Азотът в карбуризиращите агенти оказва значително влияние върху свойствата на сивия чугун. Това влияние е нож с две{1}}остриета и изисква прецизен контрол.
Най-общо казано, азотът е укрепващ елемент в сивия чугун, но прекомерните количества могат да доведат до дефекти. Неговият механизъм на въздействие и проявленията са както следва:
I. Положителни ефекти на азота (Препоръчителен диапазон: 70-120 ppm)
1. Насърчава образуването на перлит, подобрявайки здравината и твърдостта:
• Азотът стабилизира аустенита, понижава температурата на трансформация на перлита и увеличава дела на перлита в -отлятата структура, прецизирайки междупластовото разстояние.
• Това директно води до подобрена якост на опън, твърдост и устойчивост на износване на сивия чугун. Обикновено за всеки 10 ppm увеличение на азота якостта на опън може да се увеличи с приблизително 5-10 MPa.
2. Рафинира графит:
• Азотът леко инхибира растежа на графита, което води до по-фини и по-равномерно разпределени графитни люспи. Финият графит тип A- е полезен за подобряване на механичните свойства.
3. Редукция на ферит: Азотът, разтворен във ферит, изкривява неговата кристална решетка, увеличавайки твърдостта, но намалявайки пластичността. Следователно азотът има тенденция да намалява съдържанието на ферит в -отлятата микроструктура, насърчавайки перлитна матрица.
4. Взаимодействие с титан - „Фиксиране на азот“:
• Сивият чугун често съдържа следи от титан (Ti). Титанът има силен афинитет към азота, като за предпочитане образува много фини TiN частици с висока-точка на-топене.
• Тези TiN частици могат да действат като ядра за образуване на графит, увеличавайки скоростта на образуване на графитни ядра и допълнително рафинирайки микроструктурата на графита, което е от полза за производителността.
• Излишният азот съществува само като свободен азот, когато титанът е напълно "консумиран".
II. Negative Effects of Nitrogen (In excess, typically >150 ppm или когато има дисбаланс с алуминий/титан)
1. Предизвикване на „предизвикана от азот-порьозност/пукнатини“:
• Това е най-значимият и опасен дефект. 1. **Разтворимостта на азота рязко спада в по-късните етапи на втвърдяване на желязото (разтворимостта в твърдо желязо е много по-ниска, отколкото в течно желязо):** Пренаситеният азот се утаява и образува мехурчета.
• Тези мехурчета често съществуват на евтектични граници, проявяващи се като подкожни пори или вътрешни пукнатини-подобни на пори, силно намаляващи плътността и здравината на отливката и потенциално причиняващи изтичане по време на изпитване под налягане.
2. **Повишена крехкост и намалена обработваемост:**
• Прекомерният свободен азот, разтворен във ферит, силно влошава изкривяването на решетката, което води до крехкост на материала и намалена якост на удар.
• Прекалено високата твърдост и крехкост на отливката затрудняват обработката, ускоряват износването на инструмента и влошават качеството на обработваните повърхности.
3. **Риск от "образуване на фисурен графит":**
• В хиперевтектичния сив чугун с висок въглероден еквивалент (висока стойност на CE) прекомерният азот е една от основните причини за графит тип D-/Widmanstätten или дори по-сериозен графит с пукнатини.
• Тази графитна морфология силно разрушава матрицата, което води до рязко влошаване на якостта, топлопроводимостта и обработваемостта.
III. Стратегии за контрол и препоръки в производството
1. Предпочитайте въглеродни агенти с ниско-NOx: За критични компоненти и тънко-стенни части с висока-якост (като блокове на автомобилни двигатели и цилиндрови глави), трябва да се използват въглеродни агенти с ниско-NOx, за да се контролира подаването на азот при източника.
2. Мониторинг и балансиране:
• Редовно тествайте съдържанието на азот в разтопеното желязо (обикновено като използвате анализатор за топлопроводимост).
• Едновременно анализирайте съдържанието на титан (Ti) и алуминий (Al). Алуминият също фиксира азот (образувайки AlN), но е по-малко стабилен от TiN. Разбирането на съотношението Ti/N е важно, за да се осигури достатъчно титан за фиксиране на азот (идеален комбиниран азот).
3. Контролирайте суровините от стоманен скрап: Избягвайте използването на скрап от неизвестни източници, който може да съдържа високи нива на азот.
4. Контрол на процеса: Избягвайте прекомерното разбъркване и продължителното задържане на разтопеното желязо при високи температури, за да намалите абсорбцията на азот.
5. Целеви диапазон: За обикновен сив чугун контролирането на съдържанието на азот до 80-120 ppm е безопасно и полезно. За високопроизводителен сив чугун (като GJL-300 и по-висок), съдържанието на азот трябва да се контролира близо до горната граница на този диапазон, за да се използва неговият укрепващ ефект. Категорично избягвайте надвишаването на 150 ppm.
Заключение: В съвременните процеси на топене,-базирани на скрап, изборът на рекарбюризиращи агенти директно определя нивото на съдържание на азот в разтопеното желязо. Активното управление на азота като ключов „легиращ елемент“ чрез използването на ниско-азотни суровини, наблюдение на състава и поддържане на разумен Ti/N баланс е от съществено значение за пълното реализиране на укрепващия му ефект, елиминиране на дефектите, причинени от азота, и постоянно производство на високо-качествени части от сив чугун.
