ねずみ鋳鉄の機械加工の難しさの分析

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企業におけるねずみ鋳鉄鋳物の機械加工の問題を解決するために、鋳造豚と鋳物の部品と特性を光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡、ブリネル硬さ、マイクロビッカース硬さ、およびスペクトル分析によって分析しました。 結果は、26＃銑鉄のSとPの含有量が高い側を上回り、22＃銑鉄のSiの含有量が低いため、化学組成が基準を満たしていないことを示しています。 鋳物の炭素当量は4.36％であり、これは高炭素当量の鋳物に属します。 SiとCの比率は0.46で、低い側にあります。 鋳物中のSiとMnの含有量は低く、Crの含有量は高く、これは冷却現象を引き起こすのに十分であり、より多くの鋳物にはV元素が含まれています。 鋳造物の微細構造は、フェライト、パーライト、グラファイト、およびカーバイドです。 炭化物の一部にはCr、Vなどのマイクロアロイ元素が含まれており、マイクロ硬度が1 HVを超えているため、加工が困難な主な原因となっています。 したがって、加工能力を向上させるためには、まず、VとCrの含有量が基準を超えてはなりません。 第二に、Siの含有量を増やし、最初に接種を追加することを選択する必要があります。 要求の厳しい鋳造品の場合、炭化物は黒鉛化焼鈍によって分解できます。

薄肉のねずみ鋳鉄鋳物の白い角は、鋳物の一般的な欠陥です[1-4]。 一般的に、小さな鋳物は壁が薄く、緑色の砂で鋳造されます。 溶銑の化学組成は適格ですが、鋳物の肉厚と鋳物の熱伝導率の影響により、同じ鋳物の厚い部分と薄い部分があります。 内部と外部の両方が異なる組織になる可能性があります。 特に鋳物の角は白口になりやすく、機械加工が困難になり、いわゆる「硬い材料」になります。 ねずみ鋳鉄の「材料硬い」部分のほとんどは、粗い部分の部分に発生します。 例：エッジとコーナー、溝、凸面、表面など。材料の硬度は、白い口の傾向と大きく関係しています。 ある会社の実際の鋳物製造における難しい加工問題を目指して、体系的な研究を行い、「硬い材料」の原因を分析し、対応する解決策を提案します。

1実験材料と方法

鋳造銑鉄22＃、26＃および機械鋳造番号0＃が現場でサンプリングされました。 それぞれワイヤーカットによるサンプリングを行い、光学組織と走査組織の観察を行った。 鋳鉄および鋳物の化学薬品
鋳物の加工性能に及ぼす微量元素の影響を排除するための組成試験。 鋳造物は、ZEISS光学顕微鏡および走査型顕微鏡での金属組織学的観察のためにサンプリングされ、HBS-3000デジタルブリネル硬さ試験機およびHTM-1000TMマイクロ硬さ試験機が硬さ試験に使用された。 銑鉄と鋳物の化学組成を表1に示します。

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化学組成分析

ねずみ鋳鉄炭素が炭化物の形で存在する場合、それは白化の傾向を増加させ、それは機械加工を困難にし、いわゆる「硬い材料」の問題を引き起こす。 したがって、ねずみ鋳鉄は白化の傾向を最小限に抑え、炭素がグラファイトの形で存在するようにする必要があります。 さまざまな元素が黒鉛化プロセスに異なる影響を及ぼし、いくつかの加速石が
インクを塗ると、黒鉛化が遅くなります。 一般的に言えば、鉄と炭素原子間の結合力を弱め、鉄原子の自己拡散能力を高めることができるほとんどの元素は、鋳鉄の黒鉛化を促進することができます。 そうしないと、鋳鉄の黒鉛化が妨げられ、白口の傾向が高まります。 。 鋳鉄の試験用
銑鉄の品質と鋳物の白化に対する微量元素の影響の排除。 原材料と鋳物の13つの要素と一般的なホワイトニング要素がテストされました。 各サンプルは39の元素についてテストされました。 銑鉄と鋳物の合計1バッチがテストされました。 化学組成を表XNUMXに示します。

中国の鋳鉄銑鉄規格（GB / T 718-2005）[5]では、22＃銑鉄のSi含有量は2.00％〜2.40％、26＃銑鉄のSi含有量は2.40％〜 2.80％。 表2によると、ある会社の銑鉄22＃および26＃のテストでは、22＃銑鉄のSi含有量は1.86であり、基準の下限を満たしていませんでした。
基準を満たし、Mn含有量も少ない。 26＃銑鉄のPおよびS含有量が高すぎ、P含有量がレベル5に達し、S含有量が標準を超え、一定量のCrが含まれています。 鋳造0＃の試験組成は、美白元素のCr含有量のみが美白傾向に達し、他の微量元素の含有量が美白を引き起こす最小含有量に達していないことを示しているため、影響は無視できます。 「鋳造ハンドブック」[6]のXNUMXつの元素の選択と比較すると、この研究の鋳造物の炭素含有量は比較的高く、Si含有量は比較的低く、Mn含有量は比較的低いことがわかります。 。

2.2硬さ試験

HBS-3000デジタルディスプレイブリネル硬さ試験機では、試験は1875 N、圧子の直径は2.5 mm、5つの試験の硬度を表2に示します。デジタル微小硬さ試験機では、光学写真の白い領域微小硬度でマークされました。 結果を表3に示します。したがって、マトリックスの平均巨視的硬度は非常に低いですが、ブリネル硬度のみが約145 HBであり、その局所領域の硬度は非常に高く、ビッカース硬度は約1HVに達します。 。 ピットが小さいほど硬度が高くなります。 文献によると、リン共晶の硬度は000〜500 HV、レーデブライト≤700HV、炭化物> 800HVです。

したがって、硬度分析の結果は、白い領域が硬くて脆いセメンタイト炭化物であることを示しています。これは、硬い材料の主な理由であるリン共晶を基本的に除外しています。 この炭化物の組成を正確に決定するために、エネルギースペクトル分析が必要です。

2.3エネルギースペクトル分析

光学的白色領域の部分的な拡大を図2と図3に示します。これは、マトリックス内の凹んだ穴の分布と共晶の特性によって特徴付けられます。 したがって、この領域のエネルギー分析では、領域のくぼみ部分に含まれる元素がFe、P、C元素であることがわかり、Fe3（C、P）と判断され、P元素が蓄積されます。
分離。 凹部のP要素はより高く、共晶生成物ではなく、最終的な凝固と収縮によって形成された穴です。 図4エネルギースペクトル分析の結果は、Fe、P、C元素に加えて、白い領域にCrとVが含まれており、より硬い合金炭化物を形成していることを示しています。
挿し木を取る。

2.4組織分析

光学写真は、図4に示すように、5％硝酸アルコールでエッチングして作られた鋳造物の金属組織構造を示しています。その中で、a、b、c、dは鋳造物のコア構造であり、e、f、 g、hは鋳物のエッジ構造です。 a、b、c、dおよびe、f、g、hは、組織写真の50、100、200、および1,000倍に対応します。 スキャンした組織写真を図6に示します。矢印は、対応する光学組織写真の白い領域である炭化物を指しています。 白いブロック部分は炭化物、フレークはグラファイト、灰色の部分はパーライトです。 金属組織構造は、フェライト+パーライト+グラファイト+炭化物、ピット構造であることがわかります。 エッジの白さは明らかに心臓の白さよりも深刻です。 GB / T7216-2009と比較すると、[7]、心臓組織が初期であることがわかります。
生の星型黒鉛F型は長さ約150μm、幅約5μmです。 これは、比較的大きな過冷却条件下で高炭素溶鉄によって形成されます。 エッジ層構造は、B型グラファイトの菊のような分布に集められた微細なカーリーグラファイトです。 長さは約100μm、幅は3μmです。 炭化物の数を決定する
心臓組織の炭化物の量は約5％でレベル3に達します。エッジ組織の炭化物の量は約10％でレベル4に達します。炭素がグラファイトの形である場合、グラファイトは次の目的で使用できます。加工時の潤滑、切削が容易です。 炭素が炭化物（Fe3C）の形で存在する場合、Fe3Cセメンタイトは硬くて脆いため、特に他の合金元素（Crなど）や合金セメンタイト（（Fe、M）3C）が含まれていると、加工が困難になります。切断がより硬く、より困難になり、いわゆる「硬い材料」の問題が加工中に発生します[8]。 そのため、ねずみ鋳鉄部品の鋳造工程では、炭化物の発生を防ぐために炭素量を減らし、必要に応じて炭素の黒鉛化を促進するための対策を講じる必要があります。

3分析と議論

鋳物の加工性能に影響を与える主な要因は、鋳鉄の化学組成と凝固冷却速度です。 鋳鉄の化学組成における炭素含有量とシリコン含有量は、XNUMXつの最も重要な制御要因です。 鋳物の冷却速度は、主に鋳物の肉厚に依存します。 鋳鉄中の炭素とシリコンの含有量が一定の場合、鋳鉄の壁が薄いほど、鋳鉄が白くなる傾向が大きくなります。 鋳物の肉厚が一定の場合、鋳鉄中の炭素とシリコンの総含有量が多いほど、鋳鉄の黒鉛化の程度はより完全になります。

この研究における鋳造物の炭素当量は4.36％であり、これは高炭素当量の鋳造物です。 Si / C比は0.46と低く、低い値です。 炭素当量を増やすと、グラファイトフレークが厚くなり、数が増え、強度と硬度が低下します。 Si / Cを増やすと、白口の傾向を減らすことができます。

ねずみ鋳鉄の製造では、過熱の影響と妊娠の影響も考慮する必要があります。 溶銑の温度を一定の範囲内に上げると、黒鉛の微細化、マトリックス構造の微細化、引張強度の増加、硬度の低下が起こります。 装入物の組成、製錬設備、化学組成のエネルギー要因を総合的に考慮する必要があります。 接種処理は、溶銑に接種剤を添加して、溶銑が鋳造キャビティに入る前に溶銑の冶金学的状態を変化させることであり、非自発的核を増加させることは、グラファイト精製である。 これにより、鋳鉄の微細構造と性能が向上します。 一般的な接種剤には、フェロシリコン、カルシウムシリコン、グラファイトが含まれます。 当社の製品と製造コストを合わせて、フェロシリコン（シリコン75％、添加量は溶銑重量の約0.4％）の使用をお勧めします。 第二に、バリウムフェロシリコンとストロンチウムフェロシリコン。 フェロシリコンは即効性の効果を接種し、1.5分以内にピークに達し、8〜10分後に妊娠していない状態に低下します。これにより、過冷却の程度と白口の傾向が減少し、共晶クラスターの数が増加し、Aタイプが形成されます。グラファイト、セクションの均一性を改善し、抵抗を増やします。 引張強さは10-20MPaです。 短所：腐敗に対する耐性が低い。 後期接種プロセスを使用しない場合、壁の厚さの差が大きく、注入時間が長い場合には理想的ではありません。

バリウムフェロシリコンは、フェロシリコンよりも共晶クラスターの数を増やし、セクションの均一性を向上させる強力な能力を備えています。 衰退に抵抗する能力が強く、接種効果を20分間維持することができます。 さまざまなグレードのねずみ鋳鉄部品に適しており、特に大規模な厚肉部品や長時間の注入条件での製造条件に適しています。

ストロンチウムフェロシリコンは、フェロシリコンよりも30％から50％高い白色度低減能力を持ち、フェロシリコンよりも優れた断面均一性と腐敗防止能力を持っています。 同時に、共晶クラスターの数を増やすことはなく、溶解しやすく、スラグが少なくなります。 薄肉部品、特に高共晶クラスターを伴う収縮と漏れが必要な部品は望ましくありません。

この研究における鋳物のMn含有量は低い。 マンガン自体は黒鉛化を妨げる元素ですが、マンガンは硫黄の強力な美白効果を相殺することができます。 したがって、硫黄の影響を相殺する範囲内で、マンガンは実際に黒鉛化を促進する役割を果たします。 マンガン含有量の増加はパーライトを増加および精製できるだけでなく、硫黄の制御を適切に緩和することは有害ではないことが実践によって証明されています。 したがって、Mn含有量を適切に増やすことをお勧めします。

4まとめ

この研究における鋳造物の機械加工の難しさの主な理由は、セメンタイト炭化物の出現であり、特にCr、Vおよび他の元素を含む合金のセメンタイト炭化物が機械加工の難しさの主な理由です。 この問題を改善するための最初のアイデアは、組織内の炭化物を削減または排除することです。 鋳物の組成を変え、製造工程を調整することは効果的な方法です。 この研究における鋳物の特定の製造状況と組み合わせて、以下の製造提案が提案されます。

• （1）シリコン含有量を増やすための最初の選択肢は、注ぐ前に接種材料を追加することです。 フェロシリコン（75％シリコン）の場合、注入時間と現場効果に応じて、バリウムフェロシリコンとストロンチウムフェロシリコンを使用することもできます。 複合接種剤（Si-BaおよびRE-Si）の使用をお勧めします。
• （2）鋳物中のマンガン含有量を増やして、硫黄の強い白口効果を相殺します。
• （3）銑鉄の品質を向上させます。 26＃銑鉄のPとSの含有量が多すぎます。
• （4）鋳物のCr含有量を減らします。 鋳物中のCrの高含有量（> 0.1）は、すでに美白の効果を生み出すことができます。 Crは硬度を大幅に増加させ、加工性能を損なう可能性があります。

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