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鑄態稀土鎂球鐵生產技術及質量控制要點

2014-10-16

鑄態稀土鎂球鐵生產技術及質量控制要點

徐佩芬

(安徽省機械科學研究所 安徽 合肥 230022

摘要:本文根據鑄態球鐵的生產特點,對其生產基本條件、原材料的選擇、化學成分的設計、配料及計算,熔煉及鐵水出爐溫度,球化及孕育處理,鑄造工藝,澆注過程,開箱時間,鑄件檢驗等生產技術及過程控制進行簡要闡述。

關鍵詞:鑄態;稀土鎂球鐵;生產技術;過程控制

鑄態稀土鎂球鐵是指不經過熱處理而在鑄態下采用稀土鎂合金作球化劑生產的球墨鑄鐵(簡稱鑄態球鐵),它分為鑄態珠光體球鐵(QT600-3)、鑄態鐵素體球鐵(QT400-15QT450-10)及鑄態混合基體球鐵(QT500-7QT550-5)。正因為在鑄態下直得獲得,因此對其生產過程必須嚴格控制。

本文對生產鑄態球鐵的生產技術及質量控制的要點進行簡述,不妥之處請指正。

1.  生產基本條件

11熔煉設備

要求中頻感應電爐;沖天爐—電爐雙聯。

12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

21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(PbSbBiAs)總量<0.01%Ti0.06%;形成碳化物元素(VCrB)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Q10Q12,購進后隨機抽檢CSiMnPS

22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。

23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Mn0.4%,杜絕使用合金鋼或來歷不明的廢鋼。

24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。

25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C98%S0.05%,水分<1%,粒度0.5~5mm,通常采用石墨增碳劑。

26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FeSiMg8RE7FeSiMg8RE5

電爐熔煉選FeSiMg8RE3FeSiMg8RE5

厚大件最好選用釔基重稀土球化劑。

27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CSi,而MnPS是在選擇原材料時加以控制。

31碳當量和CSi

碳當量(CE)是指C1/3 SiCSi都是石墨化元素,而Si的石墨化能力相當于C1/3CE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CSi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CE4.4~4.8%,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%Si2.4~3.2%,對于鑄態珠光體球鐵,C3.2~3.7%Si1.0~1.4%Si2.2~2.5%Si終量在Si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。

32 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Mn0.3%,薄小件Mn0.2%,鑄態珠光體球鐵Mn可適當高些,Mn0.4%

33 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,P0.06%

34 S

S是反球化元素,它與MgRe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S0.04%

35 MgRe

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:MgRe1Mg+ Re0.05%。通常認為:Mg0.03~0.05%

Re0.02~0.04%

36 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

61球化處理

球化處理前要對鐵水中的CSi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:

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

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。

鐵液計量應準確,采用電子秤,上下波動<5%

鐵水流不能直接沖球化劑,流量不能太小,不能斷流。

62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。

63爐前檢驗

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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:FFF

開放式:FFF,注意擋渣、撇渣(澆口松、過濾網、集渣包等)。

8.澆注過程

81澆注溫度

控制在1340~1360℃。

82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

101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。

102機械性能檢驗

GB規定,測定σb、δ%HB

103化學成分檢驗

隨機從鑄件上取樣,進行CSiMnReMg元素分析。

104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。

參考文獻

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徐佩芬,男,安徽桐城人,原任安徽省機械科學研究所副總工程師,教授級高級工程師。

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