Azot u agensima za karburizaciju ima značajan uticaj na svojstva sivog livenog gvožđa. Ovaj uticaj je-mač sa dvije oštrice i zahtijeva preciznu kontrolu.
Uopšteno govoreći, azot je element za jačanje u sivom livenom gvožđu, ali prevelike količine mogu dovesti do defekata. Njegov mehanizam utjecaja i manifestacije su sljedeći:
I. Pozitivni efekti dušika (preporučeni raspon: 70-120 ppm)
1. Promoviše formiranje perlita, poboljšavajući snagu i tvrdoću:
• Azot stabilizuje austenit, snižava temperaturu transformacije perlita i povećava udio perlita u strukturi kao-livene, poboljšavajući međulamelarni razmak.
• Ovo direktno dovodi do poboljšane zatezne čvrstoće, tvrdoće i otpornosti na habanje sivog livenog gvožđa. Tipično, za svakih 10 ppm povećanja dušika, vlačna čvrstoća se može povećati za otprilike 5-10 MPa.
2. Rafinira grafit:
• Azot blago inhibira rast grafita, što rezultira finijim i ravnomjernije raspoređenim grafitnim pahuljicama. Fini grafit tipa A- je koristan za poboljšanje mehaničkih svojstava.
3. Redukcija ferita: Azot rastvoren u feritu iskrivljuje njegovu kristalnu rešetku, povećavajući tvrdoću, ali smanjujući plastičnost. Stoga azot ima tendenciju da smanji sadržaj ferita u lijevanoj mikrostrukturi, promovišući perlitnu matricu.
4. Interakcija sa titanijumom - "Fiksacija dušika":
• Sivi liveni gvožđe često sadrži tragove titanijuma (Ti). Titanijum ima jak afinitet prema dušiku, prvenstveno formirajući visoke-tačke-tačke, vrlo fine TiN čestice.
• Ove TiN čestice mogu da deluju kao jezgra za formiranje grafita, povećavajući brzinu nukleacije grafita i dalje rafinišući mikrostrukturu grafita, što je korisno za performanse.
• Višak azota postoji samo kao slobodni azot kada se titanijum potpuno "potroši".
II. Negative Effects of Nitrogen (In excess, typically >150 ppm, ili kada je u neravnoteži sa aluminijumom/titanijumom)
1. Induciranje "poroznosti/pukotina izazvanih dušikom-":
• Ovo je najznačajniji i najopasniji nedostatak. 1. **Rastvorljivost azota naglo opada u kasnijim fazama skrućivanja gvožđa (rastvorljivost u čvrstom gvožđu je mnogo niža nego u tekućem gvožđu):** Prezasićeni azot taloži i formira mehuriće.
• Ovi mjehurići često postoje na eutektičkim granicama, manifestirajući se kao potkožne pore ili unutrašnje pukotine{0}}kao pore, značajno smanjujući gustinu i čvrstoću odljevka i potencijalno uzrokujući curenje tokom testiranja pod pritiskom.
2. **Povećana lomljivost i smanjena obradivost:**
• Previše slobodnog azota rastvorenog u feritu ozbiljno pogoršava izobličenje rešetke, što dovodi do krtosti materijala i smanjene udarne žilavosti.
• Previše velika tvrdoća i krtost odlivaka otežavaju obradu, ubrzavaju habanje alata i narušavaju kvalitet obrađenih površina.
3. **Rizik od "formiranja grafita fisura":**
• U hipereutektičkom sivom gvožđu sa visokim ugljičnim ekvivalentom (visoka CE vrijednost), višak dušika je jedan od glavnih uzroka grafita D- tipa/Widmanstätten ili još težeg lomljenja grafita.
• Ova morfologija grafita ozbiljno lomi matricu, što dovodi do oštrog pogoršanja čvrstoće, toplotne provodljivosti i obradivosti.
III. Kontrolne strategije i preporuke u proizvodnji
1. Preferirajte nisko-agense za naugljičenje sa niskim sadržajem NOx: za kritične komponente i tanke-dijelove visoke-vrste (kao što su automobilski blokovi motora i glave cilindara), grafitizirani agensi sa niskim-nox NOx moraju se koristiti za kontrolu unosa azota na izvoru.
2. Monitoring i balansiranje:
• Redovno testirajte sadržaj azota u rastopljenom gvožđu (obično koristeći analizator toplotne provodljivosti).
• Istovremeno analizirati sadržaj titana (Ti) i aluminijuma (Al). Aluminijum takođe fiksira azot (formirajući AlN), ali je manje stabilan od TiN. Razumijevanje omjera Ti/N je važno kako bi se osiguralo dovoljno titana za fiksiranje dušika (idealan kombinirani dušik).
3. Kontrola sirovina za otpadni čelični otpad: Izbjegavajte korištenje otpadnog čelika iz nepoznatih izvora koji može sadržavati visok nivo dušika.
4. Kontrola procesa: Izbjegavajte pretjerano miješanje i produženo držanje rastopljenog željeza na visokim temperaturama kako biste smanjili apsorpciju dušika.
5. Ciljni opseg: Za obični sivi ljevak, kontrola sadržaja azota na 80-120 ppm je sigurna i korisna. Za sivo gvožđe visokih performansi (kao što je GJL-300 i više), sadržaj azota treba kontrolisati blizu gornje granice ovog opsega da bi se iskoristio njegov efekat jačanja. Apsolutno izbjegavajte prekoračenje 150 ppm.
Zaključak: U modernim procesima topljenja{0}}baziranih na otpadu, izbor sredstava za ponovno pougljičenje direktno određuje nivo sadržaja azota u rastopljenom gvožđu. Aktivno upravljanje dušikom kao ključnim "legirnim elementom", korištenjem nisko-azotnih sirovina, praćenjem sastava i održavanjem razumne ravnoteže Ti/N, ključno je za potpunu realizaciju njegovog efekta jačanja, eliminaciju defekata uzrokovanih dušikom i dosljednu proizvodnju visoko-kvalitetne dijelove od sivog lijeva.
