Азот в науглерожувачах істотно впливає на властивості сірого чавуну. Цей вплив є двосічним мечем і вимагає чіткого контролю.
Загалом азот є зміцнюючим елементом у сірому чавуні, але його надмірна кількість може призвести до дефектів. Механізм його впливу та прояви наступні:
I. Позитивний вплив азоту (рекомендований діапазон: 70-120 ppm)
1. Сприяє утворенню перліту, покращуючи міцність і твердість:
• Азот стабілізує аустеніт, знижує температуру перетворення перліту та збільшує частку перліту в-литій структурі, зменшуючи міжламелярні відстані.
• Це безпосередньо призводить до підвищення міцності на розрив, твердості та зносостійкості сірого чавуну. Як правило, на кожні 10 частин на мільйон збільшення вмісту азоту міцність на розрив може зрости приблизно на 5-10 МПа.
2. Очищає графіт:
• Азот трохи пригнічує ріст графіту, що призводить до більш дрібних і більш рівномірно розподілених пластівців графіту. Дрібний графіт типу A- є корисним для покращення механічних властивостей.
3. Відновлення фериту: азот, розчинений у фериті, спотворює його кристалічну решітку, збільшуючи твердість, але зменшуючи пластичність. Таким чином, азот має тенденцію зменшувати вміст фериту в -мікроструктурі необробленого лиття, сприяючи утворенню перлітної матриці.
4. Взаємодія з титаном - «Фіксація азоту»:
• Сірий чавун часто містить сліди титану (Ti). Титан має сильну спорідненість до азоту, переважно утворюючи дуже дрібні частинки TiN з високою-температурою-плавлення.
• Ці частинки TiN можуть діяти як ядра для утворення графіту, збільшуючи швидкість утворення зародків графіту та додатково покращуючи мікроструктуру графіту, що сприяє продуктивності.
• Надлишок азоту існує лише у вигляді вільного азоту, коли титан повністю «споживається».
II. Negative Effects of Nitrogen (In excess, typically >150 ppm або при дисбалансі з алюмінієм/титаном)
1. Створення «пористості/тріщин, викликаних -азотом»:
• Це найбільш значний і небезпечний дефект. 1. **Розчинність азоту різко падає на пізніх стадіях затвердіння заліза (розчинність у твердому залізі набагато нижча, ніж у рідкому):** Перенасичений азот випадає в осад і утворює бульбашки.
• Ці бульбашки часто виникають на евтектичних границях, проявляючись у вигляді підшкірних пор або внутрішніх тріщин-подібних пор, що значно знижує щільність і міцність відливки та потенційно спричиняє витік під час випробування тиском.
2. **Підвищена крихкість і знижена оброблюваність:**
• Надлишок вільного азоту, розчиненого у фериті, сильно посилює спотворення решітки, що призводить до крихкості матеріалу та зниження ударної в'язкості.
• Надмірно висока твердість і крихкість виливка ускладнюють обробку, прискорюють зношування інструменту, погіршують якість оброблених поверхонь.
3. **Ризик «утворення фісурного графіту»:**
• У заевтектичному сірому чавуні з високим вуглецевим еквівалентом (високе значення CE) надлишок азоту є однією з основних причин утворення графіту типу D-/Widmanstätten або навіть більш сильного руйнування графіту.
• Ця морфологія графіту сильно руйнує матрицю, що призводить до різкого погіршення міцності, теплопровідності та оброблюваності.
III. Стратегії управління та рекомендації на виробництві
1. Віддавайте перевагу науглерожувачам із низьким-NOx: для критичних компонентів і тонких-деталей із високою{3}}міцністю (таких як блоки двигунів і головок циліндрів) необхідно використовувати науглерожувачі з низьким-NOx, щоб контролювати надходження азоту в джерело.
2. Моніторинг і балансування:
• Регулярно перевіряйте вміст азоту в розплавленому чавуні (зазвичай за допомогою аналізатора теплопровідності).
• Одночасно аналізуйте вміст титану (Ti) та алюмінію (Al). Алюміній також зв'язує азот (утворюючи AlN), але він менш стабільний, ніж TiN. Розуміння співвідношення Ti/N є важливим для забезпечення достатньої кількості титану для фіксації азоту (ідеальний комбінований азот).
3. Контролюйте сталевий брухт: уникайте використання сталевого брухту з невідомих джерел, який може містити високий рівень азоту.
4. Контроль процесу: уникайте надмірного перемішування та тривалого утримання розплавленого заліза при високих температурах, щоб зменшити поглинання азоту.
5. Цільовий діапазон: для звичайного сірого чавуну контроль вмісту азоту до 80-120 ppm є безпечним і корисним. Для високопродуктивного сірого чавуну (наприклад, GJL-300 і вище) вміст азоту слід контролювати біля верхньої межі цього діапазону, щоб використовувати його ефект зміцнення. Абсолютно уникайте перевищення 150 ppm.
Висновок. У сучасних процесах плавки-на основі металобрухту вибір реагентів для повторного навуглечення безпосередньо визначає рівень вмісту азоту в розплавленому чавуні. Активне керування азотом як ключовим «легуючим елементом» шляхом використання сировини з низьким-азотним вмістом, моніторингу складу та підтримки прийнятного балансу Ti/N є важливим для повної реалізації його зміцнювального ефекту, усунення дефектів, спричинених азотом, і постійного виробництва високо{3}}якісних деталей із сірого чавуну.
