Slāpeklis karburatoros būtiski ietekmē pelēkā čuguna īpašības. Šī ietekme ir abpusēji{1}}griezīgs zobens, un tai ir nepieciešama precīza kontrole.
Vispārīgi runājot, slāpeklis ir pelēkā čuguna stiprinošs elements, taču pārmērīgs daudzums var izraisīt defektus. Tās ietekmes mehānisms un izpausmes ir šādas:
I. Slāpekļa pozitīvā ietekme (ieteicamais diapazons: 70–120 ppm)
1. Veicina perlītu veidošanos, uzlabojot izturību un cietību:
• Slāpeklis stabilizē austenītu, pazemina perlīta transformācijas temperatūru un palielina perlīta īpatsvaru lietņu struktūrā, tādējādi uzlabojot atstarpi starp slāņiem.
• Tas tieši uzlabo pelēkā čuguna stiepes izturību, cietību un nodilumizturību. Parasti par katru 10 ppm slāpekļa pieaugumu stiepes izturība var palielināties par aptuveni 5-10 MPa.
2. Attīra grafītu:
• Slāpeklis nedaudz kavē grafīta augšanu, kā rezultātā veidojas smalkākas un vienmērīgāk izkliedētas grafīta pārslas. Smalkais A-tipa grafīts ir noderīgs mehānisko īpašību uzlabošanai.
3. Ferīta samazināšana: ferītā izšķīdinātais slāpeklis izkropļo tā kristālisko režģi, palielinot cietību, bet samazinot plastiskumu. Tāpēc slāpeklim ir tendence samazināt ferīta saturu lietņu mikrostruktūrā, veicinot perlīta matricu.
4. Mijiedarbība ar titānu - "Slāpekļa fiksācija":
• Pelēkais čuguns bieži satur nelielu daudzumu titāna (Ti). Titānam ir spēcīga afinitāte pret slāpekli, jo tas galvenokārt veido augstas-kušanas- ļoti smalkas TiN daļiņas.
• Šīs TiN daļiņas var darboties kā grafīta veidošanās kodoli, palielinot grafīta kodolu veidošanās ātrumu un vēl vairāk uzlabojot grafīta mikrostruktūru, kas ir labvēlīga veiktspējai.
• Slāpekļa pārpalikums kā brīvais slāpeklis pastāv tikai tad, kad titāns ir pilnībā "izlietots".
II. Negative Effects of Nitrogen (In excess, typically >150 ppm vai ja nav līdzsvara ar alumīniju/titānu)
1. Slāpekļa -izraisīta porainība/plaisas:
• Šis ir visnozīmīgākais un bīstamākais defekts. 1. **Slāpekļa šķīdība strauji samazinās vēlākos dzelzs cietēšanas posmos (šķīdība cietā dzelzē ir daudz zemāka nekā šķidrā dzelzs):** Pārsātināts slāpeklis nogulsnējas un veido burbuļus.
• Šie burbuļi bieži atrodas pie eitektiskām robežām, kas izpaužas kā zemādas poras vai iekšējās plaisas{0}}līdzīgas poras, ievērojami samazinot lējuma blīvumu un izturību un, iespējams, izraisot noplūdi spiediena pārbaudes laikā.
2. ** Palielināts trauslums un samazināta apstrādājamība:**
• Pārmērīgs brīvais slāpeklis, kas izšķīdināts ferītā, ievērojami pastiprina režģa deformāciju, izraisot materiāla trauslumu un samazinātu triecienizturību.
• Lējuma pārāk augsta cietība un trauslums apgrūtina apstrādi, paātrina instrumenta nodilumu un pasliktina apstrādāto virsmu kvalitāti.
3. **Praisu grafīta veidošanās risks:**
• Augsta oglekļa ekvivalenta (augsta CE vērtība) hipereutektiskā pelēkā dzelzs gadījumā pārmērīgs slāpeklis ir viens no galvenajiem D-tipa/Vidmanštetenas grafīta vai vēl smagāku grafīta lūzumu cēloņiem.
• Šī grafīta morfoloģija nopietni salauž matricu, izraisot krasu stiprības, siltumvadītspējas un apstrādājamības pasliktināšanos.
III. Kontroles stratēģijas un ieteikumi ražošanā
1. Iedodiet priekšroku zema-NOx satura karburatoriem: kritiskiem komponentiem un plānām -sienu, augstas -stiprības detaļām (piemēram, automašīnu dzinēju blokiem un cilindru galvām) ir jāizmanto zema-NOx satura karburēšanas līdzekļi, lai kontrolētu slāpekļa ievadi avotā.
2. Uzraudzība un līdzsvarošana:
• Regulāri pārbaudiet izkausētā dzelzs slāpekļa saturu (parasti izmantojot siltumvadītspējas analizatoru).
• Vienlaicīgi analizēt titāna (Ti) un alumīnija (Al) saturu. Alumīnijs arī fiksē slāpekli (veidojot AlN), taču tas ir mazāk stabils nekā TiN. Izpratne par Ti/N attiecību ir svarīga, lai nodrošinātu pietiekamu titāna daudzumu slāpekļa fiksēšanai (ideāls kombinētais slāpeklis).
3. Kontrolējiet metāllūžņu izejmateriālus: nelietojiet metāllūžņus no nezināmiem avotiem, kas var saturēt augstu slāpekļa līmeni.
4. Procesa kontrole: izvairieties no pārmērīgas maisīšanas un ilgstošas kausēta dzelzs turēšanas augstā temperatūrā, lai samazinātu slāpekļa absorbciju.
5. Mērķa diapazons: parastajam pelēkajam čugunam slāpekļa satura kontrole līdz 80-120 ppm ir droša un izdevīga. Augstas veiktspējas pelēkajam čugunam (piemēram, GJL-300 un vairāk) slāpekļa saturs jākontrolē tuvu šī diapazona augšējai robežai, lai izmantotu tā stiprinošo efektu. Noteikti izvairieties no 150 ppm pārsniegšanas.
Secinājums: mūsdienu metāllūžņos{0}}balstītajos kausēšanas procesos pārkarburēšanas līdzekļu izvēle tieši nosaka izkausētā dzelzs slāpekļa satura līmeni. Slāpekļa kā galvenā "sakausējuma elementa" aktīva pārvaldīšana, izmantojot izejvielas ar zemu-slāpekļa saturu, uzraugot sastāvu un saglabājot saprātīgu Ti/N līdzsvaru, ir būtiski, lai pilnībā realizētu tā stiprinošo efektu, novērstu slāpekļa radītos defektus un konsekventi ražotu augstas-kvalitatīvas pelēkā čuguna detaļas.
