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高強度灰鑄鐵生產工藝措施

發布日期:2022-12-09 15:44:44 作者:admin 點擊:1900

高強度灰鑄鐵生產工藝措施

碳能新材 石嘴山市碳能新材料科技有限公司 2022-12-09 15:42 發表于寧夏

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生產高強度灰鑄鐵件的工藝措施

       近年來,很多單位研究并發展了適應具體生產條件和不同鑄件要求(包括薄壁高強度灰鑄鐵件)的高強度灰鐵的生產方法,歸納起來,有以下四種。

1、強化孕育鑄鐵 :
      爐料中加入較多的廢鋼,采用優質鑄造焦,以得到出爐溫度大于1500℃和高碳當量的鐵水,用高效孕育劑強化孕育從而得到高強度灰鑄鐵。過去生產孕育鑄鐵依靠加入較多廢鋼,降低碳量來提高強度,但這種方法工藝性能不好,白口傾向大,尤其是對薄壁鑄件(最小壁厚3~10mm)。近代高強度孕育鑄鐵不用這種方法,靠高效孕育劑來強化孕育,提高性能。一般的方法是:碳當量在3.9~4.1%左右,溫度1480℃左右,要求鐵水氧化少,采用Si-Ca、Cr-Si-Ca、Re-Ca-Ba、Si-Ca、Si-Fe復合、稀土復合等高效孕育劑,進行孕處理。例如某廠5噸沖天爐,利用鑄造焦,爐料中加入40%以上廢鋼,總焦比為7時,鐵水溫1520℃~1540℃,爐渣中氧化鐵含量低(1.8~3.0%)。經特種孕育劑孕育處理,當碳當量為4.28%時,試棒抗拉強度可達250MPa,相對強度RG=1.28,HB229,珠光體含量大于98%。又如某單位通過提高鐵水過熱溫度,然后采用Re-Ca-Ba孕育劑對鐵水進行孕育處理,燒注一批缸蓋鑄件,當碳當量為3.9~4.05%時,抗拉強度285~304MPa,相對強度RG=1.1~1.21,石墨形態好,加工后水壓試驗沒發現縮松和漏水現象。 
2、合成鑄鐵
       所謂合成鑄鐵工藝,就是用感應電爐熔煉,爐料中用50%以上的廢鋼,其余為回爐鐵和鐵屑,經增碳處理得到的鐵液。這種方法的優點是:(1)爐科采用大量廢鋼,不用生鐵,降低了鑄鐵成本;(2)可獲得含磷量低的鐵水,減少磷量對缸體、缸蓋等薄壁高強度灰鐵縮松和滲漏缺陷的影響;(3)可避免生鐵遺傳性影響,鑄鐵石墨形態好,珠光體含量高,機械性能好,在同樣當量時強度可比沖天爐鑄鐵提高1~2個牌號。
 利用合成鑄鐵工藝熔煉高強度灰鑄鐵生產缸體,效果很好,生產結果表明:(1)采用合成鑄鐵熔煉工藝澆注的缸體機械性能高,當碳當量為4.0%時,抗拉強度大于250MPa,比沖天爐熔煉提高一個牌號;
(2)鐵水斷面敏感性小,缸體不同厚度斷面及階梯試塊斷面硬度分布均勻;(3)鑄鐵含磷量低,含雜質少,克服鑄件滲漏缺陷;(4)成本低;(5)熔煉工藝簡單易行,容易撐握。
3、低合金化孕育鑄鐵  
       調整原鐵水的化學成份使其達到較高碳當量,在爐內(或包內)加入少量鉻、銅、鉬等合金元素,獲得高溫低合金化鐵水,再經孕育處理,得到石墨細小、珠光體含量高、片間距小的組織,從而獲得高強度鑄鐵。用這種方法生產高強度灰鑄鐵,國外用得較廣泛,效果比較穩定,合金元素多是Cu,Cr、Mo、Ni等。其最大優點是可使缸體、缸蓋薄壁部分的基體組織得到95%以上珠光體,硬度差小。
       某些單位用0.3~0.7%Cr,瞬時孕育,控制鉻/硅比值,解決了缸體、缸蓋的生產問題。
4、調整鑄鐵常規化學成份及比例,獲得高強度、低應力灰鑄鐵  在碳當量保持不變的情況下,適當提高Si/C比值是提高機床鑄件強度和剛度重要途經之一。
       通過調整化學成份,特別是改變硅/碳比值,使Si/C在0.5~0.9,再加上適當的孕育和合金化,可以獲得具有良好綜合性能的高強度灰鑄鐵件。 
有關硅/碳比值的規律是:
(1)在相同碳當量下,Si/C比值高,抗拉強度可提高30~60MPa,相對強度高,相對硬度低,彈性性能好;
(2)在相同碳當量下,Si/C比值增加,殘余應力有除低趨勢,應力傾向也較??;
(3)提高Si/C比值,白口傾向小,斷面敏感性小,而對鐵水流動性,線收縮率無影響。 
        調整錳、硅含量,使含Mn量比含Si量高0.2~1.3%以上,得到另一種高強度低應力鑄鐵。灰鑄鐵含Mn在1.5~3.0%范圍內,提高含Mn量,尤其是當Mn量大于Si量后,能顯著細化共晶團,易于獲得D、E型石墨和細珠光體基體。另外,控制灰鑄鐵中Mn、Si差值和Mn的絕對值,使Mn、Si差值在0~0.5%,Mn大于2%,還可以在灰鑄鐵中得到不同類型的硬化相。因此,控制Mn、、Si差值和Mn絕對值,就能獲得機械性能高,硬度均勻,耐壓致密性好和耐磨性能好的高強度灰鑄鐵。這種高錳灰鑄件在鄭州紡織機械廠以及機床、缸套、液壓件三個行業部分廠中生產,取得較好的效果。Mn=1.7S+0.3% (為保證硫完全被錳結合)。
如何減小高強度灰鑄鐵的收縮傾向
        高強度與收縮一直是一對矛盾,生產高強度的鑄件,收縮傾向大,收縮問題如果不能很好解決,應付產生大量的收縮廢品缺陷。解決材料的收縮問題,總的原則是要有較高的碳硅當量。高碳硅當量加合金化的工藝比低碳硅當量少加合金的工藝收縮傾向小,因此,應當在選擇高碳硅量前提下,開發提高性能的新技術減少收縮具體的措施可以從以下方面考慮:
⑴促進石墨化的工藝措施是減少鐵液收縮的最好措施。
       電爐熔煉:增碳技術的應用是解決鐵液收縮的關鍵技術。由于鐵液凝固過程中的石墨析出產生石墨化膨脹作用,良好的石墨化會減少鐵液的收縮傾向,因此,增碳技術是最好的工藝。
       由于加入增碳劑提高了鐵液的石墨化能力,因此,采用全廢鋼熔煉加增碳劑的工藝,鐵液的收縮傾向反而更小。這是非常重要的一個觀念轉變,傳統的觀念是認為多加廢鋼會增大鐵液的收縮傾向,這樣我們就容易走入一個誤區,不愿意多用廢鋼,而喜歡多用一些生鐵。
       多用生鐵的缺點是:生鐵中有許多粗大的過共晶石墨,這種粗大的石墨具有遺傳性,如果低溫熔煉,粗大的石墨難以消除,粗大的石墨從液態遺傳到了固態,使凝固過程中本來由于石墨析出應該產生的膨脹作用削弱,因此使鐵液凝固過程中的收縮傾向增大,粗大的石墨又必然降低了材料的性能。因此,與用廢鋼增碳工藝相比,大量用生鐵的缺點就是:
①強度性能低。同樣成分做過對比試驗,性能低半個排號。
②收縮傾向大。同樣條件下,比廢鋼增碳工藝收縮大。
       對于電爐熔煉,增碳技術的核心是使用高品質的增碳劑。采用廢鋼增碳工藝,增碳劑就成為增碳工藝中最重要的環節。增碳劑質量的好壞決定了鐵液質量的好壞,增碳工藝能否獲得好的石墨化效果,減少鐵液收縮,主要取決于增碳劑:
① 增碳劑一定要選用經過高溫石墨化處理的增碳劑。
       只有經過高溫石墨化處理,碳原子才能從原來的無序排列變成片狀排列,片狀石墨才能成為石墨形核的最好核心,促進石墨化。
②好的增碳劑含硫都非常低,w(S)小于0.03%是一個重要的指標。
       對于沖天爐熔煉:高溫熔煉是最關鍵的技術指標,高溫熔煉可以有效消除生鐵粗大石墨的遺傳性。高溫熔煉可以提高滲碳率,減少配料中的生鐵加入量。以滲碳方式獲得的碳活性好,要比多加生鐵帶來的碳有更好的石墨化作用,反映在鑄件上,就是石墨的形態更好,分布更均勻。石墨的形態好,就會提高材料的性能,包括切削性能,而 石墨化效果好,就能減少鐵液的收縮傾向。     
⑵提高原鐵液的硅量,控制孕育量。
      灰鑄鐵中的硅一部分是原鐵液中的硅,一部分是孕育帶入的硅。
      許多人喜歡原鐵液中的硅低點,然后用很大的孕育量孕育,這種做法并不科學:大量的孕育是不可取的,這會增大收縮傾向。孕育是為了增加結晶核心的數量,促進石墨化,少量的孕育(0.2%~0.4%)就可以達到這個目的。從工藝控制來說,孕育量應該相應穩定,不能有過大的變化。這就要求原鐵液的硅量也要相應穩定。提高原鐵液的硅量,既可以減少白口和收縮傾向,又能發揮硅固溶強化基體的作用,性能反而不降低。目前比較科學的做法是提高灰鑄鐵原鐵液的含硅量,孕育量控制在0.3%左右,這樣可以發揮硅的固溶強化作用,對提高強度有利,也對減少鑄件收縮有利 。
⑶合金化的方法對鐵液收縮有很大影響。
      合金化能有效提高鑄鐵的性能,我們常用的合金元素是鉻、鉬、銅、錫、鎳。
      鉻:鉻能有效地提高灰鑄鐵的性能,隨著加入量的增加,性能會一直提高。鉻的白口傾向比較大,這是大家最顧忌的問題。加入量太大,會出現碳化物。至于鉻量的上限如何控制,不同的加鉻工藝,上限有所不同,如果鉻加入到原鐵液中,其上限不要超過0.35%,提高原鐵液中的鉻量會使鐵液白口傾向和收縮傾向加大,非常有害。
       另一種加鉻的工藝不是提高原鐵液鉻,而是將鉻加入到鐵液包中,用沖入法沖入,這種工藝會大大減少鐵液的白口和收縮傾向,同前一種工藝相比,同樣的鉻量,白口和收縮傾向會減少一半以上,這種加鉻方式,鉻的上限可以控制到0.45%。
       鉬:鉬的特性與鉻非常相似,不再作具體描述。由于鉬的價格昂貴,加鉬會大幅度增加成本。因此,應盡可能少加鉬,多加一些鉻。
用沖入法加鉻、加鉬是減少合金化收縮的有效措施。
⑷鐵液澆注溫度對收縮的影響。
       溫度高鐵液收縮傾向大,這是大家都有的經驗。要控制澆注溫度在合理的范圍內是非常重要的,澆注溫度如果高于工藝規定的合理的溫度20~30℃,收縮傾向就會大幅增加。生產中要注意這樣一種現象,沒有自動保溫功能的電爐,可能會使鐵液溫度升高,第一包鐵液的澆注溫度會低一些,隨后溫度會越來越高,如果不加以控制,就有可能產生收縮廢品。生產中第一包鐵液要燙包,燙好的包再用,而且第一包鐵液澆注溫度要控制在下限,不要在上限,防止溫度不斷升高。電爐熔煉控制好澆注溫度,是防止鑄件產生收縮廢品的關鍵措施。
⑸鐵液氧化傾向不容忽略:氧化大、收縮大。
       鐵液氧化傾向大是非常有害的,也會增大收縮傾向。為了降低鐵液氧化,沖天爐熔煉就要實現快速熔煉。現在國外的先進電爐熔煉技術可以做到加入的鐵料在幾分鐘內快速熔化,大大縮短了鐵料在高溫氧化階段的時間,氧化傾向大幅降低,同時由于電爐增碳技術的應用,使鐵液的氧化進一步降低,所以電爐熔煉也可以生產出低氧化、低收縮的鐵液。只要嚴格控制好澆注溫度,用電爐熔煉生產復雜的缸體、缸蓋鑄件也很有優勢。

 

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