans les alliages Fe-C-Si, Si est un élément graphitisant, et une quantité élevée de w (Si) est bénéfique pour l'expansion de graphitisation et peut réduire l'apparition de cavités de retrait. Peu de gens savent que le Si empêche la graphitisation par solidification eutectique. Par conséquent, peu importe du point de vue de l'alimentation ou de la prévention de la génération de graphite fragmenté, tant que la bouche blanche peut être évitée par des mesures telles que le renforcement de l'inoculation, la quantité de w (Si) doit être réduite autant que possible.

2.1.3 Carbone (C)

Sous la condition d'une valeur CE raisonnable, augmentez la quantité de w(C) autant que possible. Les faits ont prouvé que la teneur en w(C) de la fonte ductile est contrôlée à 3.60 % ~ 3.70 % et que la pièce moulée a le taux de retrait le plus faible.

2.1.4 Soufre (S)

S est l'élément principal qui empêche la sphéroïdisation du graphite. L'objectif principal de la sphéroïdisation est d'éliminer S. Cependant, la croissance et le déclin rapides de la fonte nodulaire sont directement liés à la faible quantité de w (S); par conséquent, une quantité appropriée de w (S) est nécessaire . La quantité de w(S) peut être contrôlée à environ 0.015%, et l'effet de nucléation de MgS peut être utilisé pour augmenter les particules de noyau de graphite pour augmenter le nombre de sphères de graphite et réduire le déclin [2].

2.1.5 Magnésium (Mg)

Le Mg est également un élément qui gêne la graphitisation, donc en partant du principe que le taux de sphéroïdisation peut atteindre plus de 90 %, le Mg doit être le plus faible possible. À condition que le fer fondu d'origine w(O) et w(S) ne soient pas élevés, la teneur résiduelle en w(Mg) peut être contrôlée entre 0.03 % et 0.04 % est la plus idéale.

2.1.6 Autres éléments

Mn, P, Cr et autres éléments qui gênent la graphitisation sont aussi faibles que possible.

Faites attention à l'influence des oligo-éléments, tels que le Ti. Lorsque la quantité de w (Ti) est faible, c'est un élément qui favorise fortement la graphitisation. En même temps, le Ti est un élément qui forme des carbures et un élément qui affecte la sphéroïdisation et favorise la production de graphite vermiculaire. Par conséquent, plus la quantité de w (Ti) est faible, mieux c'est. La société de l'auteur avait autrefois un processus de coulée sans colonne montante très mature. En raison d'une pénurie temporaire de matières premières, de la fonte brute avec une teneur en aw(Ti) de 0.1% a été utilisée. Non seulement les pièces moulées produites présentaient un retrait de surface, mais des types concentrés sont également apparus à l'intérieur après le traitement. Rétrécissement.

En bref, les matières premières pures sont bénéfiques pour améliorer la capacité d'auto-alimentation de la fonte ductile.

2.2 Température de coulée

Des expériences ont montré que la température de coulée de la fonte ductile de 1 350 à 1500 3 n'a pas d'effet évident sur le volume de retrait de la pièce moulée, mais la morphologie de la cavité de retrait passe progressivement du type concentré au type dispersé. La taille des billes de graphite augmente progressivement avec l'augmentation de la température de coulée et le nombre de billes de graphite diminue progressivement. Par conséquent, il n'est pas nécessaire d'exiger une température de coulée trop basse. Tant que le moule est suffisamment solide pour résister à la pression statique du fer en fusion, la température de coulée peut être plus élevée. La fonte en fusion est utilisée pour chauffer le moule afin de réduire le degré de surfusion lors de la solidification eutectique, de sorte que la graphitisation ait suffisamment de temps pour se dérouler. Cependant, la vitesse de coulée doit être la plus rapide possible pour minimiser la différence de température de la fonte en fusion dans le moule [XNUMX].

2.3 Fer à froid

Sur la base de l'expérience de l'auteur dans l'utilisation du fer froid et de l'analyse théorique ci-dessus, l'affirmation selon laquelle le fer froid peut éliminer les défauts de retrait n'est pas exacte. D'une part, l'utilisation locale de fer froid (telles que les pièces ajourées) ne peut que transférer la cavité de retrait plutôt que de l'éliminer ; d'autre part, l'utilisation de fer froid sur une grande surface peut avoir pour effet de réduire l'alimentation ou de ne pas faire monter la colonne montante. Augmenter inconsciemment la résistance du moule au lieu du fer froid réduit le retrait de solidification liquide ou eutectique. En effet, si le fer froid est trop utilisé, cela affectera la croissance de la bille de graphite et le degré de graphitisation, au contraire cela aggravera le retrait.

2.4 Résistance et rigidité du moule

Étant donné que la fonte ductile choisit principalement une composition eutectique ou hypereutectique, le temps de refroidissement de la fonte fondue jusqu'à la température eutectique dans le moule est plus long, c'est-à-dire que la pression hydrostatique du moule est plus longue que celle de la composition eutectique. Si la fonte grise est plus longue, le moule est plus sujet à la déformation par compression. Lorsque l'augmentation de volume causée par l'expansion de graphitisation ne peut pas compenser le retrait liquide + le retrait de solidification + le volume de déformation du moule, les cavités de retrait sont inévitables. Par conséquent, une rigidité de moule et une résistance à la compression suffisantes sont des conditions importantes pour réaliser une coulée sans colonne montante. Il existe de nombreux procédés de coulée de fonte revêtue de sable pour réaliser une coulée sans colonne montante est la preuve de cette théorie.

2.5 Traitement d'inoculation

L'inoculant puissant et le processus d'inoculation à retardement instantané peuvent non seulement donner à la fonte en fusion une grande quantité de particules de noyau, mais également empêcher l'inoculation de diminuer et garantir que la fonte ductile a suffisamment de billes de graphite pendant la solidification eutectique ; les grosses et petites billes de graphite réduisent La distance de transfert de C dans le liquide au noyau de graphite accélère la vitesse de graphitisation. En peu de temps, une grande quantité de solidification eutectique peut libérer plus de chaleur latente de cristallisation, réduire le degré de surfusion et empêcher la génération de bouches blanches, mais peut également renforcer l'expansion de la graphitisation. Donc. Une forte inoculation est essentielle pour améliorer la capacité d'auto-alimentation de la fonte ductile.

2.6 Filtration du fer liquide

Une fois le fer fondu filtré, certaines inclusions oxydées sont filtrées, de sorte que la micro-fluidité du fer fondu est améliorée et que la probabilité de retrait microscopique peut être réduite.

2.7 Module de coulée

Étant donné que la fonte ductile perlitique brute de coulée doit ajouter des éléments qui entravent la graphitisation, cela affectera le degré de graphitisation et aura un certain impact sur la réalisation de l'auto-alimentation des pièces moulées. Il y a donc des introductions de données. La coulée sans colonne montante convient aux graphites ductiles inférieurs à QT500. fonte. De plus, le module déterminé par la forme et la taille de la coulée doit être d'au moins 3.1 cm.

Il convient de noter qu'il est difficile de réaliser une coulée sans colonne montante de pièces moulées en plaques d'une épaisseur inférieure à 50 mm.

Il existe également des informations selon lesquelles la condition pour réaliser le processus de coulée sans colonne montante pour la fonte nodulaire au-dessus de QT500 est que son module doit être supérieur à 3.6 cm.

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