Comment produire des pièces en fonte grise à haute résistance sans ajout de métaux précieux tels que les alliages ?

Flux de processus détaillé de production de fonte grise à haute résistance HT300 sans alliage

Phase 1 : Ingrédients et fusion - Poser les bases

1. Matériaux de four sélectionnés : fonte brute : on utilise de la fonte brute de haute pureté ou de la fonte brute de haute qualité, caractérisée par une faible teneur en oligo-éléments (tels que Ti, V, As, Sb, etc.). Ces oligo-éléments peuvent interférer avec la morphologie du graphite, ce qui n'est pas propice à l'amélioration de la résistance. La taille des blocs de fer doit être uniforme. Ferraille d'acier : La proportion d'ajout doit être considérablement augmentée, représentant généralement 30 à 40 % de la charge du four. L'utilisation de ferraille propre à faible teneur en carbone et en soufre, telle que des pièces d'emboutissage, des déchets d'acier au carbone, etc., vise à diluer le carbone et les impuretés dans le fer en fusion. Matériaux recyclés : utiliser des carottes et des déchets moulés de la même marque pour garantir une composition stable. Contrôlez strictement sa proportion et sa propreté pour éviter d'introduire trop d'impuretés. 2. Calcul précis des ingrédients : Idée de base : équivalent à faible teneur en carbone. L’objectif est de contrôler strictement l’équivalent carbone (EC) dans une fourchette étroite de 3,8 % à 4,0 %. Carbone (C) : La valeur cible est fixée à 2,9% -3,2%. Suppression de la teneur en carbone grâce à une forte proportion de ferraille. Silicium (Si) : Le silicium initial dans le four est contrôlé entre 1,2 % et 1,5 %, laissant suffisamment d'espace supplémentaire pour le traitement d'incubation ultérieur. L’équilibre entre manganèse (Mn) et soufre (S) est crucial. Le but est de contrôler la teneur en soufre entre 0,07 % et 0,12 %, puis de calculer la quantité de manganèse ajoutée selon la formule Mn% ≈ 1,7 × S%+0,3 %. Sur cette base, la teneur en manganèse se situe généralement entre 0,8 % et 1,0 %. Cela garantit la formation de composés MnS bénéfiques et favorise la formation de perlite. Phosphore (P) : Il doit être strictement limité à moins de 0,08 %, car le phosphore peut réduire la ténacité et la résistance de la fonte. 3. Fusion à haute température : le four à induction à moyenne fréquence est utilisé pour la fusion afin de garantir une composition uniforme et un contrôle précis de la température. La température de prélèvement doit être supérieure à 1520 ℃. Le but de la fusion à haute température est de réduire complètement la teneur en gaz (hydrogène, azote) du fer fondu. Flottez entièrement les inclusions non métalliques pour obtenir du fer fondu pur. Prévoir des réserves de chaleur suffisantes pour le traitement et le versement ultérieurs.

Phase 2 : Traitement pré-four et coulée - contrôle précis

1. Analyse et ajustement rapides des composants du four : prélevez des échantillons de fer liquide pour une analyse spectrale ou une analyse thermique afin d'obtenir rapidement la teneur réelle en C, Si, Mn, P et S. Ajustez en fonction des résultats pour vous assurer que tous les éléments se trouvent dans la fenêtre cible, en particulier l'équivalent carbone. 2. Traitement d’incubation efficace : C’est l’âme de tout le processus. Dans des conditions équivalentes à faible teneur en carbone, la tendance du fer fondu à la moisissure blanche est extrêmement élevée et il est nécessaire d'éliminer la moisissure blanche et d'affiner le graphite par une forte inoculation. Sélection des inoculants : Choisissez des inoculants ayant une forte résistance à la décomposition et une forte capacité de nucléation, tels que le strontium (Sr) - contenant du ferrosilicium ou le baryum (Ba) - contenant du ferrosilicium. Processus d'incubation : adoption de la méthode d'inoculation en flux. Au moment où le fer fondu s'écoule de la poche à la coupelle de coulée, un alimentateur d'inoculation dédié est utilisé pour ajouter uniformément des inoculants d'une taille de particule de 0,2 à 0,7 mm au flux de fer fondu. Quantité d'ajout : contrôlée à 0,3 % -0,5 % (en poids de fer fondu). Effet : L'incubation instantanée peut fournir une grande quantité de noyaux de cristaux de graphite avant la solidification du fer fondu, obtenant ainsi du graphite de type A (flocons fins, répartition uniforme) et empêchant efficacement l'apparition de cémentite sur les bords. Le raffinement du graphite conduit directement au raffinement de la perlite matricielle. 3. Contrôle du versement et du refroidissement : Température de versement : Afin d'assurer un remplissage suffisant, une température de versement plus basse est utilisée, généralement entre 1 320 ℃ et 1 350 ℃. Le moulage à basse température contribue à augmenter le sous-refroidissement et à affiner les amas eutectiques. Processus de coulée : La méthode préférée est la coulée de fer recouverte de sable, qui est la technique la plus efficace pour obtenir une résistance élevée. Utilisez un moule métallique (de type fer) comme forme extérieure et recouvrez sa surface de travail d'une couche de sable de 4 à 8 millimètres d'épaisseur. Ce processus peut grandement améliorer la vitesse de refroidissement et forcer la solidification rapide du fer fondu. Les avantages du refroidissement rapide : des flocons d'encre très fins. Affiner considérablement l’espacement intercalaire de la perlite est la clé pour améliorer la résistance. Rendre la structure globale du moulage plus dense et plus uniforme. L'utilisation de fer froid : Pour le moulage au sable ordinaire, il est nécessaire de placer raisonnablement du fer froid externe dans les parties épaisses et chaudes de la pièce moulée pour forcer ces pièces à se solidifier de manière synchrone avec les pièces à paroi mince, empêcher le retrait et le desserrage et affiner la structure locale.

Phase trois : post-traitement et inspection

1. Nettoyage du sable et traitement thermique : Une fois la pièce moulée solidifiée, elle est laissée dans le moule pendant une période de temps suffisante jusqu'à ce qu'elle soit inférieure à la température de transition de phase, puis la boîte est remplie de sable pour éviter une contrainte interne excessive. Effectuez un recuit de détente, généralement à une température de 520 ℃ à 550 ℃, maintenez-le pendant 2 à 4 heures, puis refroidissez-le avec le four. Attention particulière : la température de recuit ne doit pas dépasser 720 ℃, sinon les fins flocons comme les perles subiront une sphéroïdisation, entraînant une diminution de la résistance et de la dureté. 2. Inspection de qualité stricte : Propriétés mécaniques : Des barres d'essai monobloc ou attachées sont coulées le long de la ligne et la résistance à la traction est mesurée sur une machine d'essai universelle pour garantir une stabilité supérieure à 300 MPa. Examen métallographique : Vérifiez la structure métallographique de l'éprouvette ou de la barre d'essai. L'organisation cible est : ≥ 95 % de perlite lamellaire fine + petit graphite de type A uniformément réparti (une longueur de graphite de 3 à 4 qualités est préférée) + pas de cémentite libre. Test de dureté : mesurez la dureté Brinell sur le corps de coulée. La dureté du HT300 sans alliage est généralement comprise entre 190 et 220HBW, ce qui est un phénomène normal.

Résumé et conseils de base :

La production réussie de HT300 sans alliage repose sur une chaîne précise de composants imbriqués : matériau de four de haute pureté + formule équivalente à faible teneur en carbone + fusion pure à haute température + équilibre Mn/S précis + incubation instantanée efficace + refroidissement rapide forcé. Toute perte de contrôle de l'un de ces maillons peut entraîner une résistance insuffisante ou l'apparition de phases dures et cassantes. Il s’agit d’un processus qui nécessite une gestion et une exécution technique extrêmement élevées, mais une fois maîtrisé, il peut réduire considérablement les coûts de production et améliorer la compétitivité des produits.