ねずみ鋳鉄で一般的に使用される元素の役割
1.炭素とケイ素：炭素とケイ素は黒鉛化を強く促進する元素です。炭素当量を使用して、ねずみ鋳鉄の金属組織および機械的特性に対する影響を説明できます。炭素当量が増加すると、黒鉛片が粗大化し、個数が増加し、強度と硬度が低下します。逆に、炭素当量を低減すると、黒鉛の数が減少し、黒鉛が微細化され、一次オーステナイト樹枝状結晶の数が増加するため、ねずみ鋳鉄の機械的特性が向上します。ただし、カーボン当量を下げるとキャスト性能が低下します。
2.マンガン：マンガン自体は炭化物を安定化し、黒鉛化を妨げる元素です。ねずみ鋳鉄中のパーライトを安定させ、精製する効果があります。 Ｍｎ＝０．５％〜１．０％の範囲では、マンガン量を増加させると強度、硬度が向上する。
3.リン：鋳鉄中のリン含有量が0.02％を超えると粒界リン共晶が生じる場合があります。オーステナイト中のリンの溶解度は非常に小さい。鋳鉄が凝固する際、リンは基本的に液体中に残ります。共晶凝固がほぼ完了すると、共晶グループ間の残りの液相組成は三元共晶組成 (Fe-2%、C-7%、P) に近づきます。この液相は約955℃で固化します。鋳鉄が凝固すると、モリブデン、クロム、タングステン、バナジウムはすべてリンに富んだ液相に偏析し、リン共晶の量が増加します。鋳鉄中のリン含有量が多いと、リン共晶自体の悪影響に加えて、金属母材に含まれる合金元素が減少し、合金元素の効果が弱まります。リン共晶液は凝固して成長する共晶群の周囲でどろどろになっており、凝固収縮時に補充されにくく、鋳物はさらに収縮する傾向にある。
4.硫黄: 溶鉄の流動性を低下させ、鋳物が熱割れする傾向を高めます。鋳物では有害な元素です。したがって、多くの人は硫黄含有量が低いほど良いと考えています。実際、硫黄含有量が 0.05% 以下の場合、この種の鋳鉄は私たちが使用する通常の接種剤としては機能しません。その理由は、接種が非常に早く腐敗し、しばしば鋳型に白い斑点が現れるためです。
5.銅: 銅は、ねずみ鋳鉄の製造において最も一般的に添加される合金元素です。その主な理由は、銅の融点が低く（1083℃）、溶けやすく、合金化効果が高いためです。銅の黒鉛化能力はシリコンの約1/5であるため、鋳鉄の白浮きを軽減することができます。同時に、銅はオーステナイト変態の臨界温度を下げることもできます。したがって、銅は、パーライトの生成を促進し、パーライトの含有量を増加させ、パーライトを精製し、その中のパーライトおよびフェライトを強化して、鋳鉄の硬度および強度を増加させることができる。ただし、銅の量が多ければ多いほど良いです。銅の添加量は0.2～0.4％が適当です。銅を多量に添加する場合、錫とクロムを同時に添加すると切削性に悪影響を及ぼします。これにより、マトリックス構造中にソルバイト構造が大量に生成されます。
6.クロム：クロムの合金効果は非常に強く、主にクロムの添加により溶鉄が白鋳物になる傾向が増し、鋳物が収縮しやすくなり、無駄が生じます。したがって、クロムの量を制御する必要があります。一方では、鋳物の強度と硬度を向上させるために、溶鉄に一定量のクロムが含まれることが期待されています。一方、クロムは鋳物が収縮してスクラップ率が増加するのを防ぐために、下限値まで厳密に管理されています。従来の経験では、元の溶鉄のクロム含有量が 0.35% を超えると、鋳物に致命的な影響を与えると考えられています。
7. モリブデン: モリブデンは、典型的な化合物形成元素であり、強力なパーライト安定化元素です。黒鉛を精製することができます。 ωMo<0.8%の場合、モリブデンはパーライトを精製し、パーライト中のフェライトを強化し、それによって鋳鉄の強度と硬度を効果的に向上させることができます。
ねずみ鋳鉄にはいくつかの問題があることに注意する必要があります
1.過熱を増やしたり、保持時間を延長すると、溶湯中の既存の不均一コアが消失したり、その効果が低下したりして、オーステナイト粒子の数が減少する可能性があります。
2.チタンはねずみ鋳鉄の初次オーステナイトを微細化する効果があります。チタン炭化物、窒化物、炭窒化物はオーステナイト核生成の基礎として機能する可能性があるためです。チタンはオーステナイトの核を増加させ、オーステナイト粒を微細化することができます。一方、溶鉄中にTiが過剰に存在すると、鉄中のSがMnの代わりにTiと反応してTiS粒子を形成します。 TiS のグラファイト コアは MnS ほど効果的ではありません。したがって、共晶黒鉛コアの形成が遅れ、それによって一次オーステナイトの析出時間が長くなる。バナジウム、クロム、アルミニウム、ジルコニウムは、炭化物、窒化物、炭窒化物を形成しやすく、オーステナイト核になりやすいという点でチタンと似ています。
3.共晶クラスターの数に対するさまざまな接種剤の影響には大きな違いがあり、共晶クラスターは次の順序で配置されます: CaSi>ZrFeSi>75FeSi>BaSi>SrFeSi。 Sr または Ti を含む FeSi は、共晶クラスターの数に与える影響が小さくなります。レアアースを含む接種剤が最も効果的であり、Al および N と組み合わせて添加すると、その効果はより顕著になります。Al および Bi を含むフェロシリコンは、共晶クラスターの数を大幅に増加させることができます。
4. 黒鉛核を中心として形成される黒鉛・オーステナイト二相共生成長粒を共晶クラスターと呼ぶ。極微視的な黒鉛凝集体、残留未溶融黒鉛粒子、一次黒鉛フレーク枝、高融点化合物、および溶融鉄中に存在し、共晶黒鉛のコアとなり得るガス含有物も、共晶クラスターのコアである。共晶核は共晶クラスターの成長の開始点であるため、共晶クラスターの数は共晶鉄液中で黒鉛に成長できる核の数を反映します。共晶クラスターの数に影響を与える要因には、化学組成、溶鉄の中心状態、および冷却速度が含まれます。
化学組成中の炭素とシリコンの量は重要な影響を与えます。炭素当量が共晶組成に近づくほど、より多くの共晶クラスターが存在します。 S はねずみ鋳鉄の共晶クラスターに影響を与えるもう 1 つの重要な元素です。溶鉄中の硫化物は黒鉛コアの重要な物質であるため、硫黄含有量が低いと共晶クラスターの増加にはつながりません。さらに、硫黄は不均一なコアと溶融物との間の界面エネルギーを減少させることができるため、より多くのコアを活性化することができます。 Ｗ（Ｓ）が０．０３％未満では共晶クラスターの数が著しく減少し、接種の効果が低下する。
Ｍｎの質量分率が２％以内では、Ｍｎ量が多くなり、共晶クラスターの数が多くなる。 Nbは溶鉄中で炭素と窒素の化合物を生成しやすく、黒鉛の核となって共晶クラスターを増加させます。バナジウムは炭素濃度を下げるため、Ti と V は共晶クラスターの数を減らします。チタンは、MnS や MgS 中の S を容易に捕捉して硫化チタンを形成しますが、その核生成能力は MnS や MgS ほど効果的ではありません。溶鉄中のNは共晶クラスターの数を増加させます。 N含有量が350×10-6未満の場合は明らかではありません。ある値を超えると過冷却が増加し、共晶クラスターの数が増加します。溶鉄中の酸素は核となる各種酸化物介在物を形成しやすいため、酸素が増加すると共晶クラスターの数が増加します。化学組成に加えて、共晶融液の中心状態も重要な影響因子です。高温や過熱を長時間維持すると、元のコアが消失または減少し、共晶クラスターの数が減少し、直径が増加します。接種処理によりコアの状態が大幅に改善され、共晶クラスターの数が増加します。冷却速度は、共晶クラスターの数に非常に明らかな影響を与えます。冷却が速いほど、より多くの共晶クラスターが存在します。
5.共晶クラスターの数は共晶粒子の厚さを直接反映します。一般に、微粒子は金属の性能を向上させることができます。同じ化学組成と黒鉛の種類を前提とした場合、共晶クラスターの数が増えると引張強さは増加します。これは、共晶クラスターの数が増えると共晶クラスター内の黒鉛シートが細かくなり、強度が増加するためです。ただし、シリコン含有量が増加すると、共晶グループの数が大幅に増加しますが、代わりに強度が低下します。鋳鉄の強度は過熱温度（1500℃まで）の上昇とともに増加しますが、このとき共晶グループの数は大幅に減少します。長期接種処理による共晶群数の変化則と強度増加との関係は必ずしも同じ傾向を示すわけではない。 SiとBaを含むFeSiの接種処理により得られる強度はCaSiよりも高いが、鋳鉄の共晶群の数はCaSiに比べてはるかに少ない。共晶グループの数が増加すると、鋳鉄の収縮傾向が増加します。小さな部品の収縮の発生を防ぐために、共晶グループの数を 300 ～ 400/cm2 以下に制御する必要があります。
6. 黒鉛化接種剤に過冷却を促進する合金元素 (Cr、Mn、Mo、Mg、Ti、Ce、Sb) を添加すると、鋳鉄の過冷却度が向上し、結晶粒が微細化し、オーステナイトの量が増加し、パーライト。添加された界面活性元素（Te、Bi、5b）は、黒鉛核の表面に吸着して黒鉛の成長を制限し、黒鉛のサイズを小さくすることで、総合的な機械的特性の向上、均一性の向上、組織制御の増加という目的を達成できます。この原理は、高炭素鋳鉄（ブレーキ部品など）の製造現場に適用されています。
投稿時刻: 2024 年 6 月 5 日
