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    鑄態鐵素體球墨鑄鐵件質量控制


      鑄態鐵素體基體球墨鑄鐵的生產有很多方面要加以注意,否則難以達到客戶要求。例如原材料的選擇、熔煉工藝的制定、溫度的控制、爐前球化孕育處理。通過幾年的摸索,對于生產球墨鑄鐵有了自己的一些經驗,現加以介紹。  
    1  生產的基本條件

    1.1熔煉設備  鑄態鐵素體球鐵對原鐵水的質量要求是:化學成分穩定,符合設計要求;好的冶金質量,潔凈,無氧化現象;高的出鐵溫度(一般1500-1550℃)。

    1.2造型設備  球墨鑄鐵凝固時有石墨析出,膨脹量大,生產上可利用這一特點,采用剛性鑄型,避免鑄型脹大,獲得致密、無縮孔,無宏觀縮松的鑄件。
          2  原材料的控制
          2.1鑄造生鐵  生鐵應高碳低硅、低磷低硫。干擾元素少。但如含有干擾元素,就導致球化不良。對石墨片粗大、渣氣孔較多的生鐵也就盡量不用或少用。選定生鐵時,首先要根據球鐵的基體要求及回爐料用量來確定生鐵的硅量(定牌號)。其次,根據韌性要求和熱處理與否限定錳量(定分組)。生鐵中的磷硫量則越少越好。磷的分級和硫的分類,各種生鐵的界定量不太一樣。球鐵用生鐵有特級磷(P≤0.05%)和特類硫(S≤0.02%)。煉鋼生鐵有特類硫(S≤0.02%),但磷一般較高。鑄造生鐵沒有特級磷和特類硫,其一級磷和一類硫分別為≤0.06%和≤0.03%。   因鐵礦來源的不同,生鐵中常含有Cu、Cr、Mo、Ti、Sn、Al、Pb、Bi、Te、Cd、Zn、As和Sb等微量元素。其中As、Pb、Zn、Ti、Bi、Sb、Cd和Te等超過一定含量,或干擾球化,或生晶界脆性相,或生硬質點,從而影響著球化成敗、球鐵的韌性和切削加工性。這些干擾元素的作用很復雜,它們共存時,有倍增效應或抵消作用,機理有待進一步研究。  為了控制干擾元素,需對生鐵中微量元素總量(∑T)加以限制。例如德國規定∑T≤0.0745%,日本規定為∑T≤0.089%,其中Ti不大于50%∑T。我國目前一般約定為∑T≤0.1%,其中Ti≤0.045%。

    2.2  回爐鐵  回爐鐵用生產的球鐵澆冒口和廢品鑄件,杜絕使用市場收購的廢舊鑄鐵件。

    2.3  廢鋼  廢鋼主要是用來調整碳量,或是用于廢鋼增碳生產球鐵的主要原材料,應是成分明確的無銹碳素鋼,杜絕使用合金鋼或來歷不明的廢鋼。

    2.4 球化劑、孕育劑  球化劑要求成分穩定、均勻。它的選用應根據熔煉設備、鐵液的含硫量、鐵水出爐溫度的不同而定。使用沖天爐生產時,因鐵水溫度相應較低,硫量較高,鐵液純凈度較差,因此,要選用含稀土、鎂含量較高的球化劑,通常選用Mg7-9%,Re5%或7%的球化劑;而電爐生產時,由于鐵水溫度達到要求,鐵水冶金質量好,純凈度高,應選用稀土、鎂含量較低的球化劑一般選用含Mg6-8%,Re2-4%的球劑,薄小件選用Mg5-7%,Rel-3%的球化劑。  孕育劑是球鐵生產環節中的重要鐵合金材料,球化處理后加入孕育劑不僅能消除滲碳體,而且還可以提高球化率、細化石墨球,使之圓整、分布均勻。實踐證明,孕育效果和孕育劑的成分有很大關系。目前,國內應用most多的是75硅鐵,有些單位采用含有鋇、鍶、鈣、鋁、鉍等元素組成的長效復合孕育劑,如硅鋇、硅鍶、硅鈣等。  

    3  爐前控制

    3.1  化學成分的選擇  眾所周知,球鐵的組織和性能與化學成分組成有著密切的關系。所謂球鐵的成分設計主要就是碳和硅,其他如錳、磷、硫是靠原材料加以控制。  

    nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">3.1.1  碳、硅  生產鑄態鐵素體球鐵是采用高碳、低硅,大孕育量的方法。碳、硅元素對球鐵性能有較大影響。通常是以碳當量來綜合考慮。碳當量的選擇主要著眼于改善鑄造性能、消除鑄造缺陷,獲得健全鑄件和高的機械性能。我公司鑄態鐵素體球鐵要求鐵素體基體組織含量大于80%,且不允許有滲碳體存在。因此在設計碳當量時應以鑄件不出現石墨飄浮,不出白口,保證球化為準則,碳當量控制在4.3-4.8%,其中碳為3.3-3.9%,原鐵水硅量為1.2-1.6%,終硅量為2.6-3.0%。但硅量不宜過高,因為硅強化鐵素體基體,使之變脆,塑性韌性下降。  

    nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">3.1.2  錳  錳是促進珠光體生成的元素,它固溶鐵素體中提高強度降低韌性,對生產鑄態鐵素體球鐵是不利的,因此要求錳盡可能的低,控制含錳量低于0.4%,薄小件低于0.2%。  

    nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">3.1.3  磷、硫

    磷、硫都是有害元素,磷高易在基體晶界上形成磷共晶,使材質的伸長率下降,脆性增加。硫高會造成球化元素殘留量少而導致球化不良,以及鑄件產生皮下氣孔,夾渣等鑄造缺陷。我們控制磷含量0.06%以下,球化處理前原鐵水含硫量0.04%以下,處理后小于0.02%.  

    nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">3.1.4  鎂、稀土殘留量   鑄鐵中應有一定的鎂和稀土元素的殘留量才能保證石墨成球。鎂在鐵水中主要起球化作 用,稀土主要是除氣,脫硫和中和干擾元素,起到凈化鐵水的作用。鎂和稀土又是強烈形成碳化物元素,如果殘留量過高,惡化石墨形態,增大鑄件白口傾向和夾渣、縮孔、皮下氣孔等鑄造缺陷。因此,在生產鑄態鐵素體球鐵件時,在保證球化良好的情況下,應盡可能降低鎂和稀土的殘留量,這一點對于薄小件尤為重要。通常殘留鎂量控制在0.03-0.05%,殘留稀土量控制在0.02-0.03%。  

    3.2  球化及孕育處理  

    球化處理  為保證球化處理成功,須注意以下幾點:  

    1)鐵水包的結構要適應工藝要求,一般鐵水包的內腔高度與內徑之比值為1.0-1.2,有利于鎂和稀土元素的吸收。包底應搪成凹坑或堤壩式。  

    2)2)球化劑破碎成適當大小的粒度。粒度過小,容易浮起,氧化;過大,則溶解速度過慢,延長反應時間,鐵水降溫大。粒度的大小視每次處理的鐵水量而言。球化劑most好當天破碎、當天使用,不要久放或受潮。  

    3)球化劑的加入量要根據熔煉工藝、出鐵溫度和原鐵水的含硫量來決定。

    4)電爐熔煉時,出鐵前要將渣扒凈。  

    5)球化處理方法要合理。我們采用沖入法,球化劑放入包坑內,應搗緊,上面覆蓋孕育硅鐵、鑄鐵屑。不要在鐵水包紅熱時放入球化劑,以免氧化,失去球化能力,出鐵時,鐵水流不能直接沖入球化劑。鐵水流不能太大太小,不能斷流。出鐵量要盡量準確,上下不能有5%的誤差。球化反應結束后,要盡快放入集渣劑,攪拌扒渣,進行后續孕育處理。  孕育處理  孕育處理的作用主要是消除球化元素造成的白口傾向,促進石墨析出,提高球化率、細化石墨球,使之分布均勻。不同的孕育劑,不同的加入量,不同的孕育處理方法和不同的孕育處理時間對球鐵機械性能都有較大影響。目前國內處企業采用孕育劑和孕育方法不盡相同,但都強調要采有瞬時孕育工藝,強化孕育效果,保證鐵水在較長時間直至澆注完畢處在良好的孕育狀態。我公司采用的是包內孕育(一次)+鐵水包浮硅孕育(二次)+轉包孕育(三次),實踐表明是可行的,孕育效果良好。  

    nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">3.3.3爐前檢驗  爐前球化情況判斷可用爐前三角試塊法、爐前快速金相法、光譜分析等智能化儀器測定。 1)三角試塊法。普遍采用的一種方法,立澆或臥澆。待試樣表面呈暗紅色時取出,底部向下淬入水中,打斷觀察斷口。如斷口及兩側有縮凹,中心有縮松,斷口崎嶇不平、呈鋸齒狀、銀灰色(銀白色)、致密、晶粒細小,尖部無白口或<1-2mm白口,敲擊有鋼聲,嗅有電石味,表明球化孕育良好。如斷口有小黑點,球化不太好。如斷口烏黑、晶粒粗大或有許多黑點,呈麻臉狀,敲擊悶聲,則為不球化。  

    2)爐前快速金相法。試樣為φ20×30mm(視鑄件大小、厚薄定)。金相觀察,球化級別要在2級以上,表明球化良好。低于2級表明球化不太好。  

    3)光譜分析儀,光譜分析儀能過在2分鐘以內測定鐵水的化學成分,及時、準確,分析誤差小。

     4  鑄造工藝控制  鑄態鐵素體球鐵件鑄造工藝設計要有利于促進鐵素體的形成和有利于獲得健全的鑄件。

    1)球鐵在球化處理后,有很多的稠渣,澆注系統要考慮撇渣、擋渣裝置和工藝措施;

    2)球鐵容易氧化,澆注時如果出現紊流、飛濺,則產生二次氧化渣,因此,澆注系統設計時要考慮鐵水平穩進入型腔;  

    3)球鐵凝固時有石墨析出,膨脹量大。鑄型要有足夠的剛性,以獲得無縮孔的鑄件。工藝設計上亦可考慮實現無冒口鑄造;  

    4)球鐵具有粥狀凝固的特點,冒口的有效補縮距離短,可多設置冒口,或冒口與冷鐵相配合等措施來消除縮孔、縮松。  鑒于上述特點,在設計鑄態鐵素體球鐵鑄造工藝時澆注系統一般采用半封閉或開放式。

    5  開箱時間  不同的鑄件在鑄型中的冷卻速度是不同的。不同的開箱時間將得到不同的基體組織。要在鑄態下獲得以鐵素體基體為主的組織,除鑄型要有足夠的吃砂量外,鑄件在鑄型中要有足夠的保溫和緩冷時間,至少要使鑄件在型內冷卻到650℃以下方可開箱取出。

    【上一個】 高鉻抗磨鑄鐵的特性及應用 【下一個】 鑄造合金的收縮性及縮孔的形成

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