Несколько советов по обеспечению стабильного качества центробежного литья
из коротких штампов с воздушным охлаждением
Введение:
Для изготовления канавочных вставок Ni-Resist идеальной системой являются машины центробежного литья карусельного типа с матрицами максимально возможной длины, оснащенные автоматическим контролем частоты вращения, температуры и времени цикла. Крупные известные производители обычно используют 2-метровые штампы. Временное водяное охлаждение используется для обеспечения равномерной температуры штампа от конца до конца.
При производстве отливок или переходе к дешевым поставщикам обычно используемые машины центробежного литья имеют короткие матрицы длиной 300 мм без водяного охлаждения. Контроль микроструктуры становится более трудным, особенно в задней части горшков, из-за более быстрого затвердевания. Передняя часть котла остается горячей дольше, поскольку находится ближе к заливаемому с этого конца горячему металлу.
Чтобы обеспечить высокое качество и однородность микроструктуры вставок, изготовленных из таких горшков, от одного конца до другого, в процессе производства необходимо неукоснительно соблюдать несколько простых принципов.
Подготовка расплава:
Входное сырье:
Высокий процент никеля в этом материале требует эффективной плавильной и смесительной печи соответствующей мощности. Лучше всего для этой цели подходит индукционная печь сетевой частоты минимальной вместимостью 500- кг, а предпочтительно 1000- кг.
Входное сырье должно быть разумной чистоты. Карбидообразующие элементы, такие как Mo, Va, Ti и W, должны содержаться в следовых количествах. Предупреждение: Многие промышленные чугуны содержат большое количество Mo и Ti. Желательно, чтобы в окончательной вставке эти элементы контролировались в следующих пределах:
Мо > 0,05 процента
Ti > 0,04 процента
W > 0,02 процента
Va > 0,02 процента
Стальной лом является источником случайных частиц, которые могут вызвать непредсказуемые проблемы с нирезистивными материалами. Стальной лом должен быть максимально ограничен 10 процентами заряда, насколько это возможно, и иметь известный источник и состав.
Сколы и расточки также должны быть как можно меньше, если их нельзя полностью избежать.. Желательно ограничить их максимально до 60 процентов, и они должны быть сухими и чистыми.Однородное перемешивание стружки в расплаве затруднено. Потери некоторых элементов из стружки высоки, и существует риск захвата воздуха и водорода в стружке, что способствует плохому графиту и крупнозернистым/кластеризованным карбидам.
Сера в расплаве необходима в узких пределах. Для получения желаемой твердости ее следует поддерживать на уровне 0,06%. Высшая сера вызывает проблемы с микроструктурой.
Углеродный эквивалент:
Известно, что углеродный эквивалент (CE) является критическим параметром для чугунов. Этот фактор играет существенную роль в типе микроструктуры, развивающейся в отливке. Она тесно взаимосвязана со скоростью затвердевания, которая, в свою очередь, зависит от поперечного сечения отливок и температуры.
Общее соглашение состоит в том, чтобы вычислить значение CE в соответствии с соотношением объем/поверхность (V/S) отливки. Для 3-размерных отливок различного поперечного сечения это очень сложно. Центробежные баки, хотя и имеют 3-размеры, однако имеют симметричное сечение по всей длине, и, следовательно, V/S можно рассчитать для них, как показано в следующей формуле:
Отношение объем/площадь поверхности V/S
V/S = ( D2 - d2 ) H / 4 ( DH плюс dH плюс ( D2 - d2 ) / 2 )
Где, D=Внешний диаметр ( OD ) чаши для центробежного литья
d=Внутренний диаметр ( ID ) чаши для центробежного литья
H=Высота чаши центробежного литья
Лучшим фактором для центробежно-литого тигля будет степень насыщения, которая определяется по формуле:
Степень насыщения Sc :
;
где C, Si и Ni – фактические значения в весовых процентах.
Для наших приложений желаемое значение Sc = 0,80 - 0,95
Установка измерителя CE в печи позволит осуществлять более жесткий и оперативный контроль содержания углерода и кремния в металле перед заливкой электролизеров.
Рекомендуемый диапазон C, Si и Mn после прививки:
Углерод: 2,70 – 2,80 процента
Кремний: 2,10 – 2,20 процента
Марганец: 1,20 – 1,30 процента
Плавление:
Важно распределить загрузку шихты в печь для оптимального перемешивания большого количества никеля и меди в нирезистивном материале. Желательная последовательность загрузки входного материала состоит в том, чтобы сначала заменить 50 процентов чугуна плюс лом, а когда он только плавится, добавить никель, медь, ферросплавы, углерод и, наконец, добавить баланс 50 процентов чугуна.
Углерод должен поддерживаться в ванне в начале на уровне 2,75 - 2,80 процента, Ni на уровне 14,5 -15 процента, кремния на уровне 1,8-1,9 процента, хрома на уровне 1,15-1,2 процента, Mn на уровне 1,2-1,25 процента. процент
Роль карбида кремния:
Для обеспечения адекватных мест зародышеобразования в расплаве существенную роль играет SiC. Поэтому SiC должен быть частью первоначального расчета подпитки заряда. И дополнительные добавки SiC необходимы непосредственно перед перегревом расплава, как только химический состав проверен и утвержден; а также после выпуска каждых нескольких ковшей, чтобы компенсировать истощение углерода. Это поможет обеспечить жесткие пределы содержания углерода и, следовательно, более стабильный CE и микроструктуру.
Рекомендуемое количество SiC в подпитке шихты составляет 0,25% от общей шихты вместе с легирующими элементами, добавляемыми в шихту. Эта добавка засчитывается в подпитку шихты по углероду и кремнию. После того, как температура расплава достигает 1400C, проверяется химический состав и при необходимости вносятся поправки, а затем перепроверяются. Как только химический состав одобрен, добавляют еще 0,1% SiC, и сразу же печь доводят до полной настройки, а расплав перегревают до рабочей температуры (обычно 1480–1500°C, в зависимости от падения температуры, ожидаемого к моменту начала работ). заливка в форму завершается из каждого ковша), и начинается выливка в должным образом прогретый ковш.
Добавление SiC также должно производиться через равные промежутки времени во время цикла заливки для восполнения потерь углерода. Чтобы оценить точное требование количества и времени добавления карбида кремния для данной установки плавки и рабочих условий, лучше всего провести несколько тщательно контролируемых плавок для снижения содержания углерода во времени. В непрерывном производственном режиме проверка содержания углерода в каждом выпуске ковша даст достаточные данные для определения того, когда углерод снижается более чем на 0,05 процента, на какой стадии необходимо добавить расчетное количество SiC в печь и разрешается глотать за несколько минут до выстукивания усиления.
Наполнение ковша и инокуляция:
Перед развертыванием ковша в производственной зоне его следует тщательно нагреть, чтобы футеровка полностью высохла и была как можно более горячей при использовании пламени горелки. Окончательный подогрев в начале смены и после перерыва осуществляется переливом расплавленного металла из печи. Чтобы довести ковш до минимальной требуемой температуры 750°C, прежде чем металл будет использован, может потребоваться более одной переварки. Для обеспечения правильной температуры следует использовать контактный пирометр.
Теоретически материалы с высоким содержанием никеля являются самозаразными. Однако для наших участков центробежных отливок и жесткого контроля за микроструктурой желательно и необходимо производить модификацию в ковше как можно ближе к моменту заливки. Рабочий диапазон для модифицирования высокосортным ферросилицием (75 процентов) рассчитан для обеспечения поглощения кремния от 0,20 до 0,25 процента. Рекомендуется не использовать обычные модификаторы чугуна, такие как superseed, в этом материале из-за влияния стронция.
Введение редкоземельных элементов поможет нашей микроструктуре. Можно изучить возможность использования более качественного модификатора RESEED с церием.
Также контролируемое количество Nickel-Mag, введенное вместе с модификатором, может оказать очень хорошее влияние на предотвращение образования охлажденного графита.
Умирает:
Дизайн:
Контролируемое водяное охлаждение идеально подходит для обеспечения равномерной температуры матрицы от одного конца до другого. Однако, если введение водяного охлаждения затруднительно, попробуйте использовать воздушное охлаждение матрицы под подходящей рубашкой с входом спереди и выходом горячего воздуха сзади.
Поскольку проблема обрабатываемости в основном ограничивается пластинами заднего конца, рекомендуется изучить микроструктуру пластин заднего конца и определить минимальный порог, необходимый для обеспечения того, чтобы в производство пошли только пластины с хорошей микроструктурой. Для коротких штампов с естественным воздушным охлаждением длиной 300 мм обычно требуется отсечка не менее 40- мм.
В перспективе длину баков следует увеличить на 30 – 35 мм, сделав новые задние заглушки. Это позволит увеличить отсечку без ущерба для количества вставок, вырезанных из каждого горшка.
Более оптимальное решение заключается в изменении конструкции этих штампов, чтобы они могли принимать горшок длиной 600 мм, благодаря чему производительность увеличивается даже при отсечке 50 мм на заднем конце.
Изоляция:
Во многих коротких штампах внутри внутреннего диаметра используются сухие изолирующие материалы, которые действуют как изоляция и сепаратор. Существуют превосходные влажные изоляционные материалы, которые обеспечивают лучшую защиту от охлаждения.
Также желательно изолировать переднюю и, по возможности, заднюю полки штампов.
Внутренний диаметр поверхности штампа не должен быть ниже 300°C в любое время в процессе полезного производства. Контактный пирометр должен быть под рукой на каждой матрице для обеспечения этого.
В начале каждой смены и после каждого перерыва следует заливать 1 или более фиктивных тиглей по мере необходимости, чтобы температура штампа на внутреннем диаметре была выше 300°С.
По мере продолжения производства температура штампа будет постепенно повышаться и стабилизируется на уровне 450–500°C. Это оптимальная температура для коротких штампов с естественным охлаждением.
Записи:
Крайне важно постоянно контролировать все параметры и вести надлежащие и точные записи.
На стадиях разработки целесообразно также вести записи об углероде и кремнии для каждого ковша и разрабатывать программу добавления SiC на их основе.
Контроль микроструктуры следует проводить как можно чаще/необходимо на последней полезной вставке, вырезанной из заднего конца тигля, до тех пор, пока параметры литья и отсечки не будут полностью стабилизированы.
