電爐鑄造高強度鑄鐵平板的解決方案
2019年10月20日
新聞詳情
1．高強(qiang)度合金灰鑄鐵成分的設計
鑄鐵平板材質為HT250，硬度＜200HBW，要求易切削加工，在鑄鐵中添加微量多元合金成分，選擇合理的工藝參數，使鑄件具有一定的化學成分和冷卻速度，獲得理想的金相組織和力學性能。要保證力學性能， 控制好基體組織和石墨形態。
高強度(du)低合(he)金(jin)化孕育鑄(zhu)鐵(tie)(tie)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)平(ping)板的成(cheng)分(fen)設計，首先要(yao)考慮鐵(tie)(tie)液(ye)碳(tan)當(dang)量(liang)與冷(leng)(leng)卻速(su)度(du)的影響作用。碳(tan)當(dang)量(liang)過高，鑄(zhu)件(jian)厚(hou)壁(bi)處(chu)冷(leng)(leng)卻速(su)度(du)緩慢，鑄(zhu)件(jian)厚(hou)壁(bi)處(chu)易產生(sheng)晶粒粗(cu)大、組織疏松(song)，若碳(tan)當(dang)量(liang)過低，鑄(zhu)件(jian)薄壁(bi)處(chu)易形成(cheng)硬(ying)點(dian)或(huo)局部硬(ying)區，導致(zhi)切削性(xing)能變差。將碳(tan)當(dang)量(liang)控制(zhi)在3.95％～4.05％，即可(ke)保證材質的力學(xue)性(xing)能，又接近共晶點(dian)，其鐵(tie)(tie)液(ye)的凝固溫度(du)范圍較(jiao)窄，為(wei)鐵(tie)(tie)液(ye)實(shi)現“低溫”澆注(zhu)創造(zao)了條件(jian)；而且(qie)有利于削除(chu)平(ping)板鑄(zhu)件(jian)的氣孔(kong)、縮(suo)孔(kong)缺陷。
其次要考慮(lv)合金(jin)元(yuan)素(su)的作(zuo)用(yong)(yong)，鉻、銅(tong)元(yuan)素(su)在共(gong)(gong)晶轉(zhuan)(zhuan)變(bian)中，鉻阻(zu)礙石(shi)墨(mo)化(hua)，促成碳化(hua)物、cujin白(bai)口(kou)；而(er)銅(tong)則cujin石(shi)墨(mo)化(hua)作(zuo)用(yong)(yong)，減少(shao)(shao)斷(duan)面白(bai)口(kou)。兩元(yuan)素(su)相(xiang)互作(zuo)用(yong)(yong)在一定(ding)程度上得到(dao)中和(he)(he)(he)，避免在共(gong)(gong)晶轉(zhuan)(zhuan)變(bian)中產生滲碳體(ti)(ti)而(er)導致鑄(zhu)(zhu)件薄(bo)壁處形成白(bai)口(kou)或硬(ying)度提(ti)高；而(er)在共(gong)(gong)析轉(zhuan)(zhuan)變(bian)中，鉻和(he)(he)(he)銅(tong)都可以(yi)起到(dao)穩定(ding)和(he)(he)(he)細(xi)化(hua)珠(zhu)(zhu)光(guang)(guang)體(ti)(ti)的復(fu)合作(zuo)用(yong)(yong)，但各自(zi)的作(zuo)用(yong)(yong)又不(bu)盡相(xiang)同(tong)。以(yi)恰(qia)當比例配合，能(neng) 發揮兩者(zhe)各自(zi)的作(zuo)用(yong)(yong)。在含wCr＝0.2％灰(hui)鑄(zhu)(zhu)鐵中加(jia)入wCu＜2.0％，銅(tong)不(bu)僅cujin珠(zhu)(zhu)光(guang)(guang)體(ti)(ti)轉(zhuan)(zhuan)變(bian)，提(ti)高并穩定(ding)珠(zhu)(zhu)光(guang)(guang)體(ti)(ti)量和(he)(he)(he)細(xi)化(hua)珠(zhu)(zhu)光(guang)(guang)體(ti)(ti)，cujinA型石(shi)墨(mo)產生和(he)(he)(he)均化(hua)石(shi)墨(mo)形態(tai)；銅(tong)還能(neng)少(shao)(shao)許提(ti)高含量，wCr＞0.2％灰(hui)鑄(zhu)(zhu)鐵的流動性，這尤(you)其對殼體(ti)(ti)薄(bo)壁累鑄(zhu)(zhu)件有利。復(fu)合加(jia)入鉻、銅(tong)可使鑄(zhu)(zhu)鐵平板鑄(zhu)(zhu)件致密(mi)性進一步提(ti)高。
2．嚴把原輔料(liao)質量關
入廠原輔材(cai)料須進行取樣分析，做到(dao)心中(zhong)有(you)數，不合格的(de)原輔材(cai)料投入使(shi)用(yong)。要(yao)保證工作(zuo)量的(de)原鐵(tie)液，選用(yong)高碳、低(di)磷、低(di)硫、低(di)干擾(rao)（生鐵(tie)供應商(shang)要(yao)有(you)微量元(yuan)(yuan)素(su)分析報告單）元(yuan)(yuan)素(su)的(de)生鐵(tie)；選用(yong)純凈的(de)中(zhong)碳鋼(gang)，對其(qi)所含成分Cr、mo、Sn、v、Ti、Ni、Cu等微量元(yuan)(yuan)素(su)以(yi)化驗結果決定(ding)取舍(she)，對能(neng)穩定(ding)珠光(guang)體的(de)廢(fei)鋼(gang)成分優先選用(yong)。生鐵(tie)和(he)廢(fei)鋼(gang)經過除銹處理后方能(neng)允許(xu)使(shi)用(yong)，附(fu)著油污的(de)要(yao)經250°烘烤。
對鐵合(he)金、孕育劑同樣采(cai)用定點采(cai)購，力(li)求成分穩定，塊度（粒度）合(he)格。分類(lei)堆(dui)放，避免受潮。這樣的(de)要求避免了鑄(zhu)鐵爐料“遺傳性”帶來的(de)缺陷(xian)。
（1）堅持把理論(lun)配料(liao)（配料(liao)計算）和實踐經驗相結合。無論(lun)采取試算法還是圖解法，理論(lun)上(shang)計算的配料(liao)數據，不能(neng)確定為終配比，還要掌(zhang)握中頻爐熔化(hua)過(guo)程(cheng)中元(yuan)素的變化(hua)規律。如果爐襯屬酸性材料(liao)，鐵液(ye)溫(wen)度(du)＞1500℃，在Si的加(jia)入量上(shang)只能(neng)取下限(xian)，而(er)碳取上(shang)線(xian)。
（2）掌(zhang)握各(ge)種入爐金屬材料的(de)化學成(cheng)(cheng)分和各(ge)元(yuan)素燒(shao)損(sun)(sun)與(yu)還(huan)原(yuan)規律。對回爐鐵（澆(jiao)冒口、報廢(fei)鑄件）的(de)分類(lei)堆放、編(bian)號(hao)記載，提出成(cheng)(cheng)分明(ming)確的(de)嚴格要(yao)求。爐內還(huan)原(yuan)的(de)元(yuan)素在配料時減(jian)去，爐內燒(shao)損(sun)(sun)的(de)元(yuan)素配料時補(bu)上。
（3）合金(jin)元素(su)以一(yi)次性(xing)(xing)配(pei)入為原則，除Si以外其它配(pei)料時取中限，合金(jin)（Mo、Cr、Cu、Sn等）可(ke)在(zai)熔清扒渣后(hou)加入，在(zai)酸(suan)性(xing)(xing)爐(lu)中燒損少。C、Si在(zai)扒渣及孕(yun)育時還可(ke)以補充。 感應(ying)爐(lu)熔煉鑄件(jian)而言，遵循先增碳后(hou)加硅的原則。
（4）對P、S含量(liang)(liang)(liang)的(de)控(kong)制(zhi)，P、S量(liang)(liang)(liang)主要(yao)(yao)(yao)來源于xinsheng鐵(tie)，可以(yi)通過選擇爐料將P、S量(liang)(liang)(liang)控(kong)制(zhi)在要(yao)(yao)(yao)求范圍內，所(suo)以(yi)要(yao)(yao)(yao)使(shi)xinsheng鐵(tie)的(de)wP＜0.06％，wS＜0.04％，這樣在配料計(ji)算(suan)時(shi)P、S量(liang)(liang)(liang) 可以(yi)不于考慮。（因鑄(zhu)件的(de)技術要(yao)(yao)(yao)求：wP≤0.06％，wS≤0.04％）。
（5）凡(fan)入爐的所有(you)金(jin)屬材料均嚴格按(an)照要求準確計量。
3．電爐(lu)熔(rong)煉鑄鐵平板的控制(zhi)
要根據中頻電爐(lu)的(de)(de)冶金(jin) 性(xing)編制(zhi)合理(li)的(de)(de)熔煉工(gong)藝(yi)，從裝料。溫度控制(zhi)及(ji)在各不(bu)同(tong)溫度下加入合金(jin)、增(zeng)碳劑(ji)、造渣劑(ji)以及(ji)出鐵溫度各個環(huan)節(jie)嚴(yan)格控制(zhi)，力求用短的(de)(de)熔煉時間、小的(de)(de)合金(jin)燒損(sun)與氧化，達到控制(zhi)和(he)穩(wen)定(ding)金(jin)相(xiang)組織，提高鑄件質(zhi)量(liang)的(de)(de)目的(de)(de)。
在生產實踐中，我們將整(zheng)個熔(rong)煉(lian)全(quan)過(guo)程分為(wei)三期 溫(wen)度(du)進行控制。這里所謂的三期溫(wen)度(du)指：熔(rong)清溫(wen)度(du)、扒渣(zha)溫(wen)度(du)和出鐵溫(wen)度(du)。
熔(rong)清溫(wen)(wen)度：即取(qu)(qu)樣溫(wen)(wen)度以前的(de)熔(rong)化期，決定著合金元素的(de)吸(xi)收(shou)與化學(xue)成分(fen)(fen)的(de)平衡，因(yin)此要(yao)避免高(gao)溫(wen)(wen)熔(rong)化加料，避免搭棚“結殼”。否則鐵液(ye)處于沸騰或(huo)高(gao)溫(wen)(wen)狀態、碳元素燒(shao)損加劇，硅元素不斷(duan)在還(huan)(huan)原，鐵液(ye)氧化加劇雜質(zhi)增加，按工藝要(yao)求熔(rong)化溫(wen)(wen)度控制在1365℃以下，取(qu)(qu)樣溫(wen)(wen)度控制在（1420±10）℃。取(qu)(qu)樣溫(wen)(wen)度低了存在鐵合金未熔(rong)化完(wan)，取(qu)(qu)的(de)試樣化學(xue)成分(fen)(fen)勢無(wu)代表(biao)性;溫(wen)(wen)度過高(gao)，合金燒(shao)損或(huo)還(huan)(huan)原，還(huan)(huan)會影響到(dao)練(lian)期的(de)成分(fen)(fen)調整。取(qu)(qu)樣后應控制中(zhong)頻爐(lu)功率(lv)。在爐(lu)前質(zhi)量管理儀對化學(xue)成分(fen)(fen)顯示(shi)出結果后恰(qia)好(hao)進入到(dao)扒渣溫(wen)(wen)度。
扒渣溫(wen)度(du): 扒渣溫(wen)度(du)是決定(ding)鐵液質量的重要(yao)環節，因為它與成(cheng)(cheng)分(fen)穩(wen)定(ding)、孕育處理的效果密(mi)切相關，并直接影(ying)(ying)響到(dao)出鐵溫(wen)度(du)的控制。扒渣溫(wen)度(du)過高加劇鐵液石墨晶核(he)燒(shao)損(sun)和硅(gui)的還原， 別(bie)對酸(suan)性爐襯，理論上鐵液含(han)硅(gui)偏高后將產生(sheng)排碳作用，影(ying)(ying)響按溫(wen)度(du)系結晶，存在著產生(sheng)反白(bai)口的傾向；若(ruo)溫(wen)度(du)過低，鐵液長(chang)(chang)時(shi)間被裸(luo)露，碳、硅(gui)燒(shao)損(sun)嚴(yan)重。再次調整成(cheng)(cheng)分(fen)時(shi)，不僅延長(chang)(chang)熔煉時(shi)間使(shi)(shi)鐵液過熱，而且(qie)易使(shi)(shi)成(cheng)(cheng)分(fen)失控，zengda鐵液的過冷度(du)，使(shi)(shi)正常結晶受到(dao)破(po)壞(huai)。
出(chu)鐵(tie)溫(wen)(wen)(wen)度(du)：為保證澆(jiao)注(zhu)(zhu)和孕(yun)育(yu)的(de)(de)(de)佳溫(wen)(wen)(wen)度(du)，我們一般控(kong)(kong)制在1520～1550℃。出(chu)鐵(tie)溫(wen)(wen)(wen)度(du)的(de)(de)(de)高(gao)和低(di)都會對鑄鐵(tie)的(de)(de)(de)結晶和孕(yun)育(yu)效果(guo)帶來(lai)影響，如果(guo)溫(wen)(wen)(wen)度(du)過高(gao)（超(chao)過工藝規定溫(wen)(wen)(wen)度(du)30℃以(yi)上(shang)），盡(jin)管(guan)爐(lu)(lu)前快速分析C、Si也適中,但試(shi)澆(jiao)三角試(shi)片白口(kou)(kou)(kou)(kou)shendu會過大或部位(wei)顯現麻口(kou)(kou)(kou)(kou)。出(chu)現此種情況即(ji)使采(cai)取(qu)措(cuo)施向爐(lu)(lu)內(nei)補加碳zengda孕(yun)育(yu)量(liang)，筆者(zhe)的(de)(de)(de)實踐經(jing)(jing)驗是效果(guo)欠佳，且需(xu)在調低(di)中頻功率后(hou)，進行(xing)爐(lu)(lu)內(nei)降(jiang)溫(wen)(wen)(wen)處(chu)理，即(ji)向爐(lu)(lu)內(nei)加入鐵(tie)液總量(liang)10-15經(jing)(jing)過烘烤(kao)的(de)(de)(de)xinsheng鐵(tie)，這樣試(shi)片斷口(kou)(kou)(kou)(kou)心部麻口(kou)(kou)(kou)(kou) 轉為灰(hui)口(kou)(kou)(kou)(kou)，的(de)(de)(de)白口(kou)(kou)(kou)(kou)shendu變小。若持續高(gao)溫(wen)(wen)(wen)時間(jian)較長，采(cai)取(qu)如上(shang)方法后(hou)，仍須(xu)履行(xing)爐(lu)(lu)內(nei)補碳措(cuo)施。出(chu)鐵(tie)溫(wen)(wen)(wen)度(du)按澆(jiao)注(zhu)(zhu)溫(wen)(wen)(wen)度(du)控(kong)(kong)制，殼體類鑄鐵(tie)件(jian)合適的(de)(de)(de)澆(jiao)注(zhu)(zhu)溫(wen)(wen)(wen)度(du)為（1440±20）℃，能夠實現“高(gao)溫(wen)(wen)(wen)出(chu)鐵(tie)，適溫(wen)(wen)(wen)澆(jiao)注(zhu)(zhu)”，嚴格掌握和控(kong)(kong)制住當然好。因為出(chu)鐵(tie)溫(wen)(wen)(wen)度(du)低(di)將導致澆(jiao)注(zhu)(zhu)溫(wen)(wen)(wen)度(du)低(di)于(yu)1380℃，既不利于(yu)脫硫(liu)、除氣，而(er)且 別影響孕(yun)育(yu)處(chu)理效果(guo)。隨著溫(wen)(wen)(wen)度(du)的(de)(de)(de)降(jiang)低(di)，冷(leng)隔(ge)、輪廓不清(qing)晰等(deng)問(wen)題明顯增加。
4．鐵(tie)液(ye)的孕(yun)育處理(li)
對生產鑄(zhu)鐵平板用HT250進行孕育處理(li)，賴以提高(gao)材質的(de)(de)耐磨性，使鑄(zhu)件的(de)(de)組(zu)織和(he)性能得以明顯gaishan， 提高(gao)各斷面(mian)上的(de)(de)硬度值，而且要在穩(wen)定厚(hou)斷面(mian)上的(de)(de)珠光(guang)體量方面(mian)有(you)相(xiang)同作用，還可gaishan其(qi)壁厚(hou)的(de)(de)mingan性和(he)鑄(zhu)件在機械加工時良(liang)好(hao)的(de)(de)切削性能，尤其(qi)是對防(fang)止(zhi)殼體鑄(zhu)件的(de)(de)疏松(song)、滲漏有(you) 殊作用。
孕(yun)育(yu)劑(ji)的(de)(de)加入量依生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)平板鑄件的(de)(de)壁(bi)厚、化(hua)學成分和澆注(zhu)溫度(du)等(deng)因素確(que)定，以壁(bi)厚處不(bu)出現(xian)疏松、滲漏，壁(bi)厚處不(bu)出現(xian)硬區為原則。生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)實(shi)踐表明(ming)，Sr、Ba、Ca、Si-Fe孕(yun)育(yu)劑(ji)是(shi)提高強(qiang)度(du)灰鑄鐵(tie)(tie)為理想的(de)(de)孕(yun)育(yu)劑(ji)，此(ci)種孕(yun)育(yu)劑(ji)發(fa)揮鋇（Ba）的(de)(de)kangshuai退能力及提高A型(xing)石(shi)墨(mo)占有率，鍶（Sr）的(de)(de) 強(qiang)xiaochu白口能力，鈣（Ca）和硅（Si）所起的(de)(de)輔(fu)助(zhu)孕(yun)育(yu)和shentou作(zuo)用。這(zhe)種強(qiang)度(du)組合的(de)(de)孕(yun)育(yu)劑(ji)，是(shi)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)高強(qiang)度(du)鑄鐵(tie)(tie)孕(yun)育(yu)處理中較為理想的(de)(de)選擇。
孕育(yu)次(ci)數(shu)(shu)與孕育(yu)效果的(de)關系(xi)，隨孕育(yu)次(ci)數(shu)(shu)增(zeng)加(jia)，鑄鐵內部石(shi)墨(mo)分(fen)布(bu)(bu)均勻程度gaishan，A型石(shi)墨(mo)占有(you)率(lv)(lv)和(he)石(shi)墨(mo)長度區別較大，經兩次(ci)以(yi)上孕育(yu)的(de)A型石(shi)墨(mo)占有(you)率(lv)(lv)高，分(fen)布(bu)(bu)均勻，長度適中。 重要的(de)是(shi)多次(ci)孕育(yu)促使非自發(fa)晶核(he)數(shu)(shu)量(liang)增(zeng)多，強(qiang)化了基(ji)體(ti)，從而提高并穩定了鑄鐵的(de)強(qiang)度。
經隨流(liu)復合孕育處(chu)理，避免鐵液(ye)隨流(liu)孕育滯(zhi)后于澆(jiao)注(zhu)是控制(zhi)孕育效(xiao)果的關鍵。孕育處(chu)理后的鐵液(ye)應在限定時間內(nei)澆(jiao)注(zhu)完畢，一般不超過8min，包內(nei)二(er)次孕育3～5min孕育效(xiao)果佳(jia)。
