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      生產鑄態球鐵的生產技術及質量控制的要點進行簡述


      1.  生產基本條件

      1.1熔煉設備

      要求中頻感應電爐;沖天爐—電爐雙聯。

      1.2造型設備

      最好采用高密度造型生產線(如KW線、靜壓線、迪砂線)或其他機器造型。

      2. 原材料的選擇

      2.1鑄造生鐵

      要求高C、低Si、低Mn(≤0.3%),低P(<0.06%),低S(<0.03%),干擾元素(Pb、Sb、Bi、As)總量<0.01%,Ti<0.06%;形成碳化物元素(V、Cr、B)總量<0.1%,滿足這一要求的有本溪生鐵、山西、邯鄲等地的球鐵生鐵Q10、Q12,購進后隨機抽檢C、Si、Mn、P、S。

      2.2回爐料

      使用本企業生產的同一牌號球鐵澆冒口、廢鑄件,忌用從市場上采購的廢舊鑄鐵件。

      2.3廢鋼

      主要用來調整鐵液含碳量,或用廢鋼增C生產球鐵的主要原材料。應是成分明確、批量來源穩定的無銹、少銹碳素鋼,且Mn<0.4%,杜絕使用合金鋼或來歷不明的廢鋼。

      2.4焦炭

      要求固定碳高(>80%),強度高,灰分少,硫量低(<0.6%),采用鑄造焦或冶金焦。

      2.5增碳劑

      采用廢鋼增C法生產球鐵用的主要原材料之一。要求C>98%,S<0.05%,水分<1%,粒度0.5~5mm,通常采用石墨增碳劑。

      2.6球化劑

      要求成分穩定、均勻,防止吸潮。粒度視一次處理鐵水量而定。

      沖天爐熔煉選FeSiMg8RE7或FeSiMg8RE5。

      電爐熔煉選FeSiMg8RE3或FeSiMg8RE5。

      厚大件最好選用釔基重稀土球化劑。

      2.7孕育劑

      主要用于消除白口,促進組織晶粒細化。常用的有75硅鐵,或采用含有鋇、鍶、鈣、鉍等元素組成的復合孕育劑,如鋇硅鐵、鍶硅鐵、硅鈣等。

      3. 化學成分的設計

      成分對組織、力學性能、鑄造性能均有很大影響,球鐵化學成分的設計要根據鑄件特點、

      大小、壁厚、復雜程度、性能要求等綜合考慮,主要是C、Si,而Mn、P、S是在選擇原材料時加以控制。

      3.1碳當量和C、Si

      碳當量(CE)是指C+1/3 Si。C、Si都是石墨化元素,而Si的石墨化能力相當于C的1/3。CE的選擇主要著眼于改善鑄造性能、消除鑄造缺陷和提高綜合機械性能。碳高析出的石墨數多,球徑小,圓整度較高,鐵水流動性好。Si高,鑄件白口傾向小,鐵素體量多,石墨球數多,球徑小,圓整度好。但C、Si都不能太高,C太高容易出現石墨飄浮,Si太高形成硅鐵素體,使球鐵塑性韌性下降,冷脆性增加。因此,CE選擇的原則是:上限不出現石墨飄浮,下限不出現白口。通常選擇在過共晶,即CE為4.4~4.8%,較小件取上限,較大厚件取下限。按照普遍采用的“高C、低硅、大孕育量”的球鐵生產方法來分配,對于鑄態鐵素體球鐵:C3.2~3.9%,Si原鐵水1.0~1.4%,Si終2.4~3.2%,對于鑄態珠光體球鐵,C3.2~3.7%,Si原1.0~1.4%,Si終2.2~2.5%,Si終量在Si原的基礎上除球化劑帶入Si外,其差額的硅量全部以孕育方式帶入,不得爐內增硅。

      3.2 Mn

      Mn是穩定、促進和細化珠光體,Mn在球鐵中偏析嚴重,主要分布在晶界上,降低韌性,嚴重時生成碳化物,鑄態下出現白口,因此,不論是生產珠光體球鐵或是鐵素體球鐵,Mn都不宜高(特殊要求除外)。

      推薦:鑄態鐵素體球鐵Mn≤0.3%,薄小件Mn≤0.2%,鑄態珠光體球鐵Mn可適當高些,Mn≤0.4%。

      3.3 P

      P是球鐵中有害元素,易生成磷共晶,使球鐵變脆,αk,δ%下降,要求越低越好,P<0.06%。

      3.4 S

      S是反球化元素,它與Mg、Re的親和力強,生成MgS等,易造成黑渣、皮下氣孔等缺陷。S越低越好,控制原鐵水S<0.04%。

      3.5 Mg和Re

      為保證球化良好,球鐵中必須要有足夠的殘余Mg量和殘余Re量。

      生產實踐證明:Mg殘:Re殘≥1,Mg殘+ Re殘≥0.05%。通常認為:Mg殘0.03~0.05%,

      Re殘0.02~0.04%。

      3.6 Cu

      銅有弱的石墨化作用,其能力為硅的1/5。銅能有促進、穩定、細化并增加珠光體的作用,其能力為錳的3倍。同時,銅還能強化珠光體中的鐵素體,增加鑄鐵的強度和硬度。銅在生產鑄態珠光體球鐵時作為合金元素加入,其加入量為0.5~0.8%。

      4. 配料及計算

      通常先采用試配法,然后進行適當調整,考慮燒損。

      5.熔煉及鐵水出爐溫度

      球鐵對熔煉的原鐵水要求:高溫(1450℃~1520℃),優質(雜質少、成分均勻穩定)。采用電爐或沖天爐—電爐雙聯熔煉。鐵水出爐溫度最好在1480℃~1520℃,采用熱電鍋測溫。

      6.球化及孕育處理

      6.1球化處理

      球化處理前要對鐵水中的C、Si進行測定,特別是采用廢鋼增C法尤為重要。

      球化處理主法有:沖入法、蓋包沖入法、喂絲法、型內球化法等。沖入法簡單,但作業環境差、鎂的吸收率低、球化劑加入量大。蓋包法幾乎沒有煙塵和鎂光,環保,球化劑加入量少,鎂的吸收率高,球化質量穩定,越來越引起關注和運用。沖入法:有一步沖入法(一次出到要求的鐵水量)、二步沖入法。以二步法為例:將球化劑放入靠近爐體一側的鐵水包底堤壩或凹坑內,上面覆蓋1/3的孕育劑、球鐵屑(或鋼板,厚度視出鐵水量而定)、覆蓋劑,搗實,沖入2/3總量的鐵水(不能斷流,快速),待反應完畢后,再補充1/3的鐵水量,然后快速攪拌扒渣,在鐵水表面較均勻撒入2/3的孕育劑作為浮硅孕育,加覆蓋劑后待澆注。

      為保證球化處理成功,應注意:

      ① 鐵水包結構要合理。購置球化處理包或自制,自制的鐵水包搪好后的內腔高度與內徑之比值應為1.5~2.0,最低不小于1.2~1.5。包底應搪成堤壩式或凹坑式,其大小應占包底的2/5~1/2。

      ② 球化劑粒度應合適,切忌久放或受潮,不要在包子紅熱的狀態下放入球化劑。

      ③ 鐵液計量應準確,采用電子秤,上下波動<5%。

      ④ 鐵水流不能直接沖球化劑,流量不能太小,不能斷流。

      6.2孕育處理

      孕育處理的目的:消除球化處理后的白口傾向,促進石墨析出,提高球化率,細化石墨球,使之分布均勻。其方法有:加大孕育劑量、復合孕育、多次孕育、澆杯孕育、浮硅孕衣、瞬時孕育、孕育絲孕育等。

      孕育劑可選用75硅鐵、含鋇4~6%鋇硅鐵、含鍶的鍶硅鐵孕育劑等。在前者球化處理時已采取兩次孕育方式,為強化孕育效果可在轉包澆注時在包內加入0.2~0.3%的粒度為0.5~1mm的孕育劑作為第三次澆包瞬時孕育。

      6.3爐前檢驗

      ① 三角試片法

      三角試片法為25(底面寬)×50(高)×120mm(長),濕型臥澆,待試樣表面呈暗紅色取出,底面朝下淬入水中,擊斷觀察斷口。當斷口呈鋸齒狀,凹凸不平,銀灰色(珠光體球鐵為銀白色)兩側有縮凹,中心有縮松,晶粒細、致密,試片尖部無白口或寬度<1~2mm白口,表明球化孕育良好。若斷口發黑,無縮凹,表明球化不好。若斷口發白或銀白色且尖部白口大于3mm,表明球化過量或孕育效果不好。

      ② 爐前快速金相法

      試樣為φ20×30mm(視鑄件尺寸、厚度而定)。球化級別達1~2級為合格,低于2級視為球化不良。

      ③ 爐前采用熱分析法智能儀器。如工大雙發智能儀,能在3分鐘內測定出化學成分、球化級別、機械性能。球化級別達1~2級方為合格,低于2級應視為球化不良。

      7.鑄造工藝

      球鐵與普通灰鑄鐵、鑄鋼不同,有它自己的鑄造性能及鑄造缺陷。

      ① 球鐵凝固時有石墨析出,膨脹量大。生產上可利用這一點,采用剛性鑄型,獲得無縮孔、縮松的鑄件。

      ② 球鐵具有粥狀凝固的特點,冒口的有效補縮距離短,可多放冒口或冒口與冷卻相配合(鑄態鐵素體球鐵忌用)等措施來消除縮孔縮松。

      ③ 球鐵在球化處理后,有很多稠渣,澆注系統要考慮撇渣、擋渣裝置。

      ④ 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。

      ⑤ 球鐵容易出現皮下氣孔,造型材料要采取措施,增加透氣性,控制水分含量。

      基于上述,澆冒系統的設計應根據球鐵鑄件形狀、壁厚等特點來選擇順序凝固、同時凝固、均衡凝固工藝,采用冒口還是無冒口、冷鐵等。

      球鐵澆注系統一般主張采用半封閉或開放式,其特點:直澆道截面積小,內澆口、橫澆道截面積比直澆道大。

      F直上>F直下=1.6 : 1

      半封閉式:F橫>F直>F內

      開放式:F內>F橫>F直,注意擋渣、撇渣(澆口松、過濾網、集渣包等)。

      8.澆注過程

      8.1澆注溫度

      控制在1340℃~1360℃。

      8.2澆注時間

      每包鐵水應在6分鐘內澆注完畢

      9.開箱時間

      對鑄態鐵素體球鐵件而言,鑄件在型內冷至暗紅色約600℃左右開箱,從型內取出的鑄件而不能堆放在一起或有水的地方。對鑄態珠光體球鐵可在800~900℃開箱空冷或風冷。

      10.鑄件檢驗

      10.1金相檢驗

      抽樣檢驗鑄件本體的金相組織:對于鑄態鐵素體球鐵:鐵素體含量>80%;對于鑄態珠光體球鐵,珠光體量應大于80%。球化等級均不低于4級。

      10.2機械性能檢驗

      按GB規定,測定σb、δ%、HB

      10.3化學成分檢驗

      隨機從鑄件上取樣,進行C、Si、Mn、Re、Mg元素分析。

      10.4鑄件外觀、內在缺陷檢驗

      鑄件清理后,應進行外觀檢查是否有缺陷,在不重要面或非加工面如發現有缺陷,需要修補時,可進行焊補。

      根據要求,鑄件應進行無損檢測,射線、磁粉、超聲波等探傷。

      【上一個】 生產銅鑄件時常見的缺陷及其原因分析與防止方法如下 【下一個】 為確保鑄件質量應根據鑄件不同用途和要求采用不同的檢查方法

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