O ferro fundido cinzento geralmente se refere ao ferro fundido com alto teor de carbono, silício e manganês, mas com baixo teor de enxofre. Ele é formado pelo processo de grafitização quando o ferro líquido é resfriado lentamente. O grafite é distribuído em flocos. Recebeu esse nome porque sua fratura é cinza escuro. O ferro fundido cinzento refere-se ao ferro fundido com grafite em flocos. Seus principais componentes são ferro, carbono, silício, manganês, enxofre e fósforo. É o ferro fundido mais usado e sua produção é responsável por mais de 80% da produção total de ferro fundido. O ferro fundido com uma determinada composição é submetido a um tratamento simples de pré-forno e, após o vazamento, obtém-se o ferro fundido com grafite em flocos, também conhecido como ferro fundido cinzento.
Características de composição, estrutura e desempenho do ferro fundido cinzento
Composição química do ferro fundido cinzento
A composição química do ferro cinzento HT150 é aproximadamente a seguinte 3,2% a 3,5% de carbono, 1,9% a 2,3% de silício, 0,5% a 0,8% de manganês, menos de 0,12% de enxofre e menos de 0,2% de fósforo.
A composição química do ferro fundido cinzento HT200 está normalmente entre 3,0% e 3,3% de carbono, 1,4% a 1,6% de silício, 0,8% a 1,0% de manganês, menos de 0,15% de enxofre e menos de 0,15% de fósforo.
A composição química do ferro cinzento HT250 é geralmente: o teor de carbono é de 3,16% a 3,30%, o teor de silício é de 1,79% a 1,93%, o teor de manganês é de 0,89% a 1,04%, o teor de enxofre está na faixa de 0,094% a 0,125% e o teor de fósforo está na faixa entre 0,120% e 0,170%.
Estrutura de ferro fundido cinza
A estrutura do ferro fundido cinzento consiste em uma matriz metálica e flocos de grafite. Há três formas principais de matriz metálica: ferrita, perlita e ferrita + perlita. De acordo com as diferentes estruturas de matriz, o ferro fundido cinzento pode ser dividido nos seguintes tipos:
Ferro fundido cinzento ferrítico: O grafite em flocos grossos é distribuído na matriz metálica de ferrita. Tem baixa resistência e dureza e bom desempenho de fundição, e pode ser usado para fabricar peças fundidas ou peças finas com baixos requisitos.
Ferro fundido cinzento ferrítico-perlítico: O grafite em flocos é distribuído na matriz metálica composta de perlita e ferrita. Os flocos de grafite são ligeiramente mais grossos e mais numerosos. Eles são fáceis de controlar durante a fundição, têm bom desempenho de corte e são amplamente utilizados. .
Ferro fundido cinzento perlítico: Os flocos de grafite finos e uniformes são distribuídos na matriz de perlita. Possui alta resistência e dureza e é usado principalmente na fabricação de peças mecânicas importantes.
Características de desempenho do ferro fundido cinzento
Características de desempenho de fundição do ferro fundido cinzento
O ferro cinzento tem excelentes propriedades de fundição. Sua composição química está próxima do ponto eutético, o ferro fundido tem boa fluidez e pode fundir peças muito complexas. Além disso, devido ao grande volume específico de grafite, o encolhimento da fundição durante a solidificação é reduzido, o que pode simplificar o processo, reduzir o estresse da fundição e obter uma estrutura densa.
Propriedades mecânicas do ferro fundido cinzento
As propriedades mecânicas do ferro cinzento são relativamente baixas. Sua resistência à tração é menor do que a do aço, e sua plasticidade e tenacidade também são ruins. O grafite é distribuído em flocos, a área de rolamento efetiva é relativamente pequena e a ponta do grafite é propensa à concentração de tensão, portanto, a resistência, a plasticidade e a tenacidade do ferro fundido cinzento são inferiores às de outros ferros fundidos. Entretanto, a resistência à compressão do ferro fundido cinzento é relativamente alta, geralmente 3 a 4 vezes maior que a resistência à tração. O ferro fundido cinzento com matriz de perlita tem alta dureza e resistência ao desgaste.
Características de resistência ao desgaste do ferro fundido cinzento
O ferro cinzento tem melhor resistência ao desgaste. Isso ocorre porque o próprio grafite tem um efeito lubrificante, e as cavidades após a queda do grafite podem absorver e armazenar óleo lubrificante, fazendo com que as peças fundidas tenham boa resistência ao desgaste. Além disso, a fundição contém fósforo eutético com alta dureza, o que pode melhorar ainda mais a resistência ao desgaste.
Características de resistência à corrosão do ferro fundido cinzento
O ferro cinzento é resistente à corrosão até certo ponto. O ferro cinzento pode resistir à corrosão em alguns ambientes de ácidos fracos, álcalis fracos, água e gás. Entretanto, a resistência à corrosão do ferro cinzento é relativamente limitada em comparação com alguns materiais especializados resistentes à corrosão.
Características de desempenho de corte do ferro fundido cinzento
O ferro cinzento tem bom desempenho de corte devido aos efeitos de lubrificação e quebra de cavacos do grafite em flocos na ferramenta. O desempenho de corte do ferro cinzento em si depende da estrutura e da dureza da matriz. A matriz de ferrita é a melhor, seguida pela matriz de perlita. Quando há cementita livre, o desempenho de corte cai drasticamente.
Classes e aplicações de ferro fundido cinzento
Há muitos tipos de ferro fundido cinzento, os mais comuns são HT100, HT150, HT200, HT250, HT300, HT350, etc.
| HT100 | O HT100 é usado para fabricar peças fundidas simples que suportam apenas cargas leves, como tampas, tampas externas, paletes, cárteres de óleo, volantes, estruturas manuais, placas de fundo, alças e moldes de lingotes de aço, contrapesos de alto-forno em equipamentos metalúrgicos, pesos de fornos de siderurgia etc. |
| HT150 | O HT150 pode suportar tensão de flexão moderada e é usado para fabricar caixas de câmbio, tubos de escape, tubos de entrada de ar em veículos agrícolas, bem como peças sujeitas a movimento e desgaste relativos, como bancadas de trabalho. |
| HT200 | O HT200 é usado para fabricar peças fundidas que suportam uma tensão de flexão moderada e têm uma pressão entre as superfícies de atrito superior a 500 MPa, como mesas de trabalho de máquinas-ferramenta, corrediças, bases, caixas de câmbio de automóveis, tubos de admissão e escape, corpos de bombas, corpos de válvulas, tampas de válvulas etc. |
| HT250 | O HT250 é adequado para a fabricação de plataformas de ferro fundido, chapas planas de ferro fundido, chapas planas de marcação, bancadas de trabalho de ferro fundido, chapas planas de montagem, chapas planas de solda, engrenagens, níveis, leitos de máquinas-ferramenta, medidores de deflexão, peças fundidas grandes etc. |
| HT300 | O HT300 é adequado para a fabricação de peças fundidas sujeitas a altas tensões de flexão e que exigem alta estanqueidade, como plataformas de soldagem tridimensionais flexíveis, bases de máquinas-ferramenta pesadas, engrenagens, cames, virabrequins de motores grandes, blocos de cilindros, cilindros de alta pressão, bases de laminadores, etc. |
| HT350 | O HT350 é usado na fabricação de tornos, prensas de punção e outras máquinas pesadas que estão sujeitas a maior estresse, como bases de máquinas, corrediças de laminação de aço, rolos, colunas de coque, engrenagens de anel de misturador cilíndrico, assentos de roda de suporte etc. |
Tratamento térmico de ferro fundido cinzento
Há vários métodos de tratamento térmico para ferro fundido cinzento, incluindo principalmente os seguintes:
Recozimento para alívio de estresse
Para eliminar a tensão residual da peça fundida, estabilizar suas dimensões geométricas e reduzir ou eliminar a distorção causada pelo corte, a peça fundida precisa ser recozida para alívio de tensão. A composição química do ferro fundido deve ser considerada ao determinar a temperatura de recozimento para alívio de tensão. A temperatura de recozimento de alívio de tensão para ferro fundido cinzento comum é geralmente 550°C, para ferro fundido cinzento de baixa liga é 600°C e para ferro fundido cinzento de alta liga pode ser aumentada para 650°C. A taxa de aquecimento é geralmente de 60°C. ~120℃/h. O tempo de espera depende da temperatura de aquecimento, do tamanho e da complexidade estrutural da peça fundida e do grau de alívio de tensão necessário. A taxa de resfriamento do recozimento de alívio de tensões para peças fundidas deve ser lenta, geralmente controlada em 20 a 40°C/h e, quando resfriada abaixo de 200 a 150°C, pode ser resfriada a ar fora do forno.
Recozimento de grafitização
Se não houver cementita eutética na peça fundida ou se sua quantidade for pequena, o recozimento de grafitização em baixa temperatura pode ser realizado; quando a quantidade de cementita eutética na peça fundida for grande, o recozimento de grafitização em alta temperatura deve ser realizado. Durante o recozimento de grafitização em baixa temperatura, o ferro fundido sofrerá grafitização e granulação da cementita eutetóide, o que reduzirá a dureza do ferro fundido e aumentará sua plasticidade. O processo de recozimento de grafitização em alta temperatura consiste em aquecer a fundição a uma temperatura superior ao limite superior de Ac1, de modo que a cementita livre no ferro fundido se decomponha em austenita e grafita. Depois de ser mantido aquecido por um período de tempo, ele é resfriado de diferentes maneiras, de acordo com a estrutura da matriz necessária.
Normalização
O objetivo da normalização do ferro fundido cinzento é melhorar a força, a dureza e a resistência ao desgaste das peças fundidas, ou como um tratamento térmico preparatório para a têmpera de superfície para melhorar a estrutura da matriz. A normalização geral consiste em aquecer a peça fundida até o limite superior de Ac1 30 ~ 50 ℃, de modo que a estrutura original seja transformada em austenita e, em seguida, seja liberada do forno e resfriada ao ar após ser mantida por um período de tempo; peças fundidas com formas complexas ou importantes são normalizadas antes que a tensão interna seja eliminada. recozimento.
Têmpera e revenimento
O processo de têmpera consiste em aquecer a peça fundida a uma temperatura do limite superior de Ac1 + 30 ~ 50°C, geralmente 850 ~ 900°C, de modo que a estrutura seja transformada em austenita, mantida nessa temperatura e, em seguida, temperada, geralmente usando a têmpera a óleo. Revenimento Para evitar a grafitização, a temperatura de revenimento deve ser geralmente inferior a 550°C.
Têmpera de superfície: para melhorar a dureza da superfície, a resistência ao desgaste e a resistência à fadiga de determinadas peças fundidas, a têmpera de superfície pode ser usada. Tanto as peças fundidas de ferro fundido cinzento quanto as de ferro dúctil podem ser resfriadas na superfície. Geralmente, são usados o resfriamento de superfície por aquecimento por indução de alta (média) frequência e o resfriamento de superfície por contato elétrico.
Este artigo apresenta uma discussão e uma análise aprofundadas das várias características, processos de produção e áreas de aplicação das peças fundidas de ferro cinzento. Por meio de pesquisas sobre a composição das peças fundidas de ferro cinzento, esclarecemos que o teor de carbono, silício, manganês e outros elementos tem um impacto significativo em seu desempenho. Por exemplo, o aumento adequado do teor de silício pode melhorar efetivamente a resistência e a tenacidade das peças fundidas de ferro cinzento, mas o excesso de silício levará a uma diminuição da dureza das peças fundidas. No campo de aplicação, as peças fundidas de ferro cinzento são amplamente utilizadas na fabricação de automóveis, na indústria de máquinas e em outros campos devido à sua boa resistência ao desgaste, absorção de choques e vantagens de custo.
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