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铸态稀土镁球铁生产技术及质量控制要点

2014-10-16

铸态稀土镁球铁生产技术及质量控制要点

徐佩芬

(安徽省机械科学研究所 安徽 合肥 230022

摘要:本文根据铸态球铁的生产特点,对其生产基本条件、原材料的选择、化学成分的设计、配料及计算,熔炼及铁水出炉温度,球化及孕育处理,铸造工艺,浇注过程,开箱时间,铸件检验等生产技术及过程控制进行简要阐述。

要害词:铸态;稀土镁球铁;生产技术;过程控制

铸态稀土镁球铁是指不经过热处理而在铸态下采用稀土镁合金作球化剂生产的球墨铸铁(简称铸态球铁),它分为铸态珠光体球铁(QT600-3)、铸态铁素体球铁(QT400-15QT450-10)及铸态混合基体球铁(QT500-7,QT550-5)。正因为在铸态下直得获得,因此对其生产过程必须严格控制。

本文对生产铸态球铁的生产技术及质量控制的要点进行简述,不妥之处请指正。

1.  生产基本条件

11熔炼设备

要求中频感应电炉;冲天炉—电炉双联。

12造型设备

最好采用高密度造型生产线(如KW线、静压线、迪砂线)或其他机器造型。

2。 原材料的选择

21铸造生铁

要求高C、低Si、低Mn(≤0.3%),低P(<0.06%),低S(<0.03%),干扰元素(PbSbBiAs)总量<0.01%Ti0.06%;形成碳化物元素(VCrB)总量<0。1%,满足这一要求的有本溪生铁、山西、邯郸等地的球铁生铁Q10Q12,购进后随机抽检CSiMnPS。

22回炉料

使用本企业生产的同一牌号球铁浇冒口、废铸件,忌用从市场上采购的废旧铸铁件。

23废钢

主要用来调整铁液含碳量,或用废钢增C生产球铁的主要原材料。应是成分明确、批量来源稳定的无锈、少锈碳素钢,且Mn0.4%,杜尽使用合金钢或来历不明的废钢。

24焦炭

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

25增碳剂

采用废钢增C法生产球铁用的主要原材料之一。要求C98%,S0。05%,水分<1%,粒度0.5~5mm,通常采用石墨增碳剂。

26球化剂

要求成分稳定、均匀,防止吸潮。粒度视一次处理铁水量而定。

冲天炉熔炼选FeSiMg8RE7FeSiMg8RE5

电炉熔炼选FeSiMg8RE3FeSiMg8RE5

厚大件最好选用钇基重稀土球化剂。

27孕育剂

主要用于消除白口,促进组织晶粒细化。常用的有75硅铁,或采用含有钡、锶、钙、铋等元素组成的复合孕育剂,如钡硅铁、锶硅铁、硅钙等。

3. 化学成分的设计

成分对组织、力学性能、铸造性能均有很大影响,球铁化学成分的设计要根据铸件特点、

大小、壁厚、复杂程度、性能要求等综合考虑,主要是CSi,而MnPS是在选择原材料时加以控制。

31碳当量和CSi

碳当量(CE)是指C1/3 SiCSi都是石墨化元素,而Si的石墨化能力相当于C1/3CE的选择主要着眼于改善铸造性能、消除铸造缺陷和提高综合机械性能。碳高析出的石墨数多,球径小,圆整度较高,铁水流动性好。Si高,铸件白口倾向小,铁素体量多,石墨球数多,球径小,圆整度好。但CSi都不能太高,C太高轻易出现石墨飘浮,Si太高形成硅铁素体,使球铁塑性韧性下降,冷脆性增加。因此,CE选择的原则是:上限不出现石墨飘浮,下限不出现白口。通常选择在过共晶,即CE4.4~4.8%,较小件取上限,较大厚件取下限。按照普遍采用的“高C、低硅、大孕育量”的球铁生产方法来分配,对于铸态铁素体球铁:C3。2~3。9%,Si原铁水1.0~1.4%Si2.4~3.2%,对于铸态珠光体球铁,C3.2~3.7%,Si1。0~1。4%,Si2.2~2.5%Si终量在Si的基础上除球化剂带进Si外,其差额的硅量全部以孕育方式带进,不得炉内增硅。

32 Mn

Mn是稳定、促进和细化珠光体,Mn在球铁中偏析严重,主要分布在晶界上,降低韧性,严重时生成碳化物,铸态下出现白口,因此,不论是生产珠光体球铁或是铁素体球铁,Mn都不宜高(非凡要求除外)。

推荐:铸态铁素体球铁Mn0.3%,薄小件Mn0。2%,铸态珠光体球铁Mn可适当高些,Mn0。4%

33 P

P是球铁中有害元素,易生成磷共晶,使球铁变脆,αk,δ%下降,要求越低越好,P0。06%

34 S

S是反球化元素,它与MgRe的亲和力强,生成MgS等,易造成黑渣、皮下气孔等缺陷。S越低越好,控制原铁水S0.04%。

35 MgRe

为保证球化良好,球铁中必须要有足够的残余Mg量和残余Re量。

生产实践证实:MgRe1Mg+ Re0.05%。通常认为:Mg0。03~0。05%

Re0。02~0。04%

36 Cu

铜有弱的石墨化作用,其能力为硅的1/5。铜能有促进、稳定、细化并增加珠光体的作用,其能力为锰的3倍。同时,铜还能强化珠光体中的铁素体,增加铸铁的强度和硬度。铜在生产铸态珠光体球铁时作为合金元素加进,其加进量为0.5~0.8%

4. 配料及计算

通常先采用试配法,然后进行适当调整,考虑烧损。

5.熔炼及铁水出炉温度

球铁对熔炼的原铁水要求:高温(1450~1520℃),优质(杂质少、成分均匀稳定)。采用电炉或冲天炉—电炉双联熔炼。铁水出炉温度最好在1480~1520℃,采用热电锅测温。

6.球化及孕育处理

61球化处理

球化处理前要对铁水中的CSi进行测定,非凡是采用废钢增C法尤为重要。

球化处理主法有:冲进法、盖包冲进法、喂丝法、型内球化法等。冲进法简单,但作业环境差、镁的吸收率低、球化剂加进量大。盖包法几乎没有烟尘和镁光,环保,球化剂加进量少,镁的吸收率高,球化质量稳定,越来越引起关注和运用。冲进法:有一步冲进法(一次出到要求的铁水量)、二步冲进法。以二步法为例:将球化剂放进靠近炉体一侧的铁水包底堤坝或凹坑内,上面覆盖1/3的孕育剂、球铁屑(或钢板,厚度视出铁水量而定)、覆盖剂,捣实,冲进2/3总量的铁水(不能断流,快速),待反应完毕后,再补充1/3的铁水量,然后快速搅拌扒渣,在铁水表面较均匀撒进2/3的孕育剂作为浮硅孕育,加覆盖剂后待浇注。

为保证球化处理成功,应注重:

铁水包结构要合理。购置球化处理包或自制,自制的铁水包搪好后的内腔高度与内径之比值应为1。5~2。0,最低不小于1.2~1.5。包底应搪成堤坝式或凹坑式,其大小应占包底的2/5~1/2

球化剂粒度应合适,切忌久放或受潮,不要在包子红热的状态下放进球化剂。

铁液计量应正确,采用电子秤,上下波动<5%。

铁水流不能直接冲球化剂,流量不能太小,不能断流。

62孕育处理

孕育处理的目的:消除球化处理后的白口倾向,促进石墨析出,提高球化率,细化石墨球,使之分布均匀。其方法有:加大孕育剂量、复合孕育、多次孕育、浇杯孕育、浮硅孕衣、瞬时孕育、孕育丝孕育等。

孕育剂可选用75硅铁、含钡4~6%钡硅铁、含锶的锶硅铁孕育剂等。在前者球化处理时已采取两次孕育方式,为强化孕育效果可在转包浇注时在包内加进0.2~0.3%的粒度为0.5~1mm的孕育剂作为第三次浇包瞬时孕育。

63炉前检验

三角试片法

三角试片法为25(底面宽)×50(高)×120mm(长),湿型卧浇,待试样表面呈暗红色取出,底面朝下淬进水中,击断瞧察断口。当断口呈锯齿状,凹凸不平,银灰色(珠光体球铁为银白色)两侧有缩凹,中心有缩松,晶粒细、致密,试片尖部无白口或宽度<1~2mm白口,表明球化孕育良好。若断口发黑,无缩凹,表明球化不好。若断口发白或银白色且尖部白口大于3mm,表明球化过量或孕育效果不好。

炉前快速金相法

试样为φ20×30mm(视铸件尺寸、厚度而定)。球化级别达1~2级为合格,低于2级视为球化不良。

炉前采用热分析法智能仪器。如工大双发智能仪,能在3分钟内测定出化学成分、球化级别、机械性能。球化级别达1~2级方为合格,低于2级应视为球化不良。

7.铸造工艺

球铁与普通灰铸铁、铸钢不同,有它自己的铸造性能及铸造缺陷。

球铁凝固时有石墨析出,膨胀量大。生产上可利用这一点,采用刚性铸型,获得无缩孔、缩松的铸件。

球铁具有粥状凝固的特点,冒口的有效补缩距离短,可多放冒口或冒口与冷却相配合(铸态铁素体球铁忌用)等措施来消除缩孔缩松。

球铁在球化处理后,有很多稠渣,浇注系统要考虑撇渣、挡渣装置。

球铁轻易氧化,浇注时假如出现紊流、飞溅,则产生二次氧化渣。

球铁轻易出现皮下气孔,造型材料要采取措施,增加透气性,控制水分含量。

基于上述,浇冒系统的设计应根据球铁铸件外形、壁厚等特点来选择顺序凝固、同时凝固、均衡凝固工艺,采用冒口还是无冒口、冷铁等。

球铁浇注系统一般主张采用半封闭或开放式,其特点:直浇道截面积小,内浇口、横浇道截面积比直浇道大。

F直上F直下=1.6 : 1

半封闭式:FFF

开放式:FFF,注重挡渣、撇渣(浇口松、过滤网、集渣包等)。

8.浇注过程

81浇注温度

控制在1340~1360℃。

82浇注时间

每包铁水应在6分钟内浇注完毕

9.开箱时间

对铸态铁素体球铁件而言,铸件在型内冷至暗红色约600℃左右开箱,从型内取出的铸件而不能堆放在一起或有水的地方。对铸态珠光体球铁可在800~900℃开箱空冷或风冷。

10.铸件检验

101金相检验

抽样检验铸件本体的金相组织:对于铸态铁素体球铁:铁素体含量>80%;对于铸态珠光体球铁,珠光体量应大于80%。球化等级均不低于4级。

102机械性能检验

GB规定,测定σb、δ%HB

103化学成分检验

随机从铸件上取样,进行CSiMnReMg元素分析。

104铸件外瞧、内在缺陷检验

铸件清理后,应进行外瞧检查是否有缺陷,在不重要面或非加工面如发现有缺陷,需要修补时,可进行焊补。

根据要求,铸件应进行无损检测,射线、磁粉、超声波等探伤。

参考文献

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[11] 孙雅心,李蒙    盖包法生产铸态高韧性球墨铸铁,2005中国铸造活动周论文集,2005.8162-164

 

 

 

徐佩芬,男,安徽桐城人,原任安徽省机械科学研究所副总工程师,教授级高级工程师。

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