Dušik v sredstvih za naogljičenje pomembno vpliva na lastnosti sive litine. Ta vpliv je dvorezen-meč in zahteva natančen nadzor.
Na splošno je dušik ojačitveni element sive litine, vendar lahko prevelike količine povzročijo napake. Njegov mehanizem vpliva in manifestacije so naslednji:
I. Pozitivni učinki dušika (priporočeno območje: 70-120 ppm)
1. Spodbuja nastajanje perlita, izboljša trdnost in trdoto:
• Dušik stabilizira avstenit, zniža temperaturo pretvorbe perlita in poveča delež perlita v -uliti strukturi ter izboljša medlamelni razmik.
• To neposredno vodi do izboljšane natezne trdnosti, trdote in odpornosti proti obrabi sive litine. Običajno se lahko za vsakih 10 ppm povečanja dušika natezna trdnost poveča za približno 5-10 MPa.
2. Rafinira grafit:
• Dušik nekoliko zavira rast grafita, kar ima za posledico finejše in bolj enakomerno porazdeljene grafitne kosmiče. Fini grafit tipa A- je koristen za izboljšanje mehanskih lastnosti.
3. Redukcija ferita: Dušik, raztopljen v feritu, popači njegovo kristalno mrežo, poveča trdoto, vendar zmanjša plastičnost. Zato dušik nagiba k zmanjšanju vsebnosti ferita v -uliti mikrostrukturi, kar spodbuja perlitno matriko.
4. Interakcija s titanom - "fiksacija dušika":
• Siva litina pogosto vsebuje sledove titana (Ti). Titan ima močno afiniteto do dušika, prednostno tvori zelo drobne delce TiN z visokim-tališčem-.
• Ti delci TiN lahko delujejo kot jedra za tvorbo grafita, povečajo hitrost nukleacije grafita in dodatno izboljšajo mikrostrukturo grafita, kar je koristno za delovanje.
• Presežek dušika obstaja samo kot prosti dušik, ko je titan popolnoma "porabljen".
II. Negative Effects of Nitrogen (In excess, typically >150 ppm ali pri neravnovesju z aluminijem/titanom)
1. Povzročanje "z-dušika povzročene poroznosti/razpok":
• To je najbolj pomembna in nevarna napaka. 1. **Topnost dušika močno pade v poznejših fazah strjevanja železa (topnost v trdnem železu je veliko nižja kot v tekočem železu):** Prenasičen dušik se obori in tvori mehurčke.
• Ti mehurčki pogosto obstajajo na evtektičnih mejah in se kažejo kot podkožne pore ali notranje razpoke-podobne pore, ki močno zmanjšajo gostoto in trdnost ulitka in lahko povzročijo puščanje med tlačnim preizkusom.
2. **Povečana krhkost in zmanjšana obdelovalnost:**
• Prekomerna količina prostega dušika, raztopljenega v feritu, močno poslabša mrežno popačenje, kar povzroči krhkost materiala in zmanjšano udarno žilavost.
• Previsoka trdota in krhkost ulitka otežuje obdelavo, pospešuje obrabo orodja in slabša kakovost obdelanih površin.
3. **Tveganje za "tvorbo fisurnega grafita":**
• V hiperevtektičnem sivem železu z visokim ekvivalentom ogljika (visoka vrednost CE) je čezmerni dušik eden glavnih vzrokov za nastanek grafita tipa D-/Widmanstätten ali še hujšega lomljenja grafita.
• Ta grafitna morfologija močno poškoduje matriko, kar povzroči močno poslabšanje trdnosti, toplotne prevodnosti in obdelovalnosti.
III. Strategije nadzora in priporočila v proizvodnji
1. Dajte prednost naogljičilnim sredstvom z nizko-NOx: Za kritične komponente in tanko{2}}stenske,-dele z visoko{3}}trdnostjo (kot so avtomobilski bloki motorjev in glave cilindrov) je treba uporabiti nagljikova sredstva z nizko-NOx grafitizacijo za nadzor vnosa dušika pri izvoru.
2. Spremljanje in uravnoteženje:
• Redno preverjajte vsebnost dušika v staljenem železu (običajno z analizatorjem toplotne prevodnosti).
• Hkrati analizirajte vsebnost titana (Ti) in aluminija (Al). Aluminij prav tako veže dušik (tvori AlN), vendar je manj stabilen kot TiN. Razumevanje razmerja Ti/N je pomembno za zagotovitev zadostne količine titana za fiksacijo dušika (idealni kombinirani dušik).
3. Nadzor nad surovinami iz odpadnega jekla: Izogibajte se uporabi odpadnega jekla iz neznanih virov, ki lahko vsebujejo visoke ravni dušika.
4. Nadzor postopka: Izogibajte se pretiranemu mešanju in dolgotrajnemu zadrževanju staljenega železa pri visokih temperaturah, da zmanjšate absorpcijo dušika.
5. Ciljno območje: Za običajno sivo lito železo je nadzor vsebnosti dušika na 80-120 ppm varen in koristen. Za visoko zmogljivo sivo lito železo (kot je GJL-300 in višje) je treba vsebnost dušika nadzorovati blizu zgornje meje tega območja, da se izkoristi njegov učinek utrjevanja. Absolutno se izogibajte preseganju 150 ppm.
Zaključek: V sodobnih procesih taljenja-na osnovi odpadkov izbira sredstev za ponovno naogljičenje neposredno določa raven vsebnosti dušika v staljenem železu. Aktivno upravljanje dušika kot ključnega »legirnega elementa« z uporabo surovin z malo-dušikom, spremljanjem sestave in vzdrževanjem primernega ravnovesja Ti/N je bistvenega pomena za popolno uresničitev njegovega učinka krepitve, odpravo napak, ki jih povzroča dušik, in dosledno proizvodnjo visoko{3}}kakovostnih delov iz sive litine.
