A taxa de dissolução dos agentes de cementação no ferro fundido determina diretamente sua eficiência de absorção e taxa de absorção final.
Este é um processo físico-químico complexo, afetado principalmente pelos seguintes fatores:
A seguir estão os principais fatores que afetam a taxa de dissolução dos agentes cementantes, listados em ordem de importância:
I. Temperatura (fator térmico)
Este é o fator mais crucial e significativo.
• Princípio: A dissolução de agentes cementantes em ferro fundido é um processo endotérmico, exigindo a absorção de uma grande quantidade de calor.
Temperaturas mais altas significam:
Menor viscosidade do ferro fundido: melhor fluidez, o que é benéfico para a convecção e difusão dos átomos de carbono.
Aumento da atividade dos átomos de carbono: maior energia cinética, facilitando seu desprendimento da superfície do agente cementante e difusão para o interior do ferro fundido.
Reação acelerada da interface sólido-líquido: temperaturas mais altas fornecem uma força motriz termodinâmica mais forte.
• Padrão de Influência: A taxa de dissolução aumenta acentuadamente com o aumento da temperatura.
Acima de 1.500 graus, a taxa de dissolução é várias vezes mais rápida do que a 1.400 graus.
II. Propriedades Materiais de Agentes Carburizantes
1. Grau de Grafitização:
• Agentes carburantes altamente grafitados: Seus átomos de carbono estão dispostos em uma estrutura ordenada de folha de grafite, semelhante à estrutura de grafite no ferro fundido, exibindo assim melhor molhabilidade com ferro fundido.
O ferro fundido pode "molhar" mais facilmente nas lacunas entre as folhas de grafite, fazendo com que elas se descasquem camada por camada, resultando em uma taxa de dissolução mais rápida.
• Não-grafitizado (por exemplo, coque de petróleo calcinado): a estrutura do carbono é desordenada e densa, resultando em baixa molhabilidade com ferro fundido. O ferro fundido tem dificuldade de penetração e a dissolução depende principalmente da dissolução superficial lenta, levando a uma taxa lenta.
2. Tamanho e forma das partículas:
• Tamanho de partícula: Existe uma faixa ideal de tamanho de partícula (normalmente 1-5 mm).
Partículas muito finas: flutuam facilmente na superfície do líquido, resultando em queima-grave e em um curto tempo de contato real com o ferro fundido.
Partículas muito grandes: Pequena área de superfície total e afundam facilmente, resultando em uma pequena área de contato com o ferro fundido e um longo tempo de dissolução.
• Porosidade: Agentes de cementação porosos e soltos (como alguns agentes de cementação de baixa{0}}qualidade) fornecem mais canais de penetração para o ferro fundido, resultando em rápida dissolução inicial, mas podem levar a uma baixa taxa de absorção líquida devido à rápida queima-.
III. Condição do Ferro Fundido
1. Composição Química do Ferro Fundido:
• Saturação de Carbono: Quanto mais próximo o teor de carbono do ferro fundido estiver da sua concentração de saturação (determinada pelo equivalente de carbono CE), mais fraca será a "força motriz" para a dissolução do carbono e mais lenta será a taxa de dissolução.
• Elementos de "Bloqueio":
Silício (Si): O principal elemento de bloqueio.
O silício reduz a solubilidade do carbono no ferro fundido e é adsorvido na superfície do agente de cementação, formando uma camada de bloqueio que reduz significativamente a taxa de dissolução. Esta é a importante razão pela qual o carbono deve ser adicionado antes do silício.
Manganês (Mn): Tem um impacto menor e pode até mesmo eliminar indiretamente os efeitos adversos do enxofre ao reagir com o enxofre para formar MnS.
• Elementos de "promoção":
Enxofre (S): Na superfície, o enxofre reage com o carbono ou altera a tensão superficial, dificultando a dissolução.
Mais importante ainda, o enxofre reduz significativamente a molhabilidade do ferro fundido com recarburizadores (especialmente carbono grafítico), agindo como um forte inibidor da taxa de dissolução.
2. Fluxo e agitação do ferro fundido:
• Princípio: Convecção forte e agitação podem:
Remova rapidamente a camada saturada-rica em carbono da superfície do recarburizador, expondo novas superfícies para dissolução contínua.
Evitar a aglomeração e sedimentação do recarburizador, garantindo sua distribuição uniforme no ferro fundido.
• Método: A agitação eletromagnética em um forno de indução de média-frequência é um método extremamente eficaz.
A agitação manual também tem algum efeito.
4. Processo de Operação
1. Métodos de adição:
• Adição inferior: O recarburizador é coberto pela carga do forno e começa a se dissolver lentamente desde o primeiro momento em que o ferro fundido derrete. Esse método oferece o tempo de dissolução efetivo mais longo e ocorre em uma região de-temperatura relativamente baixa, resultando em queima mínima-e na maior eficiência geral de dissolução e absorção.
• Adição de-ciclo médio: adicionada quando já existe uma poça de fusão, evitando a queima-inicial. A dissolução depende de agitação eletromagnética, resultando em uma taxa mais rápida.
• Polvilhamento de Superfície: O pior método.
Quando os carburadores são expostos a altas temperaturas e ao ar, uma quantidade significativa queima e eles flutuam na superfície, não conseguindo entrar em contato eficaz com o ferro fundido, resultando em uma taxa de dissolução efetiva extremamente baixa.
Ao compreender e controlar sistematicamente esses fatores, a taxa de dissolução dos carburizantes pode ser significativamente melhorada, alcançando assim efeitos de cementação eficientes, estáveis e de baixo-custo.
