CUPRINS prefață eu.înainte VI.Prelucrabilitate VII TRATAMENTUL TERMIC |
Pagină de pornire SECȚIUNEA V. FIARE DE CĂLCAT DUCTIL ALIATE INTRODUCERESILICON-MOLIBDEN DUCTILE IRONS Efectele efectului de siliciu al molibdenului siliciu ridicat cu aplicații molibden Cerințe de producțieAUSTENITIC DUCTILE IRONS Specificații și recomandări Proprietăți mecanice Proprietăți elastice Rezistență și alungire Proprietăți temperatură scăzută Proprietăți temperatură ridicată Proprietăți ciclism termic Rezistență la oxidare Rezistență la coroziune Uzură și rezistență la eroziune galantă Proprietăți fizice Conductivitate termică Expansiune termică Ele Cerințe de producție a proprietăților ctricale și magnetice Prelucrarea tratamentului termicREFERINȚE |
Introducere Trei familii de aliaj ductile fiare de călcat - austenitic (nichel ridicat - Ni - Rezista), bainitic și ferritic (ridicat silicon-molibden) - au fost dezvoltate fie pentru a oferi proprietăți speciale sau pentru a satisface cerințele de condiții de serviciu, care sunt prea severe pentru convenționale sau austempered Ductile Fiare de călcat. În timp ce fiarele de călcat ductil convenționale și austemperate conțin procente limitate de elemente de aliere în primul rând pentru a furniza microstructura dorită, fiarele de călcat ductil aliate conțin niveluri substanțial mai ridicate de aliaj pentru a oferi proprietăți îmbunătățite sau speciale. Nivelurile ridicate de siliciu, combinate cu molibden, conferă fiarelor ductilice feritice proprietăți mecanice superioare la temperaturi ridicate și o rezistență îmbunătățită la oxidarea la temperaturi ridicate. Conținutul ridicat de nichel al fiarelor de călcat ductil austenitice, împreună cu cromul în anumite grade, oferă o rezistență îmbunătățită la coroziune, proprietăți mecanice superioare atât la temperaturi ridicate, cât și scăzute și proprietăți de expansiune controlată, magnetice și electrice. Fiarele bainitice sunt utilizate în cazul în care rezistența ridicată și rezistența bună la uzură pot fi obținute fie în starea turnată, fie în căldura tratată folosind din aliaj de 1 - 3% (Ni și Mo). Fiarele bainitice nu sunt la fel de utilizate pe scară largă ca fiarele de călcat ductil austenitice sau Si-Mo, astfel încât acestea nu vor fi acoperite în acest capitol. Cititorul este încurajat să ne contacteze pentru mai multe informații sau să consulte alte publicații, ar fi Iron Castings Handbook disponibil prin intermediul American Foundrymen's Society. Înapoi la început FIARE DE CĂLCAT DUCTIL DE SILICIU- MOLIBDEN Fiarele de călcat ductil din aliaj care conțin 4-6 % siliciu, fie singure, fie combinate cu până la 2 % molibden, au fost dezvoltate pentru a satisface cerințele tot mai mari de fiare de călcat ductil de înaltă rezistență, capabile să funcționeze la temperaturi ridicate în aplicații precum colectoarele de evacuare sau carcasele turbocompresoarelor. Proprietățile primare necesare pentru astfel de aplicații sunt rezistența la oxidare, stabilitatea structurală, rezistența și rezistența la ciclismul termic. Aceste clase nealiate își păstrează rezistența la temperaturi moderate (figurile 3.21, 3.22, 3.23), funcționează bine sub ciclism termic de severitate scăzută până la moderată (figura 3.37) și prezintă rezistență la creștere și oxidare superioară celei a fierului gri nealiat (tabelul 3. 1). Fiarele ductile feritice prezintă o creștere mai mică la temperaturi ridicate datorită stabilității microstructurii. Alierea cu siliciu și molibden îmbunătățește semnificativ performanța la temperatură ridicată a fiarelor de călcat ductilice feritice, menținând în același timp multe dintre avantajele de producție și de cost ale fiarelor de călcat ductil convenționale. Înapoi la început Efectul siliciului Siliciul îmbunătățește performanța fierului ductil la temperaturi ridicate prin stabilizarea matricei feritice și formarea unui strat de suprafață bogat în siliciu care inhibă oxidarea. Stabilizarea fazei de ferită reduce creșterea temperaturii ridicate în două moduri. În primul rând, siliciul ridică temperatura critică la care ferita se transformă în austenită (Figura 5.1). Temperatura critică este considerată a fi limita superioară a intervalului de temperatură util pentru fiarele de călcat ductilice feritice. Peste această temperatură expansiunea și contracția asociată cu transformarea feritului în austenită pot provoca denaturarea turnării și crăpării stratului de oxid de suprafață, reducând rezistența la oxidare. În al doilea rând, tendința puternică de ferițizator a siliciului stabilizează matricea împotriva formării carburilor și perlitului, reducând astfel creșterea asociată cu descompunerea acestor faze la temperatură ridicată. Protecția împotriva oxidării oferită de siliciu crește odată cu creșterea conținutului de siliciu (Figura 5.2). Nivelurile de siliciu de peste 4% sunt suficiente pentru a preveni orice creștere semnificativă în greutate după formarea unui strat inițial de oxid. Tabelul 5.1 Efectul siliciului și molibdenului asupra rezistențelor la tracțiune și ruptură de fluaj la temperatură ridicată ale fierului ductil ferritic. MaterialTensile Rezistență ksi(MPa)Ruptură de stres ksi (MPa) 800oF 425oC1000oF 540oC1200oF 650oC1000oh @ 1000oF 540oCGray Iron37(255)25(173)12(83)5.9(41)60-40-18 D.I.40(276)25(173)13(190)8,3(57)4% Si D.I.56(386)36(248)13(90)10(69)4% Si - 1% Mo D.I.61(421)44(304)19(131)14(97)4% Si - 2% Mo D.I.65(449)46(317)20(138)17(117)Fier gri:Nealterat, eliberat de stres.Fiare de călcat ductil:Sub-recoacere critică la 1450oF (788oC). Siliciul influențează proprietățile mecanice ale temperaturii camerei ductililor fier prin întărirea soluției solide a matricei de ferită. Figura 5.3 arată că creșterea conținutului de siliciu crește randamentul și rezistențele la tracțiune și reduce alungirea. Pentru nivelurile de siliciu de peste 6%, materialul poate deveni prea fragil pentru aplicațiile de inginerie care necesită orice grad de duritate. Astfel, cea mai bună combinație de rezistență la căldură și proprietăți mecanice sunt furnizate de conținutul de siliciu din intervalul 4-6%. Efectul solid de întărire a soluției de siliciu persistă la temperaturi de până la 1000oF (540oC) dar peste această temperatură se reduce și rezistența la tracțiune a aliajelor cu conținut ridicat de siliciu (tabelul 5.1). Figurile 5.4 și 5.5 ilustrează rezistențele la fluaj și ruptură de stres la temperatură ridicată obținute în fiare de călcat ductil feritice care conțin 4% siliciu. Înapoi la început Efectul Molibdenului Molibdenul, al cărui efect benefic asupra proprietăților de fluaj și ruptură de stres ale oțelurilor este bine cunoscut, are, de asemenea, o influență similară asupra fiarelor de călcat ductile. Figurile 5.6 și 5.7 arată că adăugarea de 0. 5 % molibden la fier ductil feritic produce creșteri semnificative ale rezistențelor la fluaj și ruptură de stres, rezultând proprietăți de temperatură ridicată comparabile cu cele ale unui oțel turnat care conține 0. 2 % carbon și 0. 6 % mangan. Înapoi la început Siliciu ridicat cu molibden Adăugarea de până la 2% molibden la 4% siliciu Fiare de călcat ductil produce creșteri semnificative ale rezistenței la tracțiune la temperatură ridicată (tabelul 5. 1), rezistența la ruperea stresului (tabelele 5.1 și 5.2 și figura 5.5) și rezistența la fluaj (figura 5.4). Adăugirile de molibden din intervalul 0-1% la fiarele ductile cu siliciu ridicat s-au dovedit a fi foarte eficiente în creșterea rezistenței la oboseala termică (tabelul 5.3 și figura 3.37). Tabelul 5.2 Efectul siliciului și molibdenului asupra rezistenței la ruperea stresului a fiarelor de călcat ductilice feritice. |
Tipul de fier | temperatură | Stresul de a rupe | |
| 100 h | 1000 h | ||
2,2% Si | 650 | 40 (5.8) | 20 (2.9) |
4% Si | 650 | 28 (4.1) | |
4% Si | 705 | 19 (2.7) | 12 (1.7) |
4% Si | 815 | 7 (1.0) | |
Înapoi la început Tabelul 5.3 Influența siliciului și molibdenului asupra comportamentului ciclic termic al fierului ductil ferritic. Tip de fierTemperature ciclism, oCCycles la eșec2.1% Si200 - 650803.6% Si 3.6% Si 0.4% Mo200 - 650 200 - 650173 3754.4% Si 0.2% Mo 4.4% Si 0.5% Mo200 - 650 200 - 650209493Înapoi la început Aplicaţii Fiarele de călcat ductile cu siliciu-molibden ridicat oferă designerului și utilizatorului final o combinație de costuri reduse, rezistență bună la temperatură ridicată, rezistență superioară la oxidare și creștere și performanță bună în condiții de ciclism termic. Ca urmare, aceste materiale au fost foarte rentabile în aplicații cu temperaturi de serviciu în intervalul 1200-1500oF (650-820oC) și în cazul în care poate apărea ciclism termic de severitate scăzută până la moderată. Fiarele de călcat ductile cu siliciu 4% și molibden 0,6-0,8% sunt specificate în prezent pentru numeroase colectoare auto și carcase turbocompresoare. Fiarele de călcat cu conținut ridicat de siliciu care conțin 1% molibden sunt utilizate pentru colectoare speciale de evacuare la temperatură ridicată și rafturi de tratare a căldurii. Înapoi la început Cerințe de producție Fiarele de călcat ductile cu siliciu-molibden ridicat pot fi produse cu succes de orice turnătorie competentă ductile din fier care are un control bun al procesului, cu condiția să se ia următoarele măsuri de precauție. carbontrebuie menținute în intervalul 2,5-3,4%. Conținutul de carbon ar trebui redus pe măsură ce nivelul de siliciu și dimensiunea secțiunii cresc. siliciupoate varia de la 3,7 la 6% în funcție de cerere. Creșterea conținutului de siliciu îmbunătățește rezistența la oxidare și crește rezistența la temperaturi scăzute până la intermediare, dar reduce duritatea și prelucrabilitatea. molibdenconținut de până la 2%. Creșterea nivelului de molibden îmbunătățește rezistența ridicată la temperatură și îmbunătățește prelucrabilitatea, dar reduce duritatea și se poate separa pentru a forma carburi limită de cereale. Alte elemente de stabilizare a perlatei și carburii trebuie menținute cât mai scăzute posibil pentru a asigura o matrice feritică fără carbură. Trebuie utilizate practici normale de nodularizare și inoculare, dar temperaturile de turnare trebuie să fie mai mari decât în cazul fierului ductil normal. Nivelurile crescute de zgură necesită bune practici de gating și turnare, iar contracția crescută necesită creșteri mai mari. Piesele turnate trebuie scuturate și manipulate cu atenție pentru a evita ruperea, iar toate piesele turnate trebuie tratate termic pentru a îmbunătăți duritatea. Piese turnate sunt de obicei dat un anneal subcritical - 4h la 1450oF (790oC) și cuptor răcit la 400oF (200oC) - dar este necesară o recoacere completă dacă matricea conține cantități semnificative de carburi și perlit. Prelucrabilitatea este similară cu fiarele ductil perlitice /feritice normale, cu valori de duritate în intervalul 200-230 BHN. Înapoi la început FIARE DE CĂLCAT DUCTIL AUSTENITICE O familie de fiare ductilice austenitice, de aliaj înalt, identificate prin denumirea comercială"Ductile Ni-Resist"au fost produse timp de mulți ani pentru a satisface o gamă largă de aplicații care necesită proprietăți chimice, mecanice și fizice speciale, combinate cu economia și ușurința producției de fier ductil. Fiarele de călcat ductil Ni-Resist care conțin 18-36% nichel și până la 6% crom combină rezistențe la tracțiune de 55-80 ksi (380-550 MPa) și alungiri de 4-40% cu următoarele proprietăți speciale: ● coroziune, eroziune și rezistență la uzură, ● rezistență bună, ductilitate și rezistență la oxidare la temperaturi ridicate, ● duritate și stabilitate la temperatură scăzută, ● expansiune termică controlată, ● proprietăți magnetice și electrice controlate și ● instabilitate și prelucrabilitate bune. Înapoi la început Specificații și recomandări Tabelul 5.4 rezumă specificațiile ASTM și ASME pentru fiarele de călcat Ductile Ni-Resist și listează aplicații tipice pentru fiecare grad. Secțiunea XII conține informații suplimentare privind specificațiile internaționale pentru aceste materiale. Aplicațiile enumerate pentru fiecare clasă profită de următoarele caracteristici generale. Tip D-2, cel mai frecvent utilizat grad, este recomandat pentru service care necesită rezistență la coroziune, eroziune și uzură prin frecare până la temperaturi de 1400oF (760oC). |
