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      球墨鑄鐵的鑄造過程中的技術難點是什么(上)

      發布日期:2019-04-20

       球墨鑄鐵的鑄造過程中的技術難點是什么(上)

      球墨鑄鐵的生產過程包括以下幾個環節:熔煉合格的鐵液;球化處理;孕育處理;爐前檢驗;澆注鑄件;清理及熱處理;鑄件質量檢驗。以上環節中以熔煉優質鐵液和進行有效的球化-孕育處理是生產的關鍵。

       

      一、化學成分的選定。

      1.基本元素:

      ①碳和硅:

      由于球狀石墨對基體的削弱作用很小,故球墨鑄鐵中石墨數量多少,對力學性能的影響不顯著,當含碳量在3.2-3.8%范圍內變化時,實際上對球墨鑄鐵的力學性能無明顯影響。確定球墨鑄鐵的碳硅含量時,主要從保證鑄造性能考慮,為此將碳當量選擇在共晶成分左右。

       

      由于球化元素使相圖上的共晶點C的位置右移,因此使共晶碳當量移至4.6-4.7%。

       

      具有共晶成分的鐵液流動性最好。

       

      形成集中縮孔傾向大(好補縮,好設置冒口)。

       

      鑄鐵的組織致密度高。

       

      當碳當量過低時,鑄件易產生縮松和裂紋。

       

      當碳當量過高時,易產生石墨漂浮現象,其結果是使鑄鐵中的夾雜物數量增多,降低鑄鐵性能,而且污染工作環境。

       

      用鎂和鈰處理的鐵液有較大的結晶過冷和形成白口傾向,硅能減少這種傾向。

       

      此外,硅還能細化石墨,提高石墨球的園整度,但硅又降低鑄鐵的韌性,并使韌性-脆性轉變溫度升高。

       

      因此,在選擇碳硅含量時應按照:高碳低硅的原則,一般認為Si>2.8-3%時,會使球墨鑄鐵的韌性降低(尤其高寒)。

       

      鐵素體球墨鑄鐵 C:3.6-4.0% Si:2.4-2.8%

       

      珠光體球墨鑄鐵 C:3.4-3.8% Si:2.2-2.6%

       

      ②錳:球墨鑄鐵中錳所起的作用與其在灰鑄鐵中所起的作用不同之處:

       

      在灰鑄鐵中,錳除了強化鐵素體和穩定珠光體外還能減小硫的危害作用。

       

      而在球鐵中,由于球化元素具有很強的脫硫能力,因而錳已不再能起這種有益作用。

       

      而由于錳有嚴重的正偏析傾向,往往有可能富集于共晶團晶界處,嚴重時會促使形成晶間碳化物,因而降低球墨鑄鐵的韌性。

       

      含錳量的控制,依對基體的要求和鑄件是否進行熱處理而定。

       

      對于鑄態鐵素體球墨鑄鐵 Mn<0.5%

       

      對于熱處理鐵素體球墨鑄鐵 Mn 0.3-0.4%

       

      對于珠光體球鐵 Mn 0.4-0.8%

       

      鑄態珠光體球鐵:Mn雖可適當高些。但通常推薦用銅來穩定珠光體。

       

      ③磷:

       

      磷在球墨鑄鐵中有嚴重的偏析傾向,易在晶界處形成磷共晶,嚴重降低球鐵的韌性。

       

      磷還增大球鐵的縮松傾向。

       

      當要求球鐵有高韌性時,P應控制在0.04-0.06%以下,如球鐵中有鉬存在時,更應控制磷的含量,因此時易在晶界處形成脆性的磷鉬四元化合物。

       

      ④硫

       

      球墨鑄鐵中的硫與球化元素有很強的化合能力,生成硫化物或硫氧化物,不僅消耗球化劑,造成球化不穩定,而且使夾雜物數量增多,導致鑄件產生缺陷。而且使球化衰退速度加快。國外生產中原鐵液S<0.02%,但我國焦炭含硫量較高。因此,只有改善熔煉條件,爐前脫硫,力求降低硫量。

       

      2.合金元素:

       

      ①鉬:生產高強度球鐵加鉬提高鑄鐵的強度。用量在0.25%,在生產貝氏體球鐵或奧氏體-貝氏體球鐵加鉬使鑄鐵的奧氏體等溫分介曲線(C曲線)向右移,提高淬透性,含鉬在0.6-0.8%。

       

      但在鑄鐵中加鉬在共晶團內有較大的正偏析傾向,當鉬在0.8-1%時容易促使在共晶團邊界形成富鉬的四元磷共晶或鉬的碳化物等脆性相,鉬價格貴,應注意控制使用。

       

      ②銅:銅具有穩定珠光體的作用。

       

      國內有的廠用Cu 0.4-0.8%的球鐵做汽車曲軸。

       

      在貝氏體球鐵中:Mn 0.2-0.4%,Cu 0.6-0.8%配合。

       

      使用球鐵經等溫淬火能穩定地獲得高的貝氏體百分率的組織。

       

      ③鎳:常作強化元素(同銅),一般在厚壁件及貝氏體。

       

      ④鉻:用于珠光體球墨鑄鐵。在鑄鐵中加入0.2-0.3%時,可起到顯著穩定珠光體及強化力學性能。但易形成鐵鉻碳化物,要謹慎使用。

       

      ⑤銻:是強烈穩定珠光體的元素,其含量在0.006-0.008%時就能提高球鐵基體中的珠光體百分率起有效作用。

       

      在生產鑄態珠光體球鐵時,可用銻代替銅,在經濟上更為合理。

       

      但銻有干擾石墨球化作用。

       

      Sb>0.01%時,會使石墨形狀惡化。

       

      因此,球鐵含銻應嚴格控制在0.006-0.008%以下,并防止積累。

       

      3.微量元素:

       

      球鐵中常存有非特意加入的微量元素,如:Ti、Pb、Al、Cr、Sn、Sb等,這些元素對鑄鐵性能起不良影響,或是干擾石墨化,或是促使在共晶團邊界上析出共脆性相或是阻止鐵素體化。當加入Re 0.01-0.02%能中和這些元素的有害作用。

       

      二、球鐵的熔煉及爐前處理技術:

       

      球墨鑄鐵具有高的力學性能,是以石墨球化狀況良好為前提的。衡量石墨球化狀況的標準是球化率、石墨球徑和石墨球的園整度。

       

      球化率:在鑄鐵微觀組織的有代表性的視場中,在單位面積上球狀石墨數目與全部石墨數目的比值(%表示)、

       

      石墨球徑:在放大100倍條件下測量的有代表性的球狀石墨的直徑。

       

      園整度:對石墨球園整情況的一種定量概念。

       

      1.對熔煉的要求:

       

      用于球鐵優質鐵液應是:高溫、低硫、磷及雜質含量低。

       

      由于球鐵要球化處理、孕育處理,要使鐵液溫度降低50-100℃,為了保證澆注溫度,鐵液要1450-1470℃,又由于加入處理劑,孕育處理要帶入大量硅,因此鐵液要較低的硅量(小于1.2-1.4%),要求生鐵為專供球鐵生產用的低硅生鐵。

       

      低含硫量:除對原材料含硫量要低,對沖天爐用焦炭含S量要低。最好是沖天爐+感應電爐 雙聯+中間脫硫

       

      對原材料要求低硫、磷含量,盡可能減少反球化元素,對鐵液的氧化程度嚴格控制。

       

      2.球化處理

       

      球化元素:加入鐵液中能使石墨在結晶生長時長成球狀的元素。

       

      強:鎂、鈰、鑭、鈣、釔

       

      中:鋰、鍶、鋇、釷

       

      弱:鈉、鉀、鋅、鎘、錫、鋁

       

      反球化元素:某些元素存在在鐵液中會使石墨在生長時無法長成球狀。

       

      限界:

       

      Al Ti Pb As Sb Bi Zr Sn Te Se

       

      0.05 0.07 0.002 0.05 0.01 0.002 0.03 0.05 0.003 0.03

       

      由于鎂和大部分反球化元素不相化合,或化合程度很小,故對反球化元素的抵抗能力低。

       

      而稀土元素CeY則能和多數反球化元素相結合,從而可以在一定程度上抵消這些元素的干擾作用。

       

      因此在球化劑中引入一定量的稀土元素時,對原鐵液中反球化元素的限量可比用純鎂時適當放寬。

       

      常用球化劑的特點:

       

      ①鎂球化劑的性質及在鐵液中的作用:

       

      鎂的密度為1.738g/cm3,熔點為651℃,沸點為1107℃,其化學性質極活潑,脫硫、去氧能力很強。生成的硫化鎂、氧化鎂熔點高,密度小,較易浮出(MgS的熔點約為2000),密度為2.8g/cm2,MgO的熔點為2800℃,密度為3.07-3.20g/cm2)。

       

      鎂進入鐵液后,首先起脫硫去氧作用,當鐵液硫量降至一定值時,鎂開始對石墨的球化起作用。

       

      鎂又是強制穩定碳化物的元素,因此,殘留有一定鎂量的鐵液在凝固時有很大的白口傾向。

       

      計算鎂的回收率:

       

      A=

       

      因為Mg加入以后,一部分脫硫除氧,一部分燒損,一部分殘留作為球化用。

       

      為了提高鎂的回收率,采取自壓加鎂法,鐘罩式轉包法,鎂合金法(沖入、鐘罩、型內)

       

      稀土是元素周期表中第三族第六周期的鑭以及與它們相似的釔(Y)和鈧(Sc)17個元素的總稱。

       

      根據它們的化學性質和原子結構分為兩組:

       

      輕稀土(鈰組)――鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Na)

       

      (Pm)、釤(Sm)、銪(Eu) 7

       

      重稀土(釔組)――釔(Y)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tu)、鐿(Yb)、镥(Lu)、鈧(Sc) 10

       

      稀土元素的沸點大都高于鐵液溫度,因此單純用稀土處理時,完成沒有沸騰作用,非常平穩。稀土元素的球化作用較鎂差一些,因而稀土鎂球墨鑄鐵的石墨球不太園整。

      由于稀土元素有脫氧、去氣、凈化鐵液和石墨球化作用。但白口傾向很大,而且偏析嚴重。

      在鐵液中的硫不太高時,鎂含量為0.03-0.05%。稀土含量為0.02-0.04%時,可保證石墨得到充分的球化。

      稀土元素的化學性質很活潑,按熱力學計算,鈰與氧、硫的親合力比鎂還強。但稀土氧化物、硫化物都是高熔點化合物,它們的密度較大,約為5.9-7.2g.cm3不易除去,只有采取鐵液攪拌的辦法才能發揮作用。

       

      稀土鎂合金:稀土硅鐵鎂合金(GB4138-88)

      Re--46%

      Mg79%

      Si44%

       

      用稀土鎂合金的球化處理方法:

      沖入法:因為稀土鎂合金密度較大,與鐵液反應平穩,因此大部分采用沖入法。

      沖入法:其處理包,也可能用澆包,有堤壩式、凹坑式、復包式。

      鐵液分兩次沖滿,也可一次。

       

          關鍵詞:球墨鑄鐵

      球墨鑄鐵件、灰鐵鑄件、合金鑄件、壓力容器 

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