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．高強度合金灰鑄鐵成分的設(she)計
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。
高強度低(di)合金化(hua)孕(yun)育(yu)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)平板的(de)(de)成分設(she)計，首(shou)先要(yao)考慮鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)碳當量與冷卻速(su)度的(de)(de)影響作(zuo)用。碳當量過(guo)高，鑄(zhu)件厚壁處(chu)(chu)冷卻速(su)度緩慢，鑄(zhu)件厚壁處(chu)(chu)易產生晶粒粗大、組織(zhi)疏松，若(ruo)碳當量過(guo)低(di)，鑄(zhu)件薄(bo)壁處(chu)(chu)易形成硬點或(huo)局部硬區，導(dao)致切削性能(neng)變(bian)差。將(jiang)碳當量控制在3.95％～4.05％，即可保證材(cai)質的(de)(de)力學性能(neng)，又接近共晶點，其(qi)鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)的(de)(de)凝固溫(wen)度范圍(wei)較(jiao)窄(zhai)，為鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)實(shi)現“低(di)溫(wen)”澆(jiao)注創(chuang)造了條件；而且有利于(yu)削除平板鑄(zhu)件的(de)(de)氣孔、縮孔缺陷。
其次要考慮(lv)合金元(yuan)素(su)(su)的作(zuo)(zuo)用(yong)，鉻、銅元(yuan)素(su)(su)在(zai)共晶轉(zhuan)變(bian)(bian)中，鉻阻礙石(shi)(shi)墨(mo)(mo)化(hua)，促成碳(tan)化(hua)物、cujin白(bai)口；而(er)(er)銅則cujin石(shi)(shi)墨(mo)(mo)化(hua)作(zuo)(zuo)用(yong)，減少斷面白(bai)口。兩元(yuan)素(su)(su)相(xiang)互作(zuo)(zuo)用(yong)在(zai)一定程(cheng)度上得到中和，避免在(zai)共晶轉(zhuan)變(bian)(bian)中產生(sheng)滲碳(tan)體(ti)而(er)(er)導致(zhi)(zhi)鑄件(jian)(jian)薄壁處形(xing)成白(bai)口或硬(ying)度提高(gao)；而(er)(er)在(zai)共析轉(zhuan)變(bian)(bian)中，鉻和銅都可以起到穩定和細(xi)化(hua)珠(zhu)光(guang)體(ti)的復(fu)(fu)合作(zuo)(zuo)用(yong)，但各自的作(zuo)(zuo)用(yong)又不(bu)盡相(xiang)同。以恰當(dang)比例配合，能 發揮兩者各自的作(zuo)(zuo)用(yong)。在(zai)含wCr＝0.2％灰鑄鐵中加入wCu＜2.0％，銅不(bu)僅cujin珠(zhu)光(guang)體(ti)轉(zhuan)變(bian)(bian)，提高(gao)并穩定珠(zhu)光(guang)體(ti)量和細(xi)化(hua)珠(zhu)光(guang)體(ti)，cujinA型石(shi)(shi)墨(mo)(mo)產生(sheng)和均化(hua)石(shi)(shi)墨(mo)(mo)形(xing)態；銅還(huan)能少許提高(gao)含量，wCr＞0.2％灰鑄鐵的流(liu)動性，這尤其對殼體(ti)薄壁累鑄件(jian)(jian)有利。復(fu)(fu)合加入鉻、銅可使(shi)鑄鐵平板(ban)鑄件(jian)(jian)致(zhi)(zhi)密(mi)性進(jin)一步提高(gao)。
2．嚴把原輔(fu)料質(zhi)量關
入廠原(yuan)(yuan)輔材(cai)料須(xu)進行取樣分析，做(zuo)到(dao)心中有(you)數，不合格的原(yuan)(yuan)輔材(cai)料投入使用。要保證工作量(liang)的原(yuan)(yuan)鐵液，選用高碳、低磷、低硫、低干(gan)擾（生鐵供應商(shang)要有(you)微(wei)(wei)量(liang)元(yuan)素分析報(bao)告單(dan)）元(yuan)素的生鐵；選用純(chun)凈的中碳鋼，對(dui)(dui)其所含成分Cr、mo、Sn、v、Ti、Ni、Cu等(deng)微(wei)(wei)量(liang)元(yuan)素以化(hua)驗(yan)結果決定(ding)取舍，對(dui)(dui)能穩(wen)定(ding)珠光(guang)體的廢(fei)鋼成分優先(xian)選用。生鐵和廢(fei)鋼經(jing)過除銹處理后方(fang)能允許(xu)使用，附著油污(wu)的要經(jing)250°烘烤。
對鐵合(he)金、孕育劑同樣采(cai)用定點采(cai)購，力求成分穩定，塊度（粒度）合(he)格(ge)。分類堆放(fang)，避免受潮。這樣的要求避免了鑄鐵爐料(liao)“遺傳(chuan)性”帶來的缺陷(xian)。
（1）堅持把理(li)論配(pei)料(liao)（配(pei)料(liao)計算）和(he)實踐經驗相(xiang)結合。無論采(cai)取(qu)(qu)試算法(fa)還是圖解法(fa)，理(li)論上計算的(de)配(pei)料(liao)數據，不能確定(ding)為終配(pei)比，還要掌握中頻爐熔化過(guo)程中元素(su)的(de)變(bian)化規律。如果爐襯(chen)屬酸性材料(liao)，鐵液(ye)溫(wen)度＞1500℃，在Si的(de)加(jia)入(ru)量上只(zhi)能取(qu)(qu)下限，而碳取(qu)(qu)上線(xian)。
（2）掌握各種(zhong)入(ru)爐金屬材料的化學成(cheng)分和各元(yuan)(yuan)素(su)燒損(sun)與還原(yuan)規律。對回爐鐵（澆冒口(kou)、報廢鑄件）的分類堆放、編號(hao)記(ji)載，提出成(cheng)分明確的嚴格要(yao)求(qiu)。爐內(nei)還原(yuan)的元(yuan)(yuan)素(su)在配料時(shi)減去，爐內(nei)燒損(sun)的元(yuan)(yuan)素(su)配料時(shi)補上。
（3）合金元素以一次(ci)性(xing)配入(ru)(ru)為原則，除Si以外其它配料時(shi)取中限，合金（Mo、Cr、Cu、Sn等）可(ke)在熔(rong)清扒渣后加入(ru)(ru)，在酸性(xing)爐(lu)中燒損少。C、Si在扒渣及孕(yun)育(yu)時(shi)還可(ke)以補充。 感應爐(lu)熔(rong)煉鑄件而言，遵循先增碳后加硅的原則。
（4）對P、S含(han)量(liang)(liang)的(de)控(kong)制，P、S量(liang)(liang)主要(yao)來(lai)源(yuan)于(yu)xinsheng鐵，可以通(tong)過選擇爐料將P、S量(liang)(liang)控(kong)制在要(yao)求范圍(wei)內，所以要(yao)使xinsheng鐵的(de)wP＜0.06％，wS＜0.04％，這(zhe)樣在配料計算時P、S量(liang)(liang) 可以不(bu)于(yu)考(kao)慮。（因鑄(zhu)件(jian)的(de)技術(shu)要(yao)求：wP≤0.06％，wS≤0.04％）。
（5）凡入爐(lu)的所(suo)有金屬材(cai)料均嚴(yan)格按照要求(qiu)準確計量。
3．電(dian)爐(lu)熔煉鑄鐵平板的控(kong)制
要(yao)根據中(zhong)頻電(dian)爐的冶金 性(xing)編制合(he)理的熔煉(lian)工(gong)藝，從裝料。溫(wen)度(du)控制及在各(ge)不同溫(wen)度(du)下加入(ru)合(he)金、增(zeng)碳(tan)劑(ji)、造渣劑(ji)以(yi)及出鐵溫(wen)度(du)各(ge)個環節嚴格控制，力求用(yong)短的熔煉(lian)時間、小(xiao)的合(he)金燒損(sun)與氧化，達到控制和穩定金相組(zu)織，提高鑄件質(zhi)量的目(mu)的。
在生產實踐中，我們(men)將整個熔煉(lian)全過程分(fen)為三期 溫(wen)度(du)(du)進行控制(zhi)。這里所謂的(de)三期溫(wen)度(du)(du)指：熔清(qing)溫(wen)度(du)(du)、扒渣溫(wen)度(du)(du)和出鐵(tie)溫(wen)度(du)(du)。
熔(rong)清(qing)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度：即取(qu)(qu)樣溫(wen)(wen)(wen)(wen)度以前的熔(rong)化期(qi)，決定著合金元(yuan)素的吸收與(yu)化學成(cheng)分(fen)(fen)的平衡，因此要避免(mian)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)熔(rong)化加(jia)料，避免(mian)搭棚(peng)“結殼”。否則鐵液(ye)處于沸(fei)騰或(huo)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)狀態、碳元(yuan)素燒(shao)損(sun)加(jia)劇，硅元(yuan)素不(bu)斷(duan)在(zai)還原，鐵液(ye)氧化加(jia)劇雜質增(zeng)加(jia)，按工藝(yi)要求熔(rong)化溫(wen)(wen)(wen)(wen)度控制在(zai)1365℃以下，取(qu)(qu)樣溫(wen)(wen)(wen)(wen)度控制在(zai)（1420±10）℃。取(qu)(qu)樣溫(wen)(wen)(wen)(wen)度低(di)了存在(zai)鐵合金未熔(rong)化完，取(qu)(qu)的試(shi)樣化學成(cheng)分(fen)(fen)勢無(wu)代表性;溫(wen)(wen)(wen)(wen)度過(guo)高(gao)(gao)，合金燒(shao)損(sun)或(huo)還原，還會(hui)影響(xiang)到練期(qi)的成(cheng)分(fen)(fen)調整。取(qu)(qu)樣后(hou)應控制中(zhong)頻爐(lu)功率(lv)。在(zai)爐(lu)前質量(liang)管理儀對化學成(cheng)分(fen)(fen)顯示出結果后(hou)恰好進入到扒渣溫(wen)(wen)(wen)(wen)度。
扒渣(zha)(zha)溫(wen)度(du)(du)(du)(du): 扒渣(zha)(zha)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)是決定(ding)鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)質量的(de)重要環節，因為它與成(cheng)分(fen)(fen)穩定(ding)、孕育處(chu)理(li)的(de)效果(guo)密切(qie)相關，并直接影(ying)響到出鐵(tie)(tie)(tie)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)的(de)控(kong)制。扒渣(zha)(zha)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)過(guo)(guo)高加劇鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)石墨晶核燒損和硅(gui)的(de)還原， 別(bie)對(dui)酸(suan)性爐(lu)襯，理(li)論上(shang)鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)含(han)硅(gui)偏(pian)高后將產生(sheng)排碳(tan)作用，影(ying)響按溫(wen)度(du)(du)(du)(du)系結(jie)(jie)晶，存在著產生(sheng)反(fan)白口的(de)傾向；若溫(wen)度(du)(du)(du)(du)過(guo)(guo)低，鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)長(chang)時間(jian)被裸(luo)露，碳(tan)、硅(gui)燒損嚴(yan)重。再次調整成(cheng)分(fen)(fen)時，不僅延長(chang)熔煉(lian)時間(jian)使鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)過(guo)(guo)熱(re)，而且易使成(cheng)分(fen)(fen)失控(kong)，zengda鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)的(de)過(guo)(guo)冷(leng)度(du)(du)(du)(du)，使正常結(jie)(jie)晶受到破壞。
出(chu)鐵(tie)(tie)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)：為(wei)保證澆注(zhu)和(he)孕(yun)育的(de)(de)(de)佳溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)，我們一(yi)般控制(zhi)在(zai)1520～1550℃。出(chu)鐵(tie)(tie)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)的(de)(de)(de)高(gao)和(he)低(di)都會對鑄鐵(tie)(tie)的(de)(de)(de)結晶和(he)孕(yun)育效果(guo)帶(dai)來影響，如(ru)果(guo)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)過(guo)高(gao)（超過(guo)工藝規定溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)30℃以上），盡管爐(lu)前快速(su)分(fen)析(xi)C、Si也適中(zhong),但試澆三角試片白口(kou)shendu會過(guo)大(da)或(huo)部位顯現麻口(kou)。出(chu)現此種(zhong)情況即使(shi)采取措(cuo)施向(xiang)爐(lu)內(nei)(nei)補(bu)加(jia)碳zengda孕(yun)育量，筆者(zhe)的(de)(de)(de)實踐經(jing)驗是(shi)效果(guo)欠佳，且需(xu)在(zai)調低(di)中(zhong)頻功率后(hou)(hou)，進(jin)行爐(lu)內(nei)(nei)降溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)處理(li)，即向(xiang)爐(lu)內(nei)(nei)加(jia)入鐵(tie)(tie)液(ye)總(zong)量10-15經(jing)過(guo)烘烤的(de)(de)(de)xinsheng鐵(tie)(tie)，這(zhe)樣試片斷口(kou)心部麻口(kou) 轉為(wei)灰口(kou)，的(de)(de)(de)白口(kou)shendu變(bian)小。若(ruo)持續高(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)時間較長，采取如(ru)上方法后(hou)(hou)，仍須履(lv)行爐(lu)內(nei)(nei)補(bu)碳措(cuo)施。出(chu)鐵(tie)(tie)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)按澆注(zhu)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)控制(zhi)，殼體類(lei)鑄鐵(tie)(tie)件合適的(de)(de)(de)澆注(zhu)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)為(wei)（1440±20）℃，能夠實現“高(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)出(chu)鐵(tie)(tie)，適溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)澆注(zhu)”，嚴格(ge)掌握和(he)控制(zhi)住當然好。因為(wei)出(chu)鐵(tie)(tie)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)低(di)將(jiang)導致澆注(zhu)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)低(di)于(yu)1380℃，既不(bu)利(li)于(yu)脫硫、除氣(qi)，而且 別影響孕(yun)育處理(li)效果(guo)。隨著溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)的(de)(de)(de)降低(di)，冷隔、輪(lun)廓(kuo)不(bu)清晰(xi)等問題(ti)明顯增加(jia)。
4．鐵液的孕(yun)育(yu)處(chu)理
對生(sheng)產鑄(zhu)鐵平板用HT250進行孕(yun)育處理，賴(lai)以(yi)提(ti)高(gao)材質的耐磨性(xing)(xing)，使鑄(zhu)件(jian)的組織和(he)性(xing)(xing)能(neng)得以(yi)明顯gaishan， 提(ti)高(gao)各斷面上(shang)的硬(ying)度值(zhi)，而(er)且要在(zai)穩(wen)定厚斷面上(shang)的珠光(guang)體量方面有(you)相同作(zuo)用，還可gaishan其壁厚的mingan性(xing)(xing)和(he)鑄(zhu)件(jian)在(zai)機械加工時良(liang)好(hao)的切削性(xing)(xing)能(neng)，尤其是對防止殼體鑄(zhu)件(jian)的疏松、滲漏有(you) 殊作(zuo)用。
孕(yun)育劑(ji)的(de)加(jia)入量(liang)依生(sheng)產(chan)平(ping)板鑄(zhu)件(jian)的(de)壁(bi)厚、化學成分和澆注(zhu)溫度(du)等因素(su)確定，以壁(bi)厚處不出現(xian)疏松、滲漏，壁(bi)厚處不出現(xian)硬區為原則(ze)。生(sheng)產(chan)實踐表明(ming)，Sr、Ba、Ca、Si-Fe孕(yun)育劑(ji)是提高(gao)強度(du)灰鑄(zhu)鐵為理想(xiang)的(de)孕(yun)育劑(ji)，此種(zhong)孕(yun)育劑(ji)發揮(hui)鋇(bei)（Ba）的(de)kangshuai退能力及提高(gao)A型石墨(mo)占(zhan)有率(lv)，鍶(si)（Sr）的(de) 強xiaochu白(bai)口能力，鈣（Ca）和硅(gui)（Si）所(suo)起的(de)輔(fu)助(zhu)孕(yun)育和shentou作用。這種(zhong)強度(du)組(zu)合的(de)孕(yun)育劑(ji)，是生(sheng)產(chan)高(gao)強度(du)鑄(zhu)鐵孕(yun)育處理中較為理想(xiang)的(de)選擇。
孕(yun)(yun)育次(ci)數(shu)與孕(yun)(yun)育效果(guo)的(de)關系，隨孕(yun)(yun)育次(ci)數(shu)增(zeng)加(jia)，鑄鐵內(nei)部石(shi)(shi)墨分布均勻程度(du)gaishan，A型(xing)石(shi)(shi)墨占有率(lv)和石(shi)(shi)墨長(chang)度(du)區別較(jiao)大，經兩(liang)次(ci)以上孕(yun)(yun)育的(de)A型(xing)石(shi)(shi)墨占有率(lv)高，分布均勻，長(chang)度(du)適中。 重要的(de)是(shi)多次(ci)孕(yun)(yun)育促(cu)使(shi)非自發晶核數(shu)量增(zeng)多，強化了基體(ti)，從而提高并穩定了鑄鐵的(de)強度(du)。
經隨流復(fu)合(he)孕(yun)育(yu)處理，避(bi)免鐵液隨流孕(yun)育(yu)滯后(hou)于(yu)澆(jiao)注(zhu)是(shi)控制孕(yun)育(yu)效果(guo)的關鍵。孕(yun)育(yu)處理后(hou)的鐵液應(ying)在限(xian)定(ding)時間內澆(jiao)注(zhu)完畢，一般不超過8min，包(bao)內二次孕(yun)育(yu)3～5min孕(yun)育(yu)效果(guo)佳。
