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(gao)強度合金灰鑄鐵成分的設計(ji)
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)低合金(jin)化孕育鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)平板(ban)的(de)成分設計(ji)，首先要考慮鐵(tie)液(ye)碳(tan)當(dang)量(liang)與(yu)冷(leng)卻(que)速(su)度(du)的(de)影響作(zuo)用。碳(tan)當(dang)量(liang)過(guo)高，鑄(zhu)(zhu)件厚壁(bi)處(chu)冷(leng)卻(que)速(su)度(du)緩慢，鑄(zhu)(zhu)件厚壁(bi)處(chu)易產生晶粒粗大、組織(zhi)疏松，若(ruo)碳(tan)當(dang)量(liang)過(guo)低，鑄(zhu)(zhu)件薄壁(bi)處(chu)易形成硬點或局部硬區，導(dao)致切削(xue)性能變差。將碳(tan)當(dang)量(liang)控制在3.95％～4.05％，即可保證材(cai)質的(de)力學性能，又接近(jin)共晶點，其鐵(tie)液(ye)的(de)凝固溫度(du)范(fan)圍(wei)較(jiao)窄(zhai)，為鐵(tie)液(ye)實現“低溫”澆(jiao)注(zhu)創造了條件；而且有利于削(xue)除(chu)平板(ban)鑄(zhu)(zhu)件的(de)氣孔、縮孔缺陷。
其(qi)次要考慮合金(jin)元(yuan)素的作(zuo)用(yong)，鉻(ge)(ge)、銅元(yuan)素在(zai)共(gong)(gong)晶(jing)轉變中(zhong)(zhong)，鉻(ge)(ge)阻礙(ai)石墨(mo)化，促成碳化物、cujin白口(kou)；而(er)銅則cujin石墨(mo)化作(zuo)用(yong)，減少斷面白口(kou)。兩元(yuan)素相互作(zuo)用(yong)在(zai)一定程度上得到(dao)中(zhong)(zhong)和(he)，避免在(zai)共(gong)(gong)晶(jing)轉變中(zhong)(zhong)產生(sheng)滲碳體(ti)而(er)導致鑄(zhu)件薄壁處形成白口(kou)或硬度提(ti)高(gao)；而(er)在(zai)共(gong)(gong)析轉變中(zhong)(zhong)，鉻(ge)(ge)和(he)銅都可(ke)以(yi)起到(dao)穩定和(he)細化珠(zhu)光(guang)體(ti)的復(fu)(fu)合作(zuo)用(yong)，但(dan)各自的作(zuo)用(yong)又不(bu)盡相同。以(yi)恰當比例配合，能 發揮兩者(zhe)各自的作(zuo)用(yong)。在(zai)含wCr＝0.2％灰鑄(zhu)鐵(tie)中(zhong)(zhong)加入(ru)wCu＜2.0％，銅不(bu)僅cujin珠(zhu)光(guang)體(ti)轉變，提(ti)高(gao)并(bing)穩定珠(zhu)光(guang)體(ti)量和(he)細化珠(zhu)光(guang)體(ti)，cujinA型石墨(mo)產生(sheng)和(he)均化石墨(mo)形態(tai)；銅還(huan)能少許提(ti)高(gao)含量，wCr＞0.2％灰鑄(zhu)鐵(tie)的流動性，這尤其(qi)對殼體(ti)薄壁累鑄(zhu)件有利(li)。復(fu)(fu)合加入(ru)鉻(ge)(ge)、銅可(ke)使(shi)鑄(zhu)鐵(tie)平板(ban)鑄(zhu)件致密性進一步(bu)提(ti)高(gao)。
2．嚴把原(yuan)輔料質量關
入廠原(yuan)輔材(cai)料(liao)須進行取樣分析，做到心中有數，不合格(ge)的(de)原(yuan)輔材(cai)料(liao)投入使(shi)(shi)用(yong)。要(yao)保證工(gong)作量的(de)原(yuan)鐵(tie)(tie)液(ye)，選用(yong)高碳、低(di)磷、低(di)硫(liu)、低(di)干擾(rao)（生鐵(tie)(tie)供應商要(yao)有微量元(yuan)素(su)分析報告單）元(yuan)素(su)的(de)生鐵(tie)(tie)；選用(yong)純(chun)凈的(de)中碳鋼，對其所含成(cheng)分Cr、mo、Sn、v、Ti、Ni、Cu等微量元(yuan)素(su)以化驗(yan)結果決定(ding)取舍(she)，對能(neng)穩定(ding)珠光體的(de)廢鋼成(cheng)分優先選用(yong)。生鐵(tie)(tie)和廢鋼經(jing)過除銹處理后方能(neng)允許(xu)使(shi)(shi)用(yong)，附著(zhu)油污的(de)要(yao)經(jing)250°烘烤(kao)。
對鐵(tie)合金、孕(yun)育劑同樣采用(yong)定點采購，力求成分穩(wen)定，塊度（粒度）合格。分類堆(dui)放，避(bi)免受潮。這(zhe)樣的要求避(bi)免了(le)鑄鐵(tie)爐料“遺傳性”帶(dai)來的缺陷。
（1）堅(jian)持把理論配料(liao)（配料(liao)計算）和實踐經(jing)驗相結合。無(wu)論采取(qu)試算法(fa)還是(shi)圖解(jie)法(fa)，理論上(shang)(shang)計算的配料(liao)數據(ju)，不能確定為終配比，還要掌握中頻爐熔化過程中元(yuan)素的變化規律。如(ru)果爐襯屬酸性(xing)材料(liao)，鐵液溫度＞1500℃，在Si的加入量(liang)上(shang)(shang)只能取(qu)下限，而碳取(qu)上(shang)(shang)線。
（2）掌(zhang)握各種入爐(lu)金(jin)屬材(cai)料的化學(xue)成(cheng)(cheng)分(fen)和各元素(su)燒損與還原規律。對(dui)回爐(lu)鐵（澆冒口、報(bao)廢(fei)鑄(zhu)件）的分(fen)類(lei)堆放、編號記載，提(ti)出成(cheng)(cheng)分(fen)明確(que)的嚴格(ge)要求。爐(lu)內(nei)還原的元素(su)在配料時(shi)減(jian)去，爐(lu)內(nei)燒損的元素(su)配料時(shi)補(bu)上。
（3）合金(jin)元素以一次性配入為原則(ze)，除Si以外其它配料時取中限，合金(jin)（Mo、Cr、Cu、Sn等）可(ke)在熔清扒渣后加入，在酸性爐中燒損少。C、Si在扒渣及孕育(yu)時還可(ke)以補充(chong)。 感應爐熔煉鑄件而言(yan)，遵(zun)循先增碳后加硅的原則(ze)。
（4）對P、S含量(liang)(liang)的控制，P、S量(liang)(liang)主(zhu)要(yao)來源于(yu)xinsheng鐵(tie)，可以通過選擇爐料將P、S量(liang)(liang)控制在要(yao)求范圍(wei)內(nei)，所以要(yao)使xinsheng鐵(tie)的wP＜0.06％，wS＜0.04％，這(zhe)樣在配料計算時P、S量(liang)(liang) 可以不于(yu)考慮(lv)。（因鑄件的技術要(yao)求：wP≤0.06％，wS≤0.04％）。
（5）凡(fan)入爐的所有金屬(shu)材料(liao)均嚴格按(an)照要求準(zhun)確計(ji)量(liang)。
3．電爐熔煉鑄鐵平板(ban)的控制(zhi)
要根據中頻電爐的冶金 性編制合(he)(he)理的熔煉(lian)工藝，從裝料。溫(wen)(wen)度控制及(ji)在各不同溫(wen)(wen)度下加入合(he)(he)金、增(zeng)碳劑、造渣劑以及(ji)出鐵(tie)溫(wen)(wen)度各個環節嚴(yan)格(ge)控制，力求用短的熔煉(lian)時(shi)間、小的合(he)(he)金燒損與氧化，達(da)到控制和穩定金相(xiang)組(zu)織，提高鑄件質量的目的。
在生產實踐中(zhong)，我們(men)將整個熔煉全過(guo)程分為三期 溫(wen)度(du)進行控制。這里(li)所(suo)謂的三期溫(wen)度(du)指：熔清溫(wen)度(du)、扒渣溫(wen)度(du)和出鐵溫(wen)度(du)。
熔(rong)清溫(wen)度(du)：即取(qu)樣(yang)溫(wen)度(du)以前(qian)(qian)的熔(rong)化(hua)(hua)(hua)期(qi)，決定著合(he)金(jin)元(yuan)素的吸(xi)收與化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)成分(fen)的平衡，因此(ci)要避(bi)免高溫(wen)熔(rong)化(hua)(hua)(hua)加(jia)料，避(bi)免搭棚“結殼”。否則鐵液處于(yu)沸騰或(huo)高溫(wen)狀態、碳(tan)元(yuan)素燒損加(jia)劇(ju)，硅元(yuan)素不斷在(zai)還原(yuan)，鐵液氧化(hua)(hua)(hua)加(jia)劇(ju)雜質增加(jia)，按(an)工藝要求熔(rong)化(hua)(hua)(hua)溫(wen)度(du)控制(zhi)在(zai)1365℃以下，取(qu)樣(yang)溫(wen)度(du)控制(zhi)在(zai)（1420±10）℃。取(qu)樣(yang)溫(wen)度(du)低了存在(zai)鐵合(he)金(jin)未熔(rong)化(hua)(hua)(hua)完，取(qu)的試樣(yang)化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)成分(fen)勢無代表性;溫(wen)度(du)過高，合(he)金(jin)燒損或(huo)還原(yuan)，還會影響到練(lian)期(qi)的成分(fen)調整。取(qu)樣(yang)后應控制(zhi)中頻爐功率。在(zai)爐前(qian)(qian)質量管理(li)儀對化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)成分(fen)顯示(shi)出結果(guo)后恰好進入到扒渣溫(wen)度(du)。
扒(ba)渣溫度(du)(du): 扒(ba)渣溫度(du)(du)是決定(ding)鐵液(ye)質量的(de)重要環(huan)節，因為它與成分穩定(ding)、孕(yun)育處(chu)理(li)的(de)效果(guo)密切相關，并(bing)直接影響到(dao)出鐵溫度(du)(du)的(de)控制。扒(ba)渣溫度(du)(du)過(guo)(guo)高(gao)加劇(ju)鐵液(ye)石墨晶(jing)核燒(shao)損和硅的(de)還(huan)原， 別對酸(suan)性(xing)爐襯，理(li)論上鐵液(ye)含硅偏高(gao)后將產生排(pai)碳(tan)作用，影響按溫度(du)(du)系結晶(jing)，存(cun)在著產生反白口的(de)傾(qing)向；若(ruo)溫度(du)(du)過(guo)(guo)低(di)，鐵液(ye)長(chang)時(shi)間被裸(luo)露，碳(tan)、硅燒(shao)損嚴重。再次調整成分時(shi)，不僅延長(chang)熔煉時(shi)間使(shi)鐵液(ye)過(guo)(guo)熱，而且易使(shi)成分失控，zengda鐵液(ye)的(de)過(guo)(guo)冷度(du)(du)，使(shi)正常結晶(jing)受(shou)到(dao)破(po)壞。
出(chu)鐵(tie)(tie)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)：為(wei)保證澆(jiao)注和(he)孕(yun)育的佳溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)，我們一般控(kong)制(zhi)在1520～1550℃。出(chu)鐵(tie)(tie)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)的高(gao)(gao)和(he)低都會對鑄(zhu)鐵(tie)(tie)的結晶(jing)和(he)孕(yun)育效果(guo)帶來(lai)影響，如(ru)果(guo)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)過(guo)高(gao)(gao)（超過(guo)工藝規定溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)30℃以上），盡(jin)管爐(lu)(lu)前快速分(fen)析C、Si也適中(zhong),但試澆(jiao)三角(jiao)試片白口(kou)(kou)(kou)shendu會過(guo)大或部位顯(xian)現(xian)麻口(kou)(kou)(kou)。出(chu)現(xian)此(ci)種(zhong)情況即使采取措(cuo)施(shi)(shi)向(xiang)爐(lu)(lu)內(nei)補(bu)加碳zengda孕(yun)育量，筆者(zhe)的實踐(jian)經驗是效果(guo)欠佳，且(qie)需在調低中(zhong)頻功率后(hou)，進行爐(lu)(lu)內(nei)降(jiang)溫(wen)(wen)(wen)(wen)處理(li)，即向(xiang)爐(lu)(lu)內(nei)加入鐵(tie)(tie)液(ye)總(zong)量10-15經過(guo)烘烤的xinsheng鐵(tie)(tie)，這樣試片斷口(kou)(kou)(kou)心部麻口(kou)(kou)(kou) 轉為(wei)灰口(kou)(kou)(kou)，的白口(kou)(kou)(kou)shendu變小。若持續高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)時間較(jiao)長，采取如(ru)上方法后(hou)，仍須履行爐(lu)(lu)內(nei)補(bu)碳措(cuo)施(shi)(shi)。出(chu)鐵(tie)(tie)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)按澆(jiao)注溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)控(kong)制(zhi)，殼體類鑄(zhu)鐵(tie)(tie)件合(he)適的澆(jiao)注溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)為(wei)（1440±20）℃，能夠實現(xian)“高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)出(chu)鐵(tie)(tie)，適溫(wen)(wen)(wen)(wen)澆(jiao)注”，嚴(yan)格掌(zhang)握和(he)控(kong)制(zhi)住當然好(hao)。因為(wei)出(chu)鐵(tie)(tie)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)低將導致(zhi)澆(jiao)注溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)低于1380℃，既不利于脫(tuo)硫、除(chu)氣，而且(qie) 別影響孕(yun)育處理(li)效果(guo)。隨著溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)的降(jiang)低，冷隔、輪廓(kuo)不清晰(xi)等問題明顯(xian)增(zeng)加。
4．鐵液(ye)的孕育處理
對(dui)生產鑄(zhu)鐵平板(ban)用(yong)HT250進行孕育處(chu)理，賴(lai)以(yi)提高材質(zhi)的(de)(de)耐磨性(xing)，使鑄(zhu)件的(de)(de)組(zu)織和(he)性(xing)能得以(yi)明顯gaishan， 提高各斷(duan)面(mian)上的(de)(de)硬度值，而(er)且要(yao)在(zai)穩定(ding)厚斷(duan)面(mian)上的(de)(de)珠光體(ti)量方面(mian)有相同作用(yong)，還可gaishan其(qi)壁厚的(de)(de)mingan性(xing)和(he)鑄(zhu)件在(zai)機械加工(gong)時良(liang)好的(de)(de)切削性(xing)能，尤其(qi)是對(dui)防止殼(ke)體(ti)鑄(zhu)件的(de)(de)疏(shu)松、滲漏有 殊作用(yong)。
孕(yun)育(yu)(yu)(yu)劑的(de)(de)加入量依生(sheng)產(chan)平(ping)板(ban)鑄(zhu)件的(de)(de)壁(bi)厚(hou)(hou)、化學成(cheng)分和澆注溫度(du)等因素(su)確定(ding)，以壁(bi)厚(hou)(hou)處(chu)不出(chu)現(xian)疏松、滲漏，壁(bi)厚(hou)(hou)處(chu)不出(chu)現(xian)硬區(qu)為原則(ze)。生(sheng)產(chan)實踐表明(ming)，Sr、Ba、Ca、Si-Fe孕(yun)育(yu)(yu)(yu)劑是提高(gao)強度(du)灰鑄(zhu)鐵為理想(xiang)(xiang)的(de)(de)孕(yun)育(yu)(yu)(yu)劑，此種孕(yun)育(yu)(yu)(yu)劑發(fa)揮鋇（Ba）的(de)(de)kangshuai退能力及(ji)提高(gao)A型石墨(mo)占(zhan)有(you)率，鍶（Sr）的(de)(de) 強xiaochu白口(kou)能力，鈣（Ca）和硅（Si）所(suo)起(qi)的(de)(de)輔助孕(yun)育(yu)(yu)(yu)和shentou作用。這種強度(du)組合的(de)(de)孕(yun)育(yu)(yu)(yu)劑，是生(sheng)產(chan)高(gao)強度(du)鑄(zhu)鐵孕(yun)育(yu)(yu)(yu)處(chu)理中較(jiao)為理想(xiang)(xiang)的(de)(de)選擇(ze)。
孕育次(ci)(ci)數(shu)與孕育效果的(de)關系(xi)，隨孕育次(ci)(ci)數(shu)增(zeng)加，鑄(zhu)鐵內部石(shi)(shi)墨(mo)分布均勻(yun)(yun)程度(du)gaishan，A型石(shi)(shi)墨(mo)占(zhan)有(you)率(lv)和石(shi)(shi)墨(mo)長度(du)區(qu)別(bie)較(jiao)大，經兩次(ci)(ci)以上孕育的(de)A型石(shi)(shi)墨(mo)占(zhan)有(you)率(lv)高，分布均勻(yun)(yun)，長度(du)適中。 重(zhong)要的(de)是多次(ci)(ci)孕育促使非(fei)自發(fa)晶核數(shu)量增(zeng)多，強化了基體(ti)，從(cong)而提高并穩(wen)定了鑄(zhu)鐵的(de)強度(du)。
經隨(sui)流復(fu)合孕育(yu)(yu)處理，避免(mian)鐵(tie)(tie)液隨(sui)流孕育(yu)(yu)滯(zhi)后于澆注是控(kong)制孕育(yu)(yu)效果(guo)的關鍵(jian)。孕育(yu)(yu)處理后的鐵(tie)(tie)液應在限定時間內澆注完畢，一(yi)般不超過8min，包內二次孕育(yu)(yu)3～5min孕育(yu)(yu)效果(guo)佳。
