Mis on ferrosilikoonnitriid
Ferrosilikoonnitriid on peamiselt räninitriidil (Si) põhinev ferrosulam3N4), koos vaba raua, -nitriidita räni ja väikese koguse muude komponentidega. Seda kasutatakse lämmastikku sisaldava lisandina terase ja tulekindlate materjalide tootmisel. Tulekindlad klassid tarnitakse valkja või pruuni pulbrina, samas kui terasetootmise klassid on tavaliselt valkjas teraline materjal, kuna lisand peab pigem sulatis lahustuma, mitte moodustama tulekindlat struktuuri.
Materjal on sulatuskojas atraktiivne, kuna toimib korraga kolmel viisil: viib sisse lämmastikku, desoksüdeerib ja selle lagunemissaadused aitavad sulaterasest hapnikku eemaldada. Selle tarnitav lämmastik on osa, mis reguleerib valmistoote tugevust, vananemiskäitumist ja keevitatavust.
Kuidas lämmastik sulaterasse siseneb
Kui granuleeritud ferrosilikoonnitriid sukeldatakse sulatisse, laguneb nitriid ja vabaneb vedelas terases lahustuv lämmastik. Räni ja raud lähevad terasesse või räbu ning lahusesse jääv lämmastik on saadaval nitriidide moodustamiseks tahkestumise ja jahutamise ajal. Kuna lämmastiku lahustuvus langeb terase tahkumisel järsult, võib lämmastik, mida tugev nitriidimoodustaja ei fikseeri, jääda interstitsiaalsesse lahusesse ja liikuda hiljem, mis on allpool kirjeldatud vananemisprobleemide põhjus.
Lisamispraktika on seega sama oluline kui lisandi analüüs. Kontrollitud suurusega fraktsiooniga granuleeritud materjal lahustub kiiremini ja annab rohkem korratavat lämmastiku taaskasutamist kui jäme või tugevalt eraldatud toode ning deoksüdeeritud sulatis hoiab lämmastikku tõhusamalt kui see, mis veel keeb hapnikuga.
Toote vormid ja tera suurus
Ferrosilikoonnitriidi sorteeritakse peamiselt tera läbimõõdu järgi, sest suurusfraktsioon määrab, kui kiiresti lisand vahukulbis või vormis lahustub. Tüüpiline granuleeritud spetsifikatsioon on näidatud allpool; protsentide veerus on märgitud toote osakaal, mis peab jääma märgitud suurusvahemikku.
| Toote vorm | Tera läbimõõt | Määratud vahemiku läbimine |
|---|---|---|
| Peeneteraline | 3-5 mm | üle 90% |
| Harilik teravili | 3-10 mm | üle 90% |
| Jäme tera | 10-50 mm | üle 90% |
Eelistatakse pulber- ja peenteralisi vorme, kus lämmastik peab jaotuma kiiresti ja ühtlaselt, näiteks lämmastikku kandvas armatuuris ja orienteeritud räniterases, samas kui jämedamad graanulid sobivad suurema kuumuse ja sügavama sukeldumisega.
Lämmastiku kasulik mõju sulaterasele
Lämmastik ei ole lihtsalt lisand. Kontrollitud kogustes on see tahtlik legeeriv lisand, millel on mitu kasulikku mõju.
Lämmastik ühineb alumiiniumi, vanaadiumi, nioobiumi ja titaaniga, moodustades peeneid nitriide ja karbonitriide, mis kinnitavad terade piire ja viimistlevad valatud ja valtsitud struktuuri.
Armatuurvarras, nagu HRB400, suurendab lämmastikuga sadestamine voolavuspiiri, nii et sama tugevustaseme saab saavutada vähema süsiniku ja mikrosulami lisamisega.
Orienteeritud räniterases osaleb lämmastik töötlemise ajal terade kasvu kontrollivas inhibiitorsüsteemis, mis toetab lõpliku lehe magnetilisi omadusi.
Lämmastik suurendab teatud teraseklasside puhul vastupidavust pehmenemisele kõrgel temperatuuril, kuna moodustunud nitriidid on stabiilsed temperatuuridel, kus karbiidid jämenevad.
Ferrosilikoonnitriid deoksüdeerib ka sulatit, nii et see aitab kaasa tarnitava lämmastiku kõrval puhtamale terasele.
Lämmastiku kahjulikud mõjud ja nende kontrolli all hoidmine
Üle taseme, mida teras suudab fikseerida stabiilsete nitriididena, muutub lämmastik kasulikust legeerivast elemendist defektide allikaks.
Vananemine: interstitsiaalsesse lahusesse jäänud lämmastik sadestub aeglaselt raudnitriidina. Sade moonutab metallvõre ja tekitab sisemise pinge, mistõttu teras muutub aja jooksul rabedaks ning selle löögisitkus ja plastilisus langevad. Lämmastik suurendab vastuvõtlikkust selle tüve vananemise suhtes; see ei paranda vastupanuvõimet sellele ja kõrge fosforisisaldus halvendab mõju.
Sinine rabedus: kui kõrge lämmastikusisaldusega terast kuumutatakse 250–450 kraadini, muutub selle pind siniseks, samal ajal kui tugevus tõuseb ja löögitugevus langeb. Seda elastsuse kadu sinise kuumuse vahemikus tuleb arvestada alati, kui komponent on moodustatud või sirgendatud soojaks.
Keevitatavus: kui lämmastikusisaldus tõuseb, keevitusvõime halveneb. Poorsus, kõvenemine kuumusest mõjutatud tsoonis ja sitkuse vähenemine on tavalised tagajärjed, seega vajavad lämmastikku kandvad terased nende keemiale vastavat keevitusprotseduuri.
Interstitsiaalse probleemi parandus: kontrollitud koguse alumiiniumi lisamine terasele moodustab stabiilse AlN, mis piirab Fe teket ja sadestumist4N. See parandab vananemist ja samal ajal piiravad AlN osakesed austeniidi terade kasvu.
Praktiline reegel on see, et lämmastikku tuleks täpsustada, mitte lihtsalt aktsepteerida. Lämmastiku sihtvahemik, nitriidimoodustaja sobitatud lisamine ja kontrollitud alumiiniumi tase muudavad koos defektiallikast pärineva lämmastiku tugevdusvahendiks.
Korduma kippuvad küsimused
K: Milleks kasutatakse ferrosilikoonnitriidi terase valmistamisel?
Seda kasutatakse lämmastiku lisamiseks sulaterasele, sulatise desoksüdeerimiseks ning sademete tugevdamise ja tera rafineerimise toetamiseks lämmastikku kandvates terastes, nagu armatuurvarras ja orienteeritud räniteras.
K: Mida tähendab nimetus FeSi3N4?
See peegeldab sulami põhikomponenti, räni nitriidi (Si3N4), mis varustab lämmastikku. Kaubanduslik materjal sisaldab ka vaba rauda, -nitreerimata räni ja väiksemaid komponente, seega on toote lämmastikusisaldus toodud puhta räninitriidi analüüsist eraldi.
K: Mis põhjustab lämmastikku sisaldava terase vananemist?
Interstitsiaalsesse lahusesse jääv lämmastik sadestub pärast jahutamist aeglaselt raudnitriidina. Sade moonutab võre ja suurendab sisemist pinget, mistõttu elastsus ja löögitugevus vähenevad aja jooksul, eriti kui fosforisisaldus on samuti kõrge.
K: Mis on sinine rabedus?
See on löögitugevuse kadu, mis tekib siis, kui kõrgendatud lämmastikusisaldusega terast kuumutatakse ligikaudu 250–450 kraadini, mis on vahemikus, milles pind omandab sinise oksiidtooni. Tugevus tõuseb, samal ajal kui tugevus väheneb, nii et sooja vormimine ja sirgendamine vajavad hoolt.
K: Kuidas aitab alumiinium, kui lämmastikusisaldus on kõrge?
Alumiinium on tugev nitriidimoodustaja. See ühineb lämmastikuga, moodustades stabiilse AlN-i, selle asemel et lasta Fe-l4N sade hiljem, mis parandab vananemiskindlust ja kinnitab kuumutamisel austeniidi terade piire.
K: Kuidas tuleks ferrosilikoonnitriidi säilitada?
Hoidke seda kuivas, suletud pakendis või kaetud punkris, teistest ferrosulamitest eraldi. Niiskuse kogumine muudab lämmastiku efektiivset taastumist ja võib põhjustada granuleeritud toote paaknemist, mis seejärel sulab ebaühtlaselt.