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．高強度合金灰鑄(zhu)鐵成分(fen)的(de)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。
高強度低合金化孕育鑄鐵(tie)鑄鐵(tie)平板的(de)成(cheng)分設(she)計，首(shou)先要考(kao)慮鐵(tie)液(ye)碳(tan)當(dang)量(liang)與冷卻速度的(de)影(ying)響(xiang)作用。碳(tan)當(dang)量(liang)過(guo)高，鑄件(jian)厚(hou)壁處(chu)冷卻速度緩慢，鑄件(jian)厚(hou)壁處(chu)易產生晶(jing)粒粗大、組織(zhi)疏(shu)松(song)，若(ruo)碳(tan)當(dang)量(liang)過(guo)低，鑄件(jian)薄(bo)壁處(chu)易形成(cheng)硬點或局部硬區，導致切削性(xing)能變差。將碳(tan)當(dang)量(liang)控制在(zai)3.95％～4.05％，即可保證材質的(de)力學性(xing)能，又接近(jin)共晶(jing)點，其鐵(tie)液(ye)的(de)凝(ning)固溫(wen)度范圍較窄，為鐵(tie)液(ye)實(shi)現“低溫(wen)”澆注(zhu)創造了(le)條件(jian)；而且有利于削除平板鑄件(jian)的(de)氣孔(kong)(kong)、縮(suo)孔(kong)(kong)缺(que)陷。
其(qi)次要(yao)考慮合(he)金(jin)元素(su)的(de)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，鉻(ge)、銅(tong)元素(su)在(zai)共晶(jing)轉變(bian)中(zhong)，鉻(ge)阻礙石(shi)墨(mo)化，促(cu)成(cheng)碳化物、cujin白口；而銅(tong)則cujin石(shi)墨(mo)化作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，減少斷面白口。兩元素(su)相(xiang)互作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)在(zai)一定程度(du)上得到(dao)(dao)中(zhong)和(he)(he)，避(bi)免在(zai)共晶(jing)轉變(bian)中(zhong)產生(sheng)滲碳體(ti)(ti)而導(dao)致(zhi)(zhi)鑄件(jian)(jian)薄(bo)壁處形成(cheng)白口或硬(ying)度(du)提(ti)高(gao)；而在(zai)共析轉變(bian)中(zhong)，鉻(ge)和(he)(he)銅(tong)都可以起到(dao)(dao)穩定和(he)(he)細化珠(zhu)光體(ti)(ti)的(de)復合(he)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，但各自的(de)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)又不盡相(xiang)同。以恰(qia)當比例配合(he)，能 發(fa)揮兩者各自的(de)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)。在(zai)含(han)wCr＝0.2％灰(hui)鑄鐵(tie)中(zhong)加入(ru)wCu＜2.0％，銅(tong)不僅cujin珠(zhu)光體(ti)(ti)轉變(bian)，提(ti)高(gao)并穩定珠(zhu)光體(ti)(ti)量和(he)(he)細化珠(zhu)光體(ti)(ti)，cujinA型石(shi)墨(mo)產生(sheng)和(he)(he)均化石(shi)墨(mo)形態(tai)；銅(tong)還能少許提(ti)高(gao)含(han)量，wCr＞0.2％灰(hui)鑄鐵(tie)的(de)流動(dong)性(xing)，這尤其(qi)對殼(ke)體(ti)(ti)薄(bo)壁累鑄件(jian)(jian)有(you)利(li)。復合(he)加入(ru)鉻(ge)、銅(tong)可使鑄鐵(tie)平板鑄件(jian)(jian)致(zhi)(zhi)密性(xing)進一步提(ti)高(gao)。
2．嚴把原(yuan)輔料質量關
入廠原(yuan)輔(fu)材(cai)料須進行取(qu)樣分(fen)析(xi)(xi)，做到心中有數，不合格的(de)(de)(de)原(yuan)輔(fu)材(cai)料投(tou)入使用(yong)。要保證工作量(liang)的(de)(de)(de)原(yuan)鐵(tie)液，選(xuan)用(yong)高(gao)碳、低磷、低硫(liu)、低干(gan)擾(rao)（生鐵(tie)供(gong)應商要有微量(liang)元素(su)分(fen)析(xi)(xi)報告單）元素(su)的(de)(de)(de)生鐵(tie)；選(xuan)用(yong)純凈的(de)(de)(de)中碳鋼(gang)，對其所含成(cheng)分(fen)Cr、mo、Sn、v、Ti、Ni、Cu等微量(liang)元素(su)以化驗(yan)結果決定(ding)取(qu)舍，對能穩定(ding)珠光體的(de)(de)(de)廢鋼(gang)成(cheng)分(fen)優先選(xuan)用(yong)。生鐵(tie)和廢鋼(gang)經過除銹(xiu)處理后(hou)方能允(yun)許(xu)使用(yong)，附著油污的(de)(de)(de)要經250°烘烤(kao)。
對鐵(tie)合(he)金、孕(yun)育劑(ji)同樣采用(yong)定(ding)點采購，力求(qiu)成分(fen)穩(wen)定(ding)，塊(kuai)度（粒度）合(he)格。分(fen)類堆放，避(bi)免(mian)受潮。這(zhe)樣的要求(qiu)避(bi)免(mian)了鑄鐵(tie)爐料“遺傳性”帶來的缺陷(xian)。
（1）堅持把理論(lun)(lun)配(pei)料（配(pei)料計算(suan)）和實踐(jian)經驗相結合。無論(lun)(lun)采取(qu)試算(suan)法(fa)還是圖解法(fa)，理論(lun)(lun)上(shang)計算(suan)的配(pei)料數據，不能確定(ding)為終配(pei)比(bi)，還要掌握中(zhong)(zhong)頻(pin)爐熔化過(guo)程中(zhong)(zhong)元素(su)的變化規律。如果爐襯屬酸性材料，鐵液溫度＞1500℃，在Si的加入(ru)量上(shang)只能取(qu)下限(xian)，而碳取(qu)上(shang)線(xian)。
（2）掌握各種入爐(lu)金屬材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)化學成分(fen)和各元(yuan)素(su)燒(shao)損與(yu)還原規(gui)律。對(dui)回爐(lu)鐵（澆冒(mao)口、報廢鑄件）的(de)(de)(de)(de)分(fen)類堆放、編(bian)號記載，提出成分(fen)明確的(de)(de)(de)(de)嚴格要求。爐(lu)內還原的(de)(de)(de)(de)元(yuan)素(su)在(zai)配(pei)料(liao)時減(jian)去，爐(lu)內燒(shao)損的(de)(de)(de)(de)元(yuan)素(su)配(pei)料(liao)時補上(shang)。
（3）合金(jin)元素以(yi)一次(ci)性(xing)配入(ru)為原(yuan)則，除Si以(yi)外其它配料時(shi)取中限，合金(jin)（Mo、Cr、Cu、Sn等）可(ke)在熔(rong)清扒(ba)渣后(hou)加(jia)入(ru)，在酸性(xing)爐中燒(shao)損少。C、Si在扒(ba)渣及孕育時(shi)還可(ke)以(yi)補充。 感應爐熔(rong)煉鑄(zhu)件而言，遵循先增碳后(hou)加(jia)硅的原(yuan)則。
（4）對P、S含(han)量(liang)(liang)的(de)控(kong)(kong)制，P、S量(liang)(liang)主要來源于(yu)xinsheng鐵，可以通(tong)過選擇爐料將(jiang)P、S量(liang)(liang)控(kong)(kong)制在(zai)要求(qiu)范圍內，所以要使xinsheng鐵的(de)wP＜0.06％，wS＜0.04％，這樣在(zai)配料計算時P、S量(liang)(liang) 可以不于(yu)考(kao)慮。（因鑄件的(de)技術要求(qiu)：wP≤0.06％，wS≤0.04％）。
（5）凡入爐的所(suo)有(you)金屬材料均(jun)嚴格(ge)按(an)照要求(qiu)準確(que)計量。
3．電爐熔煉鑄鐵(tie)平板(ban)的控制
要根據中頻電爐的冶金(jin)(jin) 性編制(zhi)(zhi)(zhi)合理的熔(rong)煉工藝，從裝料。溫度控制(zhi)(zhi)(zhi)及在各不(bu)同溫度下加入(ru)合金(jin)(jin)、增(zeng)碳劑、造渣劑以及出鐵溫度各個環節嚴格控制(zhi)(zhi)(zhi)，力求用短的熔(rong)煉時(shi)間、小的合金(jin)(jin)燒損與氧(yang)化，達到控制(zhi)(zhi)(zhi)和穩(wen)定金(jin)(jin)相組(zu)織，提高鑄件質量的目的。
在生產實踐中(zhong)，我們(men)將整個熔煉全(quan)過程(cheng)分為(wei)三(san)(san)期 溫(wen)度(du)(du)進行控制。這里所謂的三(san)(san)期溫(wen)度(du)(du)指：熔清溫(wen)度(du)(du)、扒(ba)渣(zha)溫(wen)度(du)(du)和出鐵(tie)溫(wen)度(du)(du)。
熔(rong)(rong)清(qing)溫(wen)(wen)度(du)(du)：即取(qu)(qu)樣(yang)溫(wen)(wen)度(du)(du)以前(qian)(qian)的熔(rong)(rong)化(hua)(hua)期，決定著(zhu)合金(jin)元(yuan)素的吸(xi)收與化(hua)(hua)學(xue)(xue)成(cheng)(cheng)分的平衡，因此要避免高溫(wen)(wen)熔(rong)(rong)化(hua)(hua)加(jia)料，避免搭棚“結(jie)(jie)殼(ke)”。否(fou)則鐵液處于沸騰或高溫(wen)(wen)狀(zhuang)態、碳元(yuan)素燒(shao)損(sun)加(jia)劇(ju)，硅元(yuan)素不斷在(zai)(zai)還原(yuan)，鐵液氧(yang)化(hua)(hua)加(jia)劇(ju)雜質增加(jia)，按(an)工藝要求(qiu)熔(rong)(rong)化(hua)(hua)溫(wen)(wen)度(du)(du)控制(zhi)在(zai)(zai)1365℃以下，取(qu)(qu)樣(yang)溫(wen)(wen)度(du)(du)控制(zhi)在(zai)(zai)（1420±10）℃。取(qu)(qu)樣(yang)溫(wen)(wen)度(du)(du)低了存在(zai)(zai)鐵合金(jin)未(wei)熔(rong)(rong)化(hua)(hua)完，取(qu)(qu)的試樣(yang)化(hua)(hua)學(xue)(xue)成(cheng)(cheng)分勢無代表性;溫(wen)(wen)度(du)(du)過(guo)高，合金(jin)燒(shao)損(sun)或還原(yuan)，還會影響到(dao)練期的成(cheng)(cheng)分調整。取(qu)(qu)樣(yang)后(hou)應控制(zhi)中頻爐(lu)功(gong)率(lv)。在(zai)(zai)爐(lu)前(qian)(qian)質量管理儀對(dui)化(hua)(hua)學(xue)(xue)成(cheng)(cheng)分顯示出(chu)結(jie)(jie)果后(hou)恰好進入到(dao)扒渣溫(wen)(wen)度(du)(du)。
扒(ba)渣(zha)溫(wen)度(du)(du): 扒(ba)渣(zha)溫(wen)度(du)(du)是決(jue)定鐵(tie)液(ye)(ye)質(zhi)量的重要環節，因(yin)為它與(yu)成(cheng)分(fen)(fen)穩定、孕(yun)育(yu)處理的效果密(mi)切相關，并(bing)直接影(ying)響(xiang)到出鐵(tie)溫(wen)度(du)(du)的控(kong)制。扒(ba)渣(zha)溫(wen)度(du)(du)過(guo)高(gao)加劇鐵(tie)液(ye)(ye)石墨晶(jing)(jing)核(he)燒損和硅的還原， 別對酸性(xing)爐襯，理論上鐵(tie)液(ye)(ye)含硅偏高(gao)后將產生排(pai)碳作用，影(ying)響(xiang)按溫(wen)度(du)(du)系結晶(jing)(jing)，存在著產生反(fan)白(bai)口的傾向；若溫(wen)度(du)(du)過(guo)低，鐵(tie)液(ye)(ye)長時(shi)間被(bei)裸露，碳、硅燒損嚴重。再(zai)次調(diao)整成(cheng)分(fen)(fen)時(shi)，不(bu)僅延長熔(rong)煉時(shi)間使鐵(tie)液(ye)(ye)過(guo)熱，而(er)且易使成(cheng)分(fen)(fen)失控(kong)，zengda鐵(tie)液(ye)(ye)的過(guo)冷度(du)(du)，使正常結晶(jing)(jing)受到破壞。
出(chu)(chu)(chu)鐵(tie)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)：為保證澆(jiao)注(zhu)和(he)孕育(yu)的(de)(de)(de)佳溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)，我們一般控制在1520～1550℃。出(chu)(chu)(chu)鐵(tie)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)的(de)(de)(de)高(gao)和(he)低(di)都會對鑄鐵(tie)的(de)(de)(de)結晶和(he)孕育(yu)效果(guo)(guo)帶來影(ying)響，如(ru)果(guo)(guo)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)過高(gao)（超(chao)過工藝規(gui)定(ding)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)30℃以上），盡管爐(lu)前快速(su)分析C、Si也(ye)適中,但試澆(jiao)三角(jiao)試片白(bai)口shendu會過大或部位(wei)顯(xian)現麻口。出(chu)(chu)(chu)現此種情況即使采(cai)取(qu)措施向爐(lu)內補加(jia)(jia)碳zengda孕育(yu)量，筆者的(de)(de)(de)實踐經驗是效果(guo)(guo)欠(qian)佳，且需在調低(di)中頻功率后，進(jin)行爐(lu)內降溫(wen)(wen)(wen)(wen)處(chu)理(li)，即向爐(lu)內加(jia)(jia)入鐵(tie)液總(zong)量10-15經過烘烤的(de)(de)(de)xinsheng鐵(tie)，這樣試片斷(duan)口心部麻口 轉為灰口，的(de)(de)(de)白(bai)口shendu變小。若持續高(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)時(shi)間較長，采(cai)取(qu)如(ru)上方(fang)法后，仍須履行爐(lu)內補碳措施。出(chu)(chu)(chu)鐵(tie)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)按澆(jiao)注(zhu)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)控制，殼體類鑄鐵(tie)件合適的(de)(de)(de)澆(jiao)注(zhu)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)為（1440±20）℃，能夠實現“高(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)出(chu)(chu)(chu)鐵(tie)，適溫(wen)(wen)(wen)(wen)澆(jiao)注(zhu)”，嚴格(ge)掌握和(he)控制住(zhu)當然(ran)好。因(yin)為出(chu)(chu)(chu)鐵(tie)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)低(di)將導(dao)致澆(jiao)注(zhu)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)低(di)于1380℃，既不(bu)利于脫硫(liu)、除(chu)氣(qi)，而且 別(bie)影(ying)響孕育(yu)處(chu)理(li)效果(guo)(guo)。隨著溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)的(de)(de)(de)降低(di)，冷隔、輪廓不(bu)清晰等問(wen)題明顯(xian)增加(jia)(jia)。
4．鐵液的孕育處理
對生產鑄(zhu)鐵平(ping)板(ban)用(yong)HT250進行(xing)孕(yun)育處理，賴以提(ti)高(gao)材質的(de)耐磨(mo)性(xing)，使鑄(zhu)件(jian)的(de)組織和性(xing)能得以明顯gaishan， 提(ti)高(gao)各斷(duan)面上的(de)硬度值(zhi)，而且(qie)要在(zai)穩定厚斷(duan)面上的(de)珠光體量方面有相同作用(yong)，還可gaishan其壁厚的(de)mingan性(xing)和鑄(zhu)件(jian)在(zai)機械加(jia)工時良好(hao)的(de)切削性(xing)能，尤其是(shi)對防止(zhi)殼體鑄(zhu)件(jian)的(de)疏松(song)、滲(shen)漏有 殊作用(yong)。
孕(yun)育(yu)劑的(de)(de)(de)加入量依(yi)生產平板鑄(zhu)件的(de)(de)(de)壁厚(hou)、化學成分和澆注溫(wen)度等(deng)因(yin)素確定，以(yi)壁厚(hou)處(chu)(chu)不(bu)出現疏松、滲漏(lou)，壁厚(hou)處(chu)(chu)不(bu)出現硬區為原則。生產實踐表明，Sr、Ba、Ca、Si-Fe孕(yun)育(yu)劑是提高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)度灰鑄(zhu)鐵為理想(xiang)的(de)(de)(de)孕(yun)育(yu)劑，此種孕(yun)育(yu)劑發揮鋇（Ba）的(de)(de)(de)kangshuai退能(neng)力及提高(gao)(gao)A型(xing)石(shi)墨占有率，鍶(si)（Sr）的(de)(de)(de) 強(qiang)(qiang)xiaochu白(bai)口能(neng)力，鈣(gai)（Ca）和硅（Si）所起的(de)(de)(de)輔助孕(yun)育(yu)和shentou作用。這種強(qiang)(qiang)度組(zu)合(he)的(de)(de)(de)孕(yun)育(yu)劑，是生產高(gao)(gao)強(qiang)(qiang)度鑄(zhu)鐵孕(yun)育(yu)處(chu)(chu)理中較為理想(xiang)的(de)(de)(de)選擇。
孕育(yu)次(ci)(ci)數與(yu)孕育(yu)效果的(de)(de)關系，隨孕育(yu)次(ci)(ci)數增(zeng)加(jia)，鑄鐵內部石墨分布均(jun)勻(yun)程度gaishan，A型(xing)石墨占有(you)率(lv)和石墨長度區別(bie)較大，經(jing)兩次(ci)(ci)以上(shang)孕育(yu)的(de)(de)A型(xing)石墨占有(you)率(lv)高(gao)(gao)，分布均(jun)勻(yun)，長度適中。 重(zhong)要的(de)(de)是多次(ci)(ci)孕育(yu)促使非自發晶核數量增(zeng)多，強化了基體，從而提(ti)高(gao)(gao)并穩定了鑄鐵的(de)(de)強度。
經隨(sui)流(liu)復合(he)孕育(yu)處理，避免鐵液隨(sui)流(liu)孕育(yu)滯(zhi)后于(yu)澆注是(shi)控制孕育(yu)效果(guo)的(de)關鍵。孕育(yu)處理后的(de)鐵液應在限定時間內澆注完畢(bi)，一般不超過8min，包(bao)內二次孕育(yu)3～5min孕育(yu)效果(guo)佳。
