L'état actuel et le développement de la fonte nodulaire et de l'agent de sphéroïdisation

Cela fait 52 ans depuis l'avènement de la fonte ductile, et son développement rapide est surprenant. Même en période de ralentissement économique, la fonte ductile continue de se développer. Certaines personnes qualifient la fonte ductile de gagnante en cas de retrait inapproprié, soulignant : En raison de sa résistance élevée, de sa ténacité élevée et de son prix bas, la fonte occupe toujours une position importante sur le marché des matériaux. Bien que la production totale de fonderie d'acier ait diminué au cours des dernières années, la production de fonte ductile n'a pas diminué. L'émergence de la fonte ductile Ao-Bei Améliorer la position concurrentielle de la fonte ductile.

L'état de la production et de la recherche sur la fonte ductile

3.1 Fonte ductile conventionnelle

À l'heure actuelle, la fonte ductile conventionnelle, c'est-à-dire la fonte ductile à base de ferrite et de perlite, représente encore la majeure partie de la production de fonte ductile. Par conséquent, une attention particulière doit être accordée à l'amélioration des performances et de la qualité de la fonte ductile conventionnelle pour maintenir la position concurrentielle de la fonte ductile. A joué un rôle important.

3.2 Renforcer le contrôle des éléments qui affectent la qualité de la fonte ductile

La structure et les propriétés de la fonte ductile dépendent de la composition et des conditions de cristallisation de la fonte et de la qualité de l'agent de sphéroïdisation utilisé. On pense que pour garantir les propriétés mécaniques de la fonte ductile, l'épaisseur de paroi spécifique, la température de coulée, l'agent de sphéroïdisation utilisé et le traitement de sphéroïdisation de la pièce moulée doivent être pris en compte. L'optimisation des paramètres de traitement et de refroidissement et les mesures efficaces d'évacuation des scories sont strictement contrôlées, et une réduction appropriée de l'équivalent carbone, l'alliage et le traitement thermique sont des mesures efficaces pour améliorer la fonte ductile.

3.3 Contrôler efficacement la production de fonte ductile ferritique et de fonte ductile sphéroïdale

Les principaux éléments qui contrôlent la matrice de fonte ductile sont la composition de la fonte, le type d'agent de sphéroïdisation et d'inoculant utilisé, la méthode d'ajout et les conditions de refroidissement. La composition de la fonte ductile ferritique brute est légèrement hypereutectique. Le carbone est légèrement plus haut, mais aucun graphite ne flotte. La teneur en silicium est légèrement inférieure. La teneur en silicium de l'inoculant doit être inférieure à 3 %. Plus le manganèse est bas, mieux c'est. Mn < 0.04%, le soufre et le phosphore doivent être faibles, de sorte que S ≦ 0.02%, P , 0.02%, c'est parce que le silicium peut améliorer la structure de la fonte ductile et la plasticité correspondante, Si = 3.0 ~ 3.5% peut obtenir toute la structure de ferrite. Certaines études ont souligné que lorsque Si = 2.6～2.8 %, la fonte a l'allongement et la résistance aux chocs les plus élevés, mais la microségrégation du silicium dans le fer augmente avec l'augmentation de la teneur en phosphore, plus la ségrégation est grave et l'impact sur propriétés mécaniques.

L'effet néfaste, en particulier lorsque la température est inférieure à zéro, est plus important, et lorsque la teneur en soufre est faible, des agents de sphéroïdisation à faible teneur en magnésium et en terres rares peuvent être utilisés pour sphéroïdiser et réduire la génération de défauts "points noirs", et les "points noirs" sont principalement du magnésium, un agrégat de sulfure et d'oxyde de cérium, en outre, un agent de sphéroïdisation à faible teneur en silice doit être utilisé pour assurer des inoculations multiples.

Pour la fonte ductile perlitique, la teneur en manganèse de la fonte peut être augmentée à 0.8-1.0% pendant la production. Si certaines pièces moulées sont utilisées comme vilebrequins résistants à l'usure, le manganèse peut être augmenté à 1.2-1.35 % pour produire des éléments en perlite moulés. Cuivre. Lorsque la quantité d'ajout est supérieure à 1.8 %, elle gêne la sphéroïdisation du graphite, mais favorise la perlalisation complète de la matrice. Généralement, la teneur en cuivre de la fonte ductile doit être inférieure à 1.5%. L'étain est un élément perlitisant puissant et son impact sur la dureté est supérieur à celui du cuivre. Et le manganèse, mais Sn 1.0% provoquera une distorsion du graphite, sa teneur doit donc être limitée à 0.08% ou moins.

3.4 Le rôle des terres rares dans la fonte ductile

Les terres rares peuvent favoriser l'effet de sphéroïdisation de l'alliage de magnésium (taux de sphéroïdisation et rondeur de la boule). Il fait attention à l'effet d'empêcher la déformation du graphite sphéroïdal dans la fonte nodulaire épaisse de paroi. Ceci est également inclus dans l'agent de sphéroïdisation à la maison et à l'étranger. L'une des principales raisons pour les terres rares. Certains éléments dans le moulage peuvent détruire et entraver la sphéroïdisation du graphite. Ces éléments sont appelés éléments d'interférence de sphéroïdisation.

Les éléments d'interférence sont divisés en deux catégories. L'un est la consommation d'éléments d'interférence de type élément de sphéroïdisation, qui forment MgS, MgO, MgS, MgO et MgS avec du magnésium et des terres rares. MgSe, RE2O3, RE2S3, RE2Te3, etc., réduisent les éléments sphéroïdisants et détruisent la formation de graphite sphéroïdal ; l'autre type est des éléments intergranulaires d'interférence de ségrégation, y compris l'étain, l'antimoine, l'arsenic, le cuivre, le titane, l'aluminium, etc. lors de la cristallisation eutectique. eutectique. Plus le poids atomique de l'élément d'interférence sphéroïdisant est grand, plus l'effet d'interférence est fort. De nombreuses études ont maintenant trouvé des éléments d'interférence dans la fonte. Lorsque la teneur de ces éléments est inférieure à la teneur critique, le graphite déformé ne peut pas être formé. Dans la fonte avec des éléments perturbateurs, l'ajout de terres rares peut éliminer son effet perturbateur.

Un rapport de recherche a souligné que la somme des éléments interférents dans la fonte doit être inférieure à 0.10 %, c'est-à-dire z=Ti+Cr+Sb+V+As+Pb+Zn+…<0.10 %Des études ont souligné que pour neutraliser Al, Sb, TI, Pb, Bi, etc. dans la fonte en fusion, à condition d'ajouter respectivement 0.005 à 0.04 % de Ce, par exemple pour neutraliser Ti, Pb, Sb, Al, etc., à condition d'ajouter 0.005 à 0.007% respectivement. , 0.014%, 0.15% et 0.008% Ce. Les éléments interférents ont un effet destructeur plus important lorsque la paroi de coulée est dense et que la vitesse de refroidissement est lente.
Les éléments interférents ont également un effet sur la matrice de fonte ductile.

Te et B favorisent fortement la formation de bouche blanche, Cr, As, Sn, Sb, Pb, Bi stabilisent la perlite, et Al et Zr favorisent la ferrite. Il est à noter que certains éléments de sphéroïdisation sont actuellement en cours de développement et des éléments interférents composés d'agent de sphéroïdisation pour améliorer l'effet de traitement de la fonte ductile de grande section et la rondeur des billes de graphite.

3.5 Amélioration de la détection du fer nodulaire

L'inspection de la fonte ductile est une mesure importante pour garantir sa qualité. À l'heure actuelle, l'analyse de la ligne de développement est à l'étude, c'est-à-dire que le produit est analysé pendant le processus de production pour déterminer sa qualité. De nombreuses unités ont utilisé des ondes ultrasonores pour effectuer la qualité des moulages dans des conditions de production de masse. Analyse.
Lors de la mesure de la structure de la fonte par ondes ultrasonores, la vitesse du son du graphite lamellaire est de 4500 5400 m/s, la fonte à graphite vermiculaire est de 5600 5 m/s et la fonte ductile est de 1.5 3 m/s. En outre, le changement du taux d'atténuation à haute fréquence dans la fonte peut également juger du type de fonte, fonte ductile La fréquence centrale est de 4 MHz et la fonte lamellaire n'est que de XNUMX MHz. A l'heure actuelle, il existe encore des unités utilisant des ondes ultrasonores pour déterminer le niveau de sphéroïdisation, et il est possible de déterminer le niveau de sphéroïdisation qualifié et des produits non qualifiés (entre le niveau XNUMX et le niveau XNUMX), mais il n'est pas encore possible d'effectuer une étude plus détaillée mesure de niveau, cette méthode est en cours d'amélioration.

3.6 État actuel du noduliseur

L'agent nodulaire est actuellement l'un des principaux moyens d'obtenir du fer nodulaire. Lorsque l'usine de terres rares n° 1 de Zhibao Steel a terminé conjointement le projet de recherche national « sérialisation à trois agents de terres rares », l'équipe de recherche de notre école a mené plus de 100 usines de production d'agents nodulaires dans le monde. , La principale production nationale d'alliages a été étudiée et des échantillons de produits de plus de 50 usines de production d'alliages dans plus d'une douzaine de pays tels que le Royaume-Uni, les États-Unis, la France, l'Allemagne, le Japon, l'Union soviétique et l'Inde ont été obtenus, ainsi que des échantillons de produits des principaux fabricants nationaux de noduliseurs. Il fournit une base pour comparer les performances de l'agent de sphéroïdisation au pays et à l'étranger et améliorer la production d'agent de sphéroïdisation à l'avenir. 2.1 Les types d'agents de sphéroïdisation sont divisés en types suivants selon le mode de production

• Les types d'agents de sphéroïdisation comprennent les alliages magnésium-silicium, les alliages magnésium-silicium de terres rares, les alliages à base de calcium (principalement utilisés au Japon), les alliages de la série nickel-magnésium, les alliages de magnésium pur, les alliages de terres rares. Parmi les alliages ci-dessus, le plus largement utilisé dans le monde est l'alliage ferrosilicium magnésium terre rare, mais le rapport RE/Mg des alliages chinois est large (0.5 ~ 2.2), tandis que le rapport RE/Mg des alliages étrangers est faible (0.1 ~0.3) . Dans les alliages chinois, la teneur en terres rares est supérieure ou égale à la teneur en magnésium et la teneur en terres rares est inférieure à la teneur en magnésium. Cependant, la teneur en terres rares des alliages nodulisateurs dans les pays étrangers (à l'exception de certains alliages en Russie et en Russie) est presque inférieure à la teneur en magnésium. Par conséquent, la série à trois agents de terres rares L'équipe de recherche a suggéré qu'en plus de retenir FeSlMg8E18 (cet alliage est un excellent agent de vermicularisation), RE/Mg≦1 dans tous les autres agents de sphéroïdisation. Cette recommandation a été adoptée dans les normes nationales révisées ultérieures. L'agent de sphéroïdisation calcium-magnésium provient principalement du Japon. Production et application, telles que l'alliage de calcium NC5, NCl0, NCl5, NC20, NC25 produit par Shin-Etsu (SHIN-ETSU), la teneur en magnésium varie de 4 à 28%, mais la teneur en calcium varie légèrement, et la plage de variation est de 20 à 31 % ; Ce type d'alliage a une faible tendance à la bouche blanche, mais nécessite une température de traitement élevée et une grande quantité de laitier après traitement. Les alliages nickel-magnésium sont utilisés dans les Amériques et en Europe. Les alliages nickel-magnésium produits par la United States International Nickel Company représentent jusqu'à 82-85%, dont Mg et Ca sont respectivement 13-16 et 20, et l'alliage nickel-magnésium le plus bas est 57-61% (Mg4 .0 ~4.5 %, Ca<2.5, Fe32~36). Dans l'alliage nickel-magnésium produit par la German Metal Chemical Company, Ni47~51%, Mgl5~17%, C1.0%Si28~32%, RE1.0% de plus que Fe. Les avantages de ces alliages sont que la spécificité est grande, la réflexion est stable et le nickel peut monter. L'alliage se caractérise par son prix élevé et cet alliage n'est pratiquement pas utilisé en Chine. Les alliages nickel-silicium ne sont pratiquement plus utilisés en Chine. Les alliages de magnésium pur doivent être traités avec une pression spéciale et un sac de magnésium. Le taux d'absorption du magnésium est élevé, mais les mesures de sécurité de manipulation doivent être extrêmement strictes et la proportion d'applications en production est faible. La terre rare est l'agent de sphéroïdisation utilisé dans l'invention de la fonte ductile, et sa découverte a favorisé le processus d'application industrielle de la fonte ductile. Cependant, le prix est élevé et la bouche blanche a tendance à être grande. Un excès excessif fera métamorphoser le graphite. Maintenant, il n'est pas utilisé comme agent de sphéroïdisation seul, mais seulement comme élément de sphéroïdisation auxiliaire.
• L'agent de sphéroïdisation des briquettes est directement moulé par de la poudre de magnésium et de la poudre de fer et la teneur en silicium conçue. Cet agent de sphéroïdisation contient très peu de silicium et est généralement appelé agent de sphéroïdisation de briquetage à faible teneur en silicium. L'incubation ultérieure fournit une grande pièce pour la production de fonte ductile brute, mais cet alliage est facile à flotter et l'effet du traitement fluctue considérablement. Il est préférable de le mélanger avec un agent de sphéroïdisation en bloc pendant le traitement.
• L'agent de sphéroïdisation de type fil fourré recouvre la poudre de magnésium et la poudre de fer dans la plaque d'acier mince ou la plaque d'acier, et les envoie dans le fer fondu pour atteindre le but de la sphéroïdisation. Ce type d'agent de sphéroïdisation est plus coûteux et l'investissement en équipement est important, mais l'alliage a un taux d'absorption élevé pendant le traitement, de sorte que le coût total du traitement de la fonte ductile n'augmente guère.
• L'agent de sphéroïdisation en poudre est un brevet russe. Lorsqu'ils sont utilisés, la poudre de magnésium et l'inhibiteur sont mélangés et placés dans le sac, et le fer fondu s'écoule à travers la surface de l'alliage, couche par couche, et l'alliage est réfléchi pour réaliser la sphéroïdisation. En effet, ce processus spécial est appelé MC. 2.2 Application de l'agent de sphéroïdisation. À l'heure actuelle, les alliages pyrométallurgiques sont principalement utilisés dans la production de fonte ductile au pays et à l'étranger, agent de sphéroïdisation de briquetage, agent de sphéroïdisation de fil fourré, boule en poudre. la production.

À l'heure actuelle, Ba, Ca, Cu, Ni, etc. sont ajoutés à ce type d'alliage pour atteindre le but de contrôler la matrice et la teneur en oxyde de magnésium dans l'alliage. Il existe des indicateurs limités.

La coupole de l'équipement de fusion représente 30 %, le four à induction représente 63 % et la température de sphéroïdisation de 1482 à 1538 °C représente 75 % ; 50% des usines adoptent le processus de pré-désulfuration avant le traitement de sphéroïdisation, et 90% des usines S Moins de 0.025%. Dans la méthode de traitement par sphéroïdisation, la méthode de rinçage représente 36% des grandes usines américaines, tandis que la petite usine (moins de 200 tonnes/semaine) la méthode de rinçage ne représente que 22%. La méthode d'enfoncement, la méthode du bouchon poreux, la méthode de traitement interne de type, la méthode du couvercle du panier, la méthode de la pression et du magnésium représentent la plupart des proportions. L'agent de sphéroïdisation utilisé contient plus de % de magnésium pour 8.2 %, Mg4 à 6 % pour 63.3 et moins de 4 % de magnésium. Il représente 16.4 %, le magnésium pur représente 5 % et les autres alliages de magnésium 8.2 %.

La production d'agent de sphéroïdisation dans mon pays a beaucoup changé depuis 90 ans. La norme nationale d'alliage de magnésium de terres rares a été révisée et le RE dans l'alliage a été considérablement ajusté. À l'exception de la rétention de Mg8RE18, le Mg/Re dans d'autres alliages est supérieur à 1. La quantité de terres rares dans l'alliage utilisé dans l'usine a diminué, l'application de l'alliage Mg8RE5─7 a considérablement augmenté et le four électrique a a également beaucoup augmenté, mais la teneur en soufre du fer brut en fusion n'a pas beaucoup changé et le processus de pré-désulfuration n'a pas été efficacement encouragé. Par conséquent, mon pays Le Mg et le BE dans l'agent de sphéroïdisation sont encore à un niveau relativement élevé et le nouveau processus de sphéroïdisation n'a pas été beaucoup promu dans mon pays. Par exemple, la méthode de coiffage Tundish, qui occupe une large part aux États-Unis, n'a guère été appliquée dans mon pays. C'est un problème à résoudre dans les usines de production de fonte ductile de mon pays.

3.7 Problèmes d'utilisation des indicateurs de contrôle de l'agent de sphéroïdisation et des éléments de qualité

Les éléments qui affectent la qualité de l'agent de sphéroïdisation sont : la composition, la taille des particules, la forme, la densité, la teneur en MgO, etc. Voici seulement l'analyse de l'agent sphéroïdisant produit par fusion pyrométallurgique, et citons de nombreux problèmes reflétés dans l'utilisation des usines :

• (1) La composition de l'agent de sphéroïdisation est inexacte.
• (2) La taille des particules de l'alliage en poudre d'agent de sphéroïdisation ne répond pas aux exigences.
• (3) La densité de l'agent de sphéroïdisation fluctue considérablement et certains agents de sphéroïdisation flottent rapidement et la réponse est trop intense, ce qui n'est pas garanti.
• (4) La teneur en MgO est trop élevée, le traitement de sphéroïdisation est médiocre et la quantité d'agent de sphéroïdisation ajoutée est trop importante.
• (5) Déclin rapide après sphéroïdisation.
• (6) Après sphéroïdisation, la bouche blanche a tendance à être grande.

Pour résoudre les problèmes ci-dessus, nous devons partir de deux aspects :

• Premièrement, le fabricant d'alliages fournit des produits de qualité qualifiée. il est nécessaire d'améliorer l'analyse de l'oxyde de magnésium ;
• deuxièmement, contrôler strictement les matières premières, contrôler les éléments qui favorisent la poudre d'alliage et les éléments d'interférence, renforcer la gestion;
• troisièmement, appliquer strictement des processus de fusion précis et contrôler les principaux indicateurs qui affectent la qualité des noduliseurs ;
• quatrièmement, il s'agit de fournir la granularité requise par les utilisateurs. D'autre part, les ouvriers de production sont formés et entraînés afin qu'ils comprennent les caractéristiques de l'alliage et la méthode précise d'utilisation.

Les problèmes de production sont directement liés à la qualité des ouvriers de la production. Certains travailleurs enseignent simplement ce qu'il faut faire et ne peuvent pas faire d'analogies. Ce n'est pas faisable. La coopération des fabricants et des utilisateurs d'alliages est nécessaire pour vulgariser et améliorer la compréhension de la fonte ductile et le niveau de la technologie de production, afin que la production de fonte ductile dans mon pays puisse maintenir une bonne dynamique de développement.

3.8 Application de l'ordinateur dans la production de fonte ductile

En raison de ses caractéristiques de solidification pâteuse, la fonte produite par la fonte ductile produit souvent des défauts tels qu'une cavité de retrait et une porosité due à une mauvaise alimentation. Afin de prédire ces défauts avant la production de pièces moulées, le processus de coulée a été effectué dans le pays et à l'étranger dès l'ère indienne. Analogie numérique. L'analogie numérique dans le processus de coulée consiste à utiliser la technologie d'analogie numérique pour simuler le processus de formage de coulée réel dans un environnement virtuel informatique, y compris le processus de remplissage du liquide métallique, le processus de refroidissement et de solidification, le processus de formation de contraintes, le jugement de l'influence des principaux éléments du processus de mise en forme, et la prédiction L'organisation, les performances et les défauts éventuels fournissent une base pour optimiser le processus afin de réduire les déchets. En 1962, Forsund au Danemark a été le premier à utiliser un ordinateur électronique pour simuler le processus de solidification des pièces moulées.

Depuis, les États-Unis, la Grande-Bretagne, l'Allemagne, le Japon et la France ont successivement mené des recherches dans ce domaine. Depuis la fin des années 1970 en Chine, l'Université de technologie de Dalian et l'Institut de recherche de la fonderie de Shenyang ont pris l'initiative de mener des recherches sur cette technologie en Chine et ont publié des rapports de recherche en 1980 (Guo Keren, etc., Digital Analogy of Solidification Process of Large Castings, Dalian Institute of Technology Journal, 1980 (2) 1-16 ; Shenyang Foundry Research Institute, Computer Analogy of Casting Solidification Thermal Field, Foundry, Depuis lors, beaucoup de main-d'œuvre a été investie dans les universités et les collèges chinois pour mener à bien cette étude Au cours du sixième plan quinquennal et du septième plan quinquennal, il existe des projets de recherche clés pour l'application des ordinateurs en fonderie dans la partie centrale des projets de recherche nationaux clés. Foundry technology CAD" a organisé des recherches conjointes sur la production, l'éducation et la recherche, ce qui a grandement favorisé le développement de cette technologie en Chine.À l'heure actuelle, l'Université Tsinghua et l'Université des sciences et de la technologie Huazhong gy peut fournir respectivement la chimie commerciale FT-Star et Huazhu CAE-Inte CAST 4.0. Le logiciel a été appliqué à Sanming Heavy Machinery Co., Ltd. et dans d'autres unités, et a obtenu de bons résultats. L'analogie numérique informatique se compose de trois parties : le pré-traitement, le calcul intermédiaire et le post-traitement, y compris l'établissement de modèles géométriques, la division de la grille et les conditions de solution (conditions initiales).

et conditions aux limites), détermination, calcul numérique, traitement des résultats de calcul et affichage graphique. Les méthodes de base de l'analogie numérique utilisées sont principalement la méthode des différences finies, la méthode des éléments finis et la méthode des éléments de frontière. À l'heure actuelle, plusieurs domaines d'application en fonderie sont :

• 1) Analogie numérique du processus de solidification, principalement pour l'analyse du transfert de chaleur du processus de coulée. Y compris la sélection de la méthode de calcul numérique, le traitement thermique latent, la prédiction et la discrimination du retrait de la cavité de retrait et le traitement des problèmes de transfert de chaleur à l'interface des pièces moulées et des moules.
• 2) L'analogie numérique du champ d'écoulement implique le transfert de quantité de mouvement, d'énergie et de masse, ce qui est plus difficile. Les techniques de résolution numérique utilisées sont la méthode MAC, la méthode SAMC, la méthode SOLA-AOF et la méthode SOLA-MAC.
• 3) Analogie de la contrainte de coulée. Ces recherches ont été menées tardivement, se concentrant principalement sur l'analyse des contraintes à l'état élasto-plastique.

À l'heure actuelle, il existe le modèle Heyn, le modèle élasto-plastique, le modèle Perzyna, le modèle variable interne unifié, etc. 4) L'analogie organisationnelle en est encore à ses balbutiements. Divisé en macrovision, vision moyenne et analogie de vision micro. Il peut calculer le nombre de nucléation, analyser le type de cristal primaire, le taux de croissance de la dendrite, la transformation de la structure d'analogie et prédire les propriétés mécaniques. À l'heure actuelle, il existe des modèles déterministes, tels que Monte, Cellular, Automaton et d'autres méthodes statistiques, et des modèles de champ de phase. Les ordinateurs et leurs applications se développent actuellement rapidement dans des domaines techniques. En tant que l'un des domaines industriels importants, la fonderie devrait accroître les investissements.

La recherche et le développement de l'application d'ordinateurs dans le domaine de la recherche et de la production de moulage ont complètement changé l'état des "yeux ouverts, les yeux fermés versant" dans le passé, et l'application des ordinateurs favorisera certainement l'application et le développement de la fonte ductile . Cela fait 52 ans depuis l'avènement de la fonte ductile, et son développement rapide est surprenant. Même en période de ralentissement économique, la fonte ductile continue de se développer.

Certaines personnes qualifient la fonte ductile de gagnante en cas de retrait inapproprié, soulignant : En raison de sa résistance élevée, de sa ténacité élevée et de son prix bas, la fonte occupe toujours une position importante sur le marché des matériaux. Bien que la production totale de fonderie d'acier ait diminué au cours des dernières années, la production de fonte ductile n'a pas diminué. L'émergence de la fonte ductile Ao-Bei Améliorer la position concurrentielle de la fonte ductile.

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