Analyse professionnelle du point de fusion du fer à porc

I. Définition du matériau et système de composition du fer à porc

Le fer à porc est un alliage de carbone de fer avec une teneur en carbone allant de 2,11% à 4,3%. En plus du fer (FE), sa composition chimique comprend principalement des éléments tels que le carbone (C), le silicium (Si), le manganèse (MN), le phosphore (P) et le soufre (S). Selon la morphologie du graphite et des scénarios d'application, le fer de porc peut être classé dans:

• Fon de porc en acier: avec une teneur en silicium <1,75%, le carbone existe sous forme de cémentite (Fe₃c) et la surface de fracture est blanche argentée. Il est principalement utilisé comme matière première pour le convertisseur en acier.

• Fonderie Pig Fon: avec une teneur en silicium de 1,25% à 3,6%, le carbone existe principalement sous forme de graphite et la surface de fracture est grise. Il convient à la production de coulée.

• Fer ductile: grâce au traitement de sphéroïdisation, le graphite présente une forme sphérique, avec des propriétés mécaniques supérieures à la fonte ordinaire et un taux d'allongement de 2% à 20%.

Ii Caractéristiques de base et données théoriques du point de fusion du fer à porc

(A) Range de points de fusion et réaction eutectique

Le point de fusion du fer pur est de 1 538 ° C, tandis que celui du fer de porc est nettement plus faible en raison de son carbone et de ses éléments d'alliage. Ses caractéristiques de point de fusion sont les suivantes:

• Plage de fusion: Le point de fusion du fer à fonte varie généralement de 1 148 ° C à 1 250 ° C, spécifiquement déterminé par la teneur en carbone et la composition en alliage.

• Point eutectique: Lorsque la teneur en carbone est de 4,3%, le fer à porc subit une réaction eutectique (L → γ + Fe₃c) à 1 148 ° C, formant une structure de ledeburite.

• Comparaison avec l'acier: L'acier a une teneur en carbone <2,11%, et son point de fusion diminue de 1 538 ° C à environ 1 300 ° C à mesure que la teneur en carbone augmente, ce qui est significativement plus élevé que celui du fer à fonte.

(B) Données de point de fusion des compositions typiques

Iii. Facteurs clés affectant le point de fusion du fer à fonte et leurs mécanismes

(A) Rôle dominant du contenu du carbone

Le carbone est l'élément central affectant le point de fusion du fer à fonte, et son effet suit une loi linéaire approximative:

• Relation quantitative: pour chaque augmentation de 0,1% de la teneur en carbone, le point de fusion diminue d'environ 13 ° C.

• Analyse du mécanisme: le carbone forme des solutions solides interstitiels ou de la cémentite dans le fer, perturbant la disposition régulière des atomes de fer et affaiblissant l'énergie de liaison métallique, abaissant ainsi le point de fusion.

(B) effets synergiques des éléments d'alliage

1. Silicon (oui):

• Effet: Pour chaque augmentation de 1% de la teneur en silicium, le point de fusion augmente d'environ 30 ° C.

• Mécanisme: SI forme des solutions solides substitutionnelles par FE, augmentant la distorsion du réseau et améliorant la force de liaison interatomique.

• Effet: L'impact sur le point de fusion est faible et une augmentation de la teneur en manganèse réduit légèrement le point de fusion.

• Effet secondaire: MN réagit avec S pour former des MN à haut point de fusion (1600 ° C), atténuant le risque de brise à chaud du soufre.

• Effet: Pour chaque augmentation de 0,1% de la teneur en phosphore, le point de fusion diminue d'environ 5 ° C.

• Risque: le phosphore se sépare aux joints de grains pour former des phases eutectiques à faible point de fusion (Fe₃p-Fe), exacerbant la fragilité froide.

• Disque: Le soufre forme Fe-Fe Eutectique (point de fusion 985 ° C) avec du fer, provoquant une fissuration de la pièce pendant le travail à chaud (phénomène de brise à chaud).

• Norme de contrôle: la teneur en soufre dans le fer de porc industriel est généralement <0,05%.

Iv. Applications du point de fusion du fer à fonte dans la production industrielle

(A) Contrôle de la température dans les processus de coulée

1. Réglage de la température de fusion:

• La température de fusion de la fonte grise est généralement de 1 350 à 1 450 ° C (150–250 ° C plus élevée que le point de fusion) pour assurer la fluidité du fer en fusion.

• En raison de la nécessité d'un traitement de sphéroïdisation, la température de fusion du fer ductile doit être augmentée à 1 400 à 1 500 ° C pour prévenir l'oxydation prématurée des agents sphéroïdisants.

• Machine-Tool Tool Lit Casting: À l'aide d'une fonte grise avec un faible point de fusion et une bonne fluidité, le processus de coulée de sable est adopté et la température de versement est contrôlée à 1 380–1 420 ° C.

• Disques de frein d'automobile: la fonte de graphite vermiculaire est sélectionnée, avec un point de fusion d'environ 1 200 ° C et une température de versement de 1350 ° C pour assurer la résistance à l'usure et la dissipation de la chaleur.

(B) Base thermodynamique des processus d'acier

1. Iron-Fornace Iron-Make:

• La température de foyer doit être maintenue à 1 400 à 1 500 ° C pour faire fondre le fer à porc (point de fusion de 1 148–1 250 ° C) et le séparer des scories.

• Le point de fusion des scories est contrôlé à 1 300 à 1 400 ° C, et la séparation du laitier est obtenue en ajustant le rapport Cao / Sio₂ (basicité).

• La température de soufflage doit atteindre 1 600 à 1 650 ° C pour oxyder le carbone dans le fer à fonte (C + O₂ → CO), réduisant la teneur en carbone à moins de 2,11%.

• La température du point final est surveillée en temps réel par des thermocouples, avec un contrôle d'erreur de ± 10 ° C.

  
  

V. Méthodes de mesure expérimentales et normes pour le point de fusion du fer à repasser

(A) Analyse thermique (GB / T 4336-2016)

1. Principe: Déterminez la température de transition de phase en enregistrant le point d'inflexion de la température dans la courbe de refroidissement de l'échantillon.

2. Équipement: Four de résistance (précision du contrôle de la température ± 5 ° C), système d'acquisition de données.

3. Procédure: chauffer l'échantillon à 1600 ° C à 10 ° C / min, maintenir 30 min, puis refroidir avec la fournaise et tracer la courbe de température-temps. Le point d'inflexion est la plage de fusion.

(B) calorimétrie de balayage différentiel (DSC, ASTM E793-19)

1. Précision: peut être précise à ± 1 ° C, capable de détecter les effets thermiques mineurs.

2. Application: Les tests DSC d'une fonte grise (C 3,2%, SI 1,8%) montrent que sa température de fusion initiale est de 1 182 ° C, la température complète de fusion est de 1235 ° C et l'enthalpie de fusion est de 210 J / g.

Vi. Recherchez les frontières et les développements technologiques du point de fusion du fer de porc

A) Développement de nouveaux matériaux

1. Fon de porc à basse température: En ajoutant des éléments tels que BI et SN, le point de fusion est réduit à moins de 1 100 ° C pour les substrats d'emballage de microélectronique.

2. La fonte à haute température résistante à l'usure: l'ajout de Cr (12% à 15%) et Ni (3% –5%) augmente le point de fusion à 1300 ° C, adapté aux doublures du four à ciment.

(B) Technologie de simulation numérique

En utilisant un logiciel thermo-calc pour établir un modèle de diagramme de phase quinaire Fe-C-SI-MN-P-S, le point de fusion et le chemin de solidification de différentes compositions peuvent être prédits. Par exemple:

• Le point de fusion simulé d'une composition en fer de porc (C 3,5%, SI 2,0%, Mn 0,8%, P 0,1%, S 0,03%) est de 1 205 ° C, avec une erreur <0,3% par rapport à la valeur expérimentale (1 208 ° C).

Vii. Ressources de référence faisant autorité

1. Métallurgie du fer et de l'acier (Zhu Yingxiong, 2018): exposent systématiquement la relation thermodynamique entre la composition du fer et le point de fusion.

2. American Society for Testing and Materials (ASTM) Standard: ASTM A48-18 Spécification standard pour les pièces moulées en fer gris.

3. Entrée Wikipedia "Pig Iron": https://en.wikipedia.org/wiki/pig_iron (Consulté le 2 juillet 2025).

En tant que paramètre central des propriétés thermodynamiques du matériau, le contrôle précis du point de fusion du fer à fonte traverse l'ensemble du processus de la fusion du minerai aux produits finaux. La réalisation de l'appariement synergique entre le point de fusion et les propriétés grâce à la conception de la composition et à l'optimisation des processus reste un objectif de recherche dans le domaine du fer et des matériaux en acier.