Was ist eine sphäroidisierende Behandlung?
2025-01-02 15:49:41 Zugriffe:0
Im Gussbereich ist die Sphäroidisierungsbehandlung ein Kernprozess bei der Herstellung von Sphäroguss und spielt eine entscheidende Rolle.
Unter Sphäroidisierungsbehandlung versteht man die Zugabe spezifischer Sphäroidisierungsmittel zur flüssigen Eisenschmelze. Die Zugabemenge muss genau kontrolliert werden. Durch diesen Vorgang wandelt sich der flockenartige oder vermikuläre Graphit in gewöhnlichem Gusseisen in gleichmäßig verteilten kugelförmigen Graphit um.
Die Morphologie von Graphit hat einen äußerst großen Einfluss auf die Eigenschaften von Gusseisen.
Bei gewöhnlichem Gusseisen führt der Flockengraphit, wenn er äußeren Kräften ausgesetzt wird, zu Spannungskonzentrationspunkten im Inneren des Materials, was zu einer deutlichen Verringerung der Festigkeit und Zähigkeit des Materials führt. Relevante mechanische Testdaten zeigen, dass die Zugfestigkeit von gewöhnlichem Grauguss im Allgemeinen zwischen 200 und 300 MPa liegt und die Dehnung nur zwischen 0,3 % und 0,8 % liegt. Nach der Sphäroidisierungsbehandlung ist der kugelförmige Graphit gleichmäßig in der Eisenmatrix verteilt, wodurch Spannungen effektiv verteilt und Spannungskonzentrationen vermieden werden können. Dadurch werden Festigkeit und Zähigkeit des Gusseisens erheblich verbessert. Die Zugfestigkeit von Sphäroguss kann 400–600 MPa erreichen und die Dehnung kann auf 2–10 % erhöht werden.
Anwendung der Sphäroidisierungsbehandlung in der Automobilindustrie
Nehmen wir als Beispiel die Automobilindustrie: Die Herstellung vieler Schlüsselkomponenten basiert auf Sphäroguss nach einer Sphäroidisierungsbehandlung. Bei Motorblöcken kann bei laufendem Automotor die Temperatur im Block schlagartig auf über tausend Grad Celsius ansteigen und der Druck steigt plötzlich auf mehrere Megapascal an. Darüber hinaus muss es hochfrequenten Vibrationen standhalten. Eine renommierte Automobilmarke hat im Rahmen ihrer Forschung und Entwicklung einen Vergleich durchgeführt. Bei einem Motor mit einem gewöhnlichen Gusseisenblock traten nach einer Laufleistung von 100.000 Kilometern in einem Haltbarkeitstest mehrere feine Risse am Block auf, was zu einem Leistungsabfall von etwa 15 % führte. Nach dem Austausch durch einen Sphärogussblock blieb der Block jedoch bei gleicher Laufleistung intakt und die Leistungsabgabe war stabil.
Dasselbe gilt auch für Automobilräder. Beim Fahren eines Fahrzeugs muss das Rad nicht nur das Gewicht der Fahrzeugkarosserie tragen, sondern auch der enormen Zentrifugalkraft standhalten, die durch die hohe Rotationsgeschwindigkeit und den Aufprall durch Straßenunebenheiten entsteht. Beispielsweise traten bei einem simulierten Test unter extremen Straßenbedingungen fünf Verformungen und zwei Risse auf, nachdem ein gewöhnliches Aluminiumlegierungsrad 500 hochintensiven Stößen ausgesetzt war. Im Gegensatz dazu zeigte das Sphärogussrad unter den gleichen Bedingungen nur einen geringen Verschleiß und seine Struktur blieb intakt, was eine hohe Zuverlässigkeit beweist.
Vorsichtsmaßnahmen für die Verwendung von Sphäroidisierungsmitteln
Im tatsächlichen Betrieb sind die Auswahl und die Zugabemenge der Sphäroidisierungsmittel von großer Bedeutung.
Gängige Sphäroidisierungsmittel enthalten Elemente wie Magnesium und seltene Erden, und je nach spezifischer Eisenschmelzzusammensetzung und Gussanforderungen werden unterschiedliche Formulierungen festgelegt. Wenn hochfeste mechanische Teile gegossen werden sollen, werden üblicherweise Sphäroidisierungsmittel mit einem Magnesiumgehalt von 7 % – 10 % gewählt. Sollen Bauteile mit hohen Zähigkeitsanforderungen gegossen werden, werden Formulierungen mit einem etwas höheren Anteil an Seltenen Erden bevorzugt. Bei einer zu hohen Zugabemenge kommt es zu einer Überreaktion der Eisenschmelze, was zu Fehlstellen wie Schlackeneinschlüssen und Poren führt. Wenn die Zugabemenge zu gering ist, wird die Graphit-Sphäroidisierung unvollständig sein. Erfahrene Gießereiarbeiter arbeiten präzise auf der Grundlage des Echtzeitzustands der Eisenschmelze, um einen guten Sphäroidisierungseffekt für jeden Eisenschmelzofen sicherzustellen.
Darüber hinaus ist der Zeitpunkt der Sphäroidisierungsbehandlung von entscheidender Bedeutung.
Die Eisenschmelze muss genau einen geeigneten Temperaturbereich erreichen, mit gleichmäßigen und stabilen Komponenten und nach ausreichendem Schmelzen, bevor die Sphäroidisierungsmittel schnell und gleichmäßig zugegeben werden können, um eine stabile und effiziente Reaktion sicherzustellen. Anschließend muss sofort ein Impfbehandlungsprozess durchgeführt werden, um die Morphologie der Graphitkugeln weiter zu optimieren, die Körner zu verfeinern und die Qualität des Gusseisens zu verbessern und so eine solide Grundlage für die Herstellung hochwertiger Sphärogussprodukte zu schaffen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Sphäroidisierungsbehandlung ein wichtiges Glied in der modernen Gusstechnologie ist. Es hat die Tür für die breite Anwendung von Sphäroguss geöffnet und Hochleistungswerkstoffe für Branchen wie zAutomobile, Maschinenbauund Schifffahrt und förderte den wissenschaftlichen und technischen Fortschritt sowie die industrielle Entwicklung.
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