Comment produire des pièces en fonte à haute teneur en chrome de haute qualité ?

La fonte à haute teneur en chrome est un matériau extrêmement résistant à l'usure, largement utilisé dans des industries telles que la métallurgie, les mines, le ciment et l'énergie. Ses processus de fusion et de traitement thermique nécessitent des exigences strictes pour garantir l’obtention d’une microstructure idéale et d’une excellente résistance à l’usure.

Ce qui suit est une explication détaillée des points clés concernant les ingrédients de fusion, la température de fusion, la température de coulée et le processus de traitement thermique pour la fonte à haute teneur en chrome.

1. La composition chimique de la fonte fondue à haute teneur en chrome est à la base de ses performances, généralement avec Cr/C (rapport chrome-carbone) comme élément de conception central.

1. Plage de composition chimique de base (typique) : Carbone (C) : 2,0 % -3,5 %. La teneur en carbone détermine la quantité, la morphologie et la dureté des carbures primaires et des carbures eutectiques. Plus la teneur en carbone est élevée, plus la dureté est élevée, mais la ténacité diminue. Chrome (Cr) : 12 % à 30 % (communément trouvé dans 15 % à 28 %). Le chrome est un élément clé pour former les carbures et assurer la résistance à la corrosion du substrat. Le point clé est de contrôler le rapport Cr/C. Molybdène (Mo) : 0,5% -3,0%. Le molybdène peut améliorer la trempabilité, inhiber la transformation de la perlite et favoriser la formation de bainite ou de martensite, en particulier pour les pièces moulées de grande section. En même temps, il peut affiner l’organisation, améliorer la ténacité et la résistance à l’usure. Cuivre (Cu) : 0,5% -1,5%. Il est également utilisé pour améliorer la trempabilité et constitue un substitut partiellement peu coûteux au molybdène, mais son effet n'est pas aussi bon que celui du molybdène. Nickel (Ni) : 0-1,5 %. Aider à améliorer la trempabilité et à renforcer la matrice. Manganèse (Mn) : 0,5% -1,0%. Stabilise l'austénite et améliore la trempabilité. Cependant, des niveaux trop élevés peuvent stabiliser l'austénite, conduisant à une augmentation de l'austénite résiduelle et à une ségrégation aux joints de grains, préjudiciable à la ténacité. Silicium (Si) : 0,3 % -1,0 %. Éléments désoxydants, mais favoriseront la graphitisation des carbures, leur teneur ne doit donc pas être trop élevée. Soufre (S) et phosphore (P) : Strictement limités. P < 0,06 %, S < 0,05 %. Ce sont tous des éléments nocifs qui peuvent sérieusement réduire la ténacité et la résistance et augmenter la tendance à la fissuration thermique.

2. L'importance du rapport Cr/C : Cr/C<4 : (Fe, Cr) ∝ C des carbures apparaîtront dans la structure, avec une dureté plus faible et une mauvaise résistance à l'usure. Cr/C ≈ 4-10 : le carbure eutectique à haute dureté (Fe, Cr) ₇ C ∨ (qui est la principale source de résistance à l'usure de la fonte à haute teneur en chrome) est formé sous forme de tige ou de bande, ce qui a moins d'effet de fendage sur la matrice et une meilleure ténacité. C'est l'intervalle le plus couramment utilisé. Cr/C>10 : Une grande quantité de carbures de type (Cr, Fe) ₂ ∝ C ₆ commencent à se former. Bien que la résistance à la corrosion soit améliorée, la dureté diminue et la résistance à l'usure n'est pas aussi bonne que (Fe, Cr) ₇ C ₆.

3. Calcul des ingrédients : calculez le taux de charge du four en fonction de l'ingrédient cible et du taux de récupération. La charge du four est généralement composée de fonte brute, de ferraille d'acier, de fer chromé (tel que le fer chromé à haute teneur en carbone, le fer chromé à faible teneur en carbone), de fer molybdène, de cuivre, de plaque de nickel, etc. Référence pour le taux de récupération : les éléments tels que le Cr et le Mo ont un taux de récupération élevé lorsqu'ils sont fondus dans un four à induction à moyenne fréquence, généralement calculé entre 95 % et 98 %. Le taux de récupération du Mn est d'environ 85 % à 95 %.

2、 Température de fusion et température de coulée

1. Température de fusion : La température de taraudage ne doit pas être trop élevée, généralement contrôlée entre 1480 °C et 1520 °C. Raison : Une température excessive peut augmenter la perte de combustion des éléments d'alliage (tels que l'oxydation du Cr et du Si), intensifier l'absorption de l'hydrogène et de l'azote dans le liquide d'acier et rendre les grains grossiers. La basse température n’est pas propice à la fusion des alliages, à l’homogénéisation de la composition et à la séparation du fer des scories.

2. Température de coulée : La température de coulée doit être déterminée en fonction de l'épaisseur de paroi et de la structure de la pièce moulée, allant généralement de 1 380 °C à 1 450 °C. Pour les pièces épaisses et simples, une température de coulée plus basse (telle que 1 380 °C à 1 420 °C) doit être utilisée pour faciliter la solidification séquentielle, réduire le retrait et affiner la granulométrie. Pièces à parois minces et complexes : utilisez des températures de coulée plus élevées (telles que 1 420 °C-1 450 °C) pour garantir une bonne capacité de remplissage. Principe : dans le but d'assurer le remplissage, essayez d'utiliser autant que possible une température de coulée plus basse.

3、 Points clés du processus de traitement thermique

La microstructure telle que coulée de la fonte à haute teneur en chrome est généralement constituée d'austénite + carbures eutectiques + perlite partielle, avec une faible dureté et une mauvaise ténacité. Une matrice martensitique présentant une dureté et une résistance à l'usure élevées ne peut être obtenue que par traitement thermique.

Le cœur du traitement thermique est « austénitisation + trempe ».

1. Austénitisation : Température : 940°C-980°C. La température spécifique dépend de la composition, notamment de la teneur en Cr et C. Pour les formules à haute teneur en carbone et en chrome, prendre la limite de température inférieure, sinon prendre la limite de température supérieure. Temps d'isolation : généralement calculé en fonction de l'épaisseur des murs, l'isolation prend 1 heure tous les 25 millimètres. Assurez-vous que le carbone et les éléments d'alliage contenus dans les carbures sont entièrement dissous dans l'austénite, mais un temps prolongé peut entraîner une croissance des grains et un grossissement des carbures. Point clé : Après austénitisation, la matrice devient austénite riche en carbone et en éléments d'alliage.

2. Trempe : Méthode de refroidissement : Après avoir été retiré de la température d'austénitisation, il doit être rapidement refroidi (trempé). Méthode courante : Trempe à l’air : Il s’agit de la méthode la plus couramment utilisée et la plus sûre. En raison de sa forte teneur en alliage et de sa bonne trempabilité, le refroidissement par air est suffisant pour éviter la transformation perlite et obtenir une matrice martensitique. Pour les composants volumineux ou complexes, le refroidissement par air peut réduire efficacement le risque de fissuration. Trempe à air forcé : utilisation d'un ventilateur pour souffler de l'air et accélérer le refroidissement. Trempe à l'huile : utilisée uniquement pour les pièces moulées de forme très petite ou simple, présentant un risque élevé et une fissuration facile, nécessitant une grande prudence. Objectif : Refroidir l'austénite à haute température en dessous de la température de transformation martensitique (point Ms) et la transformer en martensite de haute dureté.

3. Revenu : Nécessité : Après trempe, la contrainte interne est extrêmement élevée et la structure est de la martensite+austénite résiduelle, qui est très fragile et doit être trempée immédiatement. Température : Le revenu à basse température est généralement utilisé entre 200°C et 300°C, et parfois le revenu à température moyenne autour de 450°C est également utilisé (ce qui réduit la dureté mais améliore la ténacité). Temps d'isolation : 2 à 6 heures (selon l'épaisseur du mur). Fonction : soulage les contraintes de trempe et évite les fissures pendant l'utilisation. La transformation de la martensite trempée en martensite revenue réduit légèrement la dureté, mais améliore considérablement la ténacité et la stabilité. Favoriser la transformation d'une partie de l'austénite résiduelle en martensite (trempe secondaire).

4. Procédé spécial : Traitement sous-critique. Pour certaines conditions de travail nécessitant une résistance élevée aux chocs, un traitement sous-critique avec une isolation à long terme (par exemple 4 à 10 heures) entre 450 °C et 520 °C peut être utilisé. Ce processus décompose l'austénite résiduelle en ferrite bainitique et en carbures, ce qui donne une excellente combinaison de résistance et de ténacité, mais la dureté peut diminuer.

Résumé : Une courbe de traitement thermique typique pour la fonte à haute teneur en chrome KmTBCr26 est la suivante : [Austénitisation] Chauffage à 960 °C ± 10 °C ->Maintien pendant 4 à 6 heures ->[Trempe] Refroidissement par air à température ambiante ->[Revenu] Chauffage immédiat à 250 °C ± 10 °C ->Maintien pendant 4 à 6 heures ->Refroidissement par air après décharge. Rappel important : Avant d'entrer dans le four pour le traitement thermique, les pièces moulées doivent être soigneusement nettoyées (élimination du sable de moulage, des colonnes montantes, etc.). La vitesse de chauffage ne doit pas être trop rapide, notamment pour les composants complexes. Il est recommandé de chauffer étape par étape (par exemple en maintenant une température uniforme de 600 °C pendant un certain temps). Après trempe, il doit être refroidi à température ambiante avant utilisation. Ce n'est qu'en contrôlant avec précision la composition, la fusion et une série de paramètres de traitement thermique que des pièces résistantes à l'usure en fonte à haute teneur en chrome de haute performance peuvent être produites.