Erfahren Sie mehr über Graphit in Gusseisen

Die Leistung von Gusseisen, einem technischen Werkstoff mit langer Geschichte und breiter Anwendung, hängt weitgehend von der Graphitform im Inneren ab. Graphit ist wie ein zweischneidiges Schwert in Gusseisen. Er verleiht dem Gusseisen nicht nur einzigartige Eigenschaften, sondern hat auch eine komplexe Wirkung auf seine Eigenschaften.

Was ist Graphit in Gusseisen?

Graphit ist ein Kohlenstoff-Allotrop, das als unabhängige Phase in Gusseisen vorkommt. Gusseisen ist eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 2,11% (im Allgemeinen 2,5-4,0%). Während des Erstarrungsprozesses scheidet sich der Kohlenstoff in Form von Graphit aus. Form, Größe und Verteilung des Graphits im Gusseisen spielen eine entscheidende Rolle für die Leistungsfähigkeit des Gusseisens.

Überblick über Graphit in Gusseisen

Grundlegende Eigenschaften von Graphit

Graphit hat eine typische Schichtkristallstruktur mit schwachen Van-der-Waals-Kräften, die die Schichten miteinander verbinden. Diese Struktur verleiht Graphit viele einzigartige Eigenschaften. Seine Textur ist weich, die Mohs-Härte beträgt nur 1-2, und es entsteht ein Gefühl von Glätte. Graphit hat eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit, wobei seine elektrische Leitfähigkeit geringer ist als die allgemeiner metallischer Werkstoffe. In nichtmetallischen Werkstoffen ist er jedoch ein ausgezeichneter Leiter. Darüber hinaus sind die chemischen Eigenschaften von Graphit stabil. Er reagiert bei Raumtemperatur nicht leicht mit anderen Stoffen und hat eine gute Korrosionsbeständigkeit.

Die Bedeutung von Graphit in Gusseisen

Graphit spielt eine Schlüsselrolle in Gusseisen. Unter dem Gesichtspunkt der mechanischen Eigenschaften ist das Vorhandensein von Graphit vergleichbar mit der Bildung einer großen Anzahl von winzigen "Rissquellen" in der Metallmatrix. Dies führt zu einer Verringerung der Festigkeit und Zähigkeit von Gusseisen. Allerdings verleiht Graphit dem Gusseisen auch einige besondere Eigenschaften. So verleiht der Schmiereffekt von Graphit dem Gusseisen eine gute Reibungs- und Verschleißbeständigkeit. Dies ist bei der Herstellung von Teilen wie Gleitlagern und Werkzeugmaschinenführungen von großer Bedeutung. Die Wärmeleitfähigkeit von Graphit trägt dazu bei, dass das Gusseisen die Wärme während des Erhitzungsprozesses gleichmäßig ableitet und seine thermische Stabilität verbessert. Außerdem kann das Vorhandensein von Graphit dem Gusseisen gute Gießeigenschaften verleihen. So wird beispielsweise die Oberflächenspannung des flüssigen Eisens verringert und seine Fließfähigkeit verbessert. Dies ist förderlich für die Gießen von komplexen Formteilen.

Verschiedene Arten von Graphit in Gusseisen

Gusseisen mit Kugelgraphit (Gusseisen mit Kugelgraphit)

Gusseisen mit Kugelgraphit und Gusseisen mit Kugelgraphit beziehen sich auf denselben Werkstoff. Und es gibt keinen wesentlichen Unterschied zwischen den beiden, nur in der Bezeichnung des Unterschieds.

Entstehungsmechanismus von kugelförmigem Graphit

Die Zugabe von Nodulierungsmitteln (wie Magnesium, seltene Erden usw.) und Impfstoffen zum flüssigen Eisen ist der Schlüssel. Das Sphäroidisierungsmittel verringert die Oberflächenspannung des Kohlenstoffs im flüssigen Eisen und lässt den Graphit kugelförmig wachsen. Das Impfmittel erhöht die Anzahl der Graphitkeime, verfeinert und homogenisiert die Graphitkugeln. Und es verfestigte die Eisenflüssigkeit bei einer geeigneten Temperatur zu kugelförmigem Graphit.

Eigenschaften von Gusseisen mit Kugelgraphit

Ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, Zugfestigkeit von mehr als 400MPa-1000MPa, weit über Grauguss. Dehnung von etwa 2%-20%, Zähigkeit, gute Duktilität, kann Auswirkungen und Verformung zu widerstehen, kann teilweise ersetzen Stahlguss. Ausgezeichnete Verschleißfestigkeit, es hat eine hohe Dauerfestigkeit, gute Haltbarkeit.

Mikrostruktur von sphärischem Gusseisen

Besteht aus kugelförmigem Graphit, der gleichmäßig in einer Metallmatrix (Ferrit, Perlit oder Mischstruktur) verteilt ist. Die Zähigkeit und Plastizität der Ferritmatrix sind gut. Die Perlitmatrix hat eine hohe Festigkeit und Härte. Kleine und gleichmäßig verteilte Graphitkugeln können die Gesamteigenschaften des Werkstoffs verbessern.

Sg-Eisen vs. Gusseisen

Im Vergleich zu Grauguss sind die mechanischen Eigenschaften stark verbessert. Flockengraphit aus Grauguss führt zu einer starken Spaltung der Matrix und damit zu einer geringen Festigkeit und Zähigkeit. Der Kugelgraphit von Gusseisen mit Kugelgraphit hat nur eine geringe Spaltwirkung auf die Matrix. Obwohl Sphäroguss eine genauere Kontrolle der Sphäroidisierung und der Impfbehandlung erfordert, hat es eine gute Fließfähigkeit und Füllung. Es eignet sich für die Herstellung komplexer Gussstücke. In der Anwendung können Sie gewöhnliches Gusseisen verwenden, wenn die Anforderungen an Festigkeit und Zähigkeit nicht hoch sind, wie z. B. bei Werkzeugmaschinenbetten. Sg-Eisen wird zur Herstellung von Schlüsselkomponenten in der Automobilindustrie, im Maschinenbau, in der Luft- und Raumfahrt und in anderen Bereichen verwendet.

Graues Gusseisen

Mikrogefüge von Grauguss

Bestehend aus Flockengraphit und Metallmatrix (Ferrit, Perlit oder Mischstruktur), schwächt Flockengraphit die Kontinuität der Matrix, was zu schlechten mechanischen Eigenschaften führt.

Graphitflocken in Grauguss

Die Form ist unregelmäßig, in Flocken oder Streifen. Seine Größe, Menge und Verteilung beeinflussen die Leistung. Große Graphitflocken verringern die Festigkeit und Zähigkeit, während eine feine und gleichmäßige Verteilung die Leistung verbessern kann. Graphitflocke verleiht Grauguss eine gute Stoßdämpfung. Es eignet sich für die Herstellung von Werkzeugmaschinenbetten, Motorzylinderblöcken und anderen Teilen, die eine Stoßdämpfung benötigen.

Graphitflockengröße in Gusseisen

Gemessen an Länge und Dicke beträgt die Länge Dutzende bis Hunderte von Mikrometern und die Dicke einige bis einige Dutzend Mikrometer. Die Größe wird durch das Gießverfahren und die chemische Zusammensetzung beeinflusst. Das hohe Kohlenstoffäquivalent und die langsame Abkühlungsgeschwindigkeit lassen die Graphitplatte größer werden, und die Zugabe von Legierungselementen (wie Silizium und Mangan) kann verfeinert werden.

Gusseisen mit verdichtetem Graphit

Entstehungsmechanismus von wurmförmigem Graphit

Die Zusammensetzung des flüssigen Eisens und das Behandlungsverfahren müssen streng kontrolliert werden. Fügen Sie eine geeignete Menge Vermiculator (Magnesium, seltene Erden und andere Elemente komplex) hinzu und bereiten Sie es mit Inokulation. Der Vermiculator lässt den Graphit in eine wurmförmige Form mit glattem Ende wachsen. Zwischen einem Nodulator und einer unbehandelten Graphitform wird unter geeigneten Erstarrungsbedingungen ein wurmförmiger Graphit gebildet.

Eigenschaften von Gusseisen mit gepresstem Graphit

Leistung zwischen Sphäroguss und Grauguss. Zugfestigkeit 300MPa-500MPa, höher als Grauguss. Zähigkeit und Duktilität sind besser als bei Grauguss, aber etwas schlechter als bei Sphäroguss. Gute Wärmeleitfähigkeit, nahe an der GraugussVerschleißfestigkeit und thermische Ermüdungsfestigkeit, kann unter hohen Temperaturen und wechselnden Belastungen arbeiten.

Mikrostruktur von Gusseisen mit gepresstem Graphit

Besteht aus wurmförmigem Graphit, der gleichmäßig in einer metallischen Matrix (Ferrit, Perlit oder Mischstruktur) verteilt ist. Die Größe, die Menge und die Verteilung des verdichteten Graphits beeinflussen die Eigenschaften des Werkstoffs und steuern in angemessener Weise die Verfügbarkeit von Gusseisen mit feinem verdichtetem Graphit.

Analyse des Mikrogefüges von Gusseisen

Analytische Methoden

Es gibt verschiedene Methoden zur Untersuchung des Mikrogefüges von Gusseisen. In der Regel wird ein metallographisches Mikroskop verwendet. Nach dem Polieren und Korrodieren von Gusseisenproben können Sie die Morphologie, Größe und Verteilung des Graphits sowie die Strukturmerkmale der Metallmatrix beobachten. Die Rasterelektronenmikroskopie (SEM) hat eine höhere Auflösung und kann feine Strukturen wie die Grenzfläche zwischen Graphit und Matrix erkennen. Mit der Elektronensonden-Mikroanalyse (EPMA) können die Elemente von Gusseisen quantitativ analysiert und die chemische Zusammensetzung der verschiedenen Phasen bestimmt werden. Und mit Hilfe der Röntgenbeugung (XRD) kann die Kristallstruktur der einzelnen Phasen analysiert werden.

Beziehung zwischen Mikrostruktur und Eigenschaften

Das Mikrogefüge von Gusseisen bestimmt unmittelbar seine Leistungsfähigkeit. Die Morphologie, Größe und Verteilung des Graphits beeinflussen die mechanischen Eigenschaften erheblich. Kugelgraphit hat die geringste Auswirkung auf die Matrixspaltung, und die Festigkeit und Zähigkeit sind höher. Der Lamellengraphit von Grauguss verringert die Festigkeit und Zähigkeit, hat aber eine gute Stoßdämpfung. Verdichteter Graphit macht Vermikulargusseisen zu einem Zwischenprodukt. Die Struktur der Metallmatrix ist ebenfalls sehr wichtig, die Zähigkeit von Gusseisen mit Ferritmatrix ist gut. Die Festigkeit und Härte der Perlitmatrix ist hoch. Durch die Einstellung der Gießen Verfahren und der chemischen Zusammensetzung zur Steuerung der Mikrostruktur lassen sich Gusseisenwerkstoffe herstellen, die den unterschiedlichen Leistungsanforderungen entsprechen.

Schlussfolgerung

Graphit in Gusseisen hat verschiedene Formen, und verschiedene Formen verleihen dem Gusseisen unterschiedliche Eigenschaften. Durch die Untersuchung der Mikrostruktur von Gusseisen mit verschiedenen Analysemethoden können wir die Beziehung zwischen Mikrostruktur und Eigenschaften klären. Mit der Entwicklung der Materialwissenschaft und -technologie wird die Forschung über Graphit in Gusseisen in Zukunft noch weiter vertieft werden. Es wird erwartet, dass Gusseisenwerkstoffe mit besserer Leistung und breiterer Anwendung entwickelt werden.