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(qiang)度(du)合金(jin)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。
高強度低(di)(di)合(he)金化(hua)孕(yun)育(yu)鑄(zhu)(zhu)鐵鑄(zhu)(zhu)鐵平板(ban)的(de)成分設計(ji)，首(shou)先要考(kao)慮鐵液(ye)(ye)碳(tan)(tan)(tan)當(dang)量與冷卻速(su)度的(de)影(ying)響作(zuo)用。碳(tan)(tan)(tan)當(dang)量過高，鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)厚(hou)(hou)壁(bi)處冷卻速(su)度緩(huan)慢，鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)厚(hou)(hou)壁(bi)處易(yi)產生晶粒粗大、組織疏松(song)，若碳(tan)(tan)(tan)當(dang)量過低(di)(di)，鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)薄(bo)壁(bi)處易(yi)形成硬點(dian)或局部硬區，導致切削性能(neng)變差。將碳(tan)(tan)(tan)當(dang)量控(kong)制在3.95％～4.05％，即可保證(zheng)材質的(de)力學性能(neng)，又接(jie)近共晶點(dian)，其鐵液(ye)(ye)的(de)凝(ning)固溫度范圍較窄，為鐵液(ye)(ye)實現(xian)“低(di)(di)溫”澆注創造了條件(jian)(jian)；而且有利于(yu)削除平板(ban)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)的(de)氣孔、縮(suo)孔缺陷。
其次要考慮合(he)金(jin)元素的作用(yong)(yong)(yong)，鉻、銅(tong)元素在(zai)共(gong)晶(jing)轉變(bian)(bian)中，鉻阻(zu)礙石墨(mo)化，促成碳化物、cujin白口(kou)；而銅(tong)則(ze)cujin石墨(mo)化作用(yong)(yong)(yong)，減少斷(duan)面(mian)白口(kou)。兩元素相(xiang)互作用(yong)(yong)(yong)在(zai)一(yi)定(ding)程度上得到(dao)中和(he)，避免在(zai)共(gong)晶(jing)轉變(bian)(bian)中產(chan)生滲碳體(ti)而導致鑄件(jian)薄壁(bi)處形成白口(kou)或硬度提高(gao)(gao)；而在(zai)共(gong)析轉變(bian)(bian)中，鉻和(he)銅(tong)都可(ke)以起到(dao)穩定(ding)和(he)細化珠(zhu)光體(ti)的復合(he)作用(yong)(yong)(yong)，但(dan)各(ge)自的作用(yong)(yong)(yong)又(you)不盡相(xiang)同。以恰當比例配合(he)，能(neng) 發揮兩者(zhe)各(ge)自的作用(yong)(yong)(yong)。在(zai)含wCr＝0.2％灰鑄鐵中加入wCu＜2.0％，銅(tong)不僅cujin珠(zhu)光體(ti)轉變(bian)(bian)，提高(gao)(gao)并(bing)穩定(ding)珠(zhu)光體(ti)量和(he)細化珠(zhu)光體(ti)，cujinA型(xing)石墨(mo)產(chan)生和(he)均化石墨(mo)形態(tai)；銅(tong)還能(neng)少許提高(gao)(gao)含量，wCr＞0.2％灰鑄鐵的流動(dong)性(xing)，這尤其對殼體(ti)薄壁(bi)累(lei)鑄件(jian)有利。復合(he)加入鉻、銅(tong)可(ke)使(shi)鑄鐵平板鑄件(jian)致密性(xing)進一(yi)步提高(gao)(gao)。
2．嚴把原輔料質(zhi)量關
入(ru)廠原輔材料須進(jin)行取樣(yang)分(fen)析(xi)，做到心中有數，不合格(ge)的(de)原輔材料投入(ru)使(shi)用。要(yao)保證工作量的(de)原鐵(tie)(tie)液(ye)，選用高碳、低(di)磷、低(di)硫、低(di)干擾(rao)（生鐵(tie)(tie)供應(ying)商(shang)要(yao)有微(wei)量元素(su)分(fen)析(xi)報(bao)告單(dan)）元素(su)的(de)生鐵(tie)(tie)；選用純(chun)凈的(de)中碳鋼，對其所含成分(fen)Cr、mo、Sn、v、Ti、Ni、Cu等(deng)微(wei)量元素(su)以化驗結果決定取舍(she)，對能穩定珠光(guang)體的(de)廢鋼成分(fen)優先選用。生鐵(tie)(tie)和廢鋼經(jing)過除銹(xiu)處(chu)理后方能允許使(shi)用，附著油污(wu)的(de)要(yao)經(jing)250°烘烤。
對鐵合(he)金、孕育劑同樣(yang)(yang)采用定點采購，力求成分穩定，塊度(du)（粒度(du)）合(he)格。分類堆放(fang)，避免受潮。這樣(yang)(yang)的要(yao)求避免了(le)鑄鐵爐(lu)料“遺傳性”帶(dai)來的缺陷。
（1）堅持把理論配料(liao)（配料(liao)計(ji)算(suan)(suan)）和實踐(jian)經驗相(xiang)結合。無論采(cai)取(qu)(qu)試算(suan)(suan)法(fa)還是圖解法(fa)，理論上(shang)計(ji)算(suan)(suan)的(de)配料(liao)數據(ju)，不(bu)能確定為終配比，還要掌握中頻爐(lu)熔化(hua)過程中元素(su)的(de)變(bian)化(hua)規律。如果爐(lu)襯屬酸性材料(liao)，鐵液(ye)溫度(du)＞1500℃，在Si的(de)加入量上(shang)只能取(qu)(qu)下限，而碳取(qu)(qu)上(shang)線(xian)。
（2）掌握各種入爐(lu)金屬材料的(de)化學成分(fen)和各元素(su)燒損與還(huan)原(yuan)(yuan)規律。對回爐(lu)鐵（澆冒口、報廢(fei)鑄件）的(de)分(fen)類堆放、編號記載，提出成分(fen)明確(que)的(de)嚴格要求。爐(lu)內還(huan)原(yuan)(yuan)的(de)元素(su)在配料時減去，爐(lu)內燒損的(de)元素(su)配料時補上。
（3）合(he)(he)金(jin)元素以一次性配入(ru)為原則，除Si以外其它(ta)配料(liao)時取中限，合(he)(he)金(jin)（Mo、Cr、Cu、Sn等）可在熔清扒渣后加入(ru)，在酸(suan)性爐中燒損(sun)少。C、Si在扒渣及孕(yun)育時還可以補充。 感應爐熔煉鑄(zhu)件而言，遵循先增碳后加硅的原則。
（4）對P、S含量的控制，P、S量主要(yao)(yao)來源于(yu)xinsheng鐵，可(ke)以通過選(xuan)擇爐(lu)料(liao)將P、S量控制在要(yao)(yao)求范圍內，所以要(yao)(yao)使xinsheng鐵的wP＜0.06％，wS＜0.04％，這樣在配料(liao)計算時P、S量 可(ke)以不于(yu)考慮。（因鑄件的技術要(yao)(yao)求：wP≤0.06％，wS≤0.04％）。
（5）凡入爐的所(suo)有金屬材料(liao)均(jun)嚴格按(an)照要求準確計量。
3．電爐熔煉(lian)鑄(zhu)鐵平板的控制
要根據中頻電爐的(de)(de)冶金(jin)(jin) 性編制(zhi)合(he)理的(de)(de)熔煉(lian)工藝，從裝料。溫度控制(zhi)及在(zai)各不同溫度下加入(ru)合(he)金(jin)(jin)、增碳(tan)劑、造(zao)渣劑以(yi)及出鐵(tie)溫度各個環(huan)節嚴格控制(zhi)，力求用短(duan)的(de)(de)熔煉(lian)時間(jian)、小的(de)(de)合(he)金(jin)(jin)燒損與氧化，達到控制(zhi)和穩定(ding)金(jin)(jin)相(xiang)組織，提高(gao)鑄件質量的(de)(de)目的(de)(de)。
在生產實踐中，我(wo)們將(jiang)整個熔煉全過程(cheng)分(fen)為三期 溫(wen)度(du)(du)(du)進行控制。這里所謂的三期溫(wen)度(du)(du)(du)指：熔清溫(wen)度(du)(du)(du)、扒渣溫(wen)度(du)(du)(du)和出鐵溫(wen)度(du)(du)(du)。
熔(rong)清溫(wen)(wen)(wen)度(du)：即(ji)取(qu)(qu)樣溫(wen)(wen)(wen)度(du)以前的(de)(de)熔(rong)化(hua)(hua)(hua)期，決定著合(he)金元(yuan)素(su)的(de)(de)吸收與化(hua)(hua)(hua)學成(cheng)(cheng)分(fen)的(de)(de)平衡，因此(ci)要避免高溫(wen)(wen)(wen)熔(rong)化(hua)(hua)(hua)加(jia)(jia)料，避免搭棚“結(jie)(jie)殼”。否則鐵液處于沸騰或(huo)高溫(wen)(wen)(wen)狀態、碳元(yuan)素(su)燒(shao)損加(jia)(jia)劇，硅元(yuan)素(su)不斷在還(huan)(huan)(huan)原，鐵液氧(yang)化(hua)(hua)(hua)加(jia)(jia)劇雜質增(zeng)加(jia)(jia)，按(an)工藝要求熔(rong)化(hua)(hua)(hua)溫(wen)(wen)(wen)度(du)控制在1365℃以下，取(qu)(qu)樣溫(wen)(wen)(wen)度(du)控制在（1420±10）℃。取(qu)(qu)樣溫(wen)(wen)(wen)度(du)低了存在鐵合(he)金未(wei)熔(rong)化(hua)(hua)(hua)完，取(qu)(qu)的(de)(de)試樣化(hua)(hua)(hua)學成(cheng)(cheng)分(fen)勢無代表性;溫(wen)(wen)(wen)度(du)過高，合(he)金燒(shao)損或(huo)還(huan)(huan)(huan)原，還(huan)(huan)(huan)會(hui)影(ying)響(xiang)到(dao)練期的(de)(de)成(cheng)(cheng)分(fen)調整。取(qu)(qu)樣后(hou)應控制中(zhong)頻爐(lu)功率(lv)。在爐(lu)前質量管理儀(yi)對(dui)化(hua)(hua)(hua)學成(cheng)(cheng)分(fen)顯(xian)示出(chu)結(jie)(jie)果(guo)后(hou)恰好(hao)進入到(dao)扒渣溫(wen)(wen)(wen)度(du)。
扒(ba)渣(zha)(zha)溫度: 扒(ba)渣(zha)(zha)溫度是決定鐵(tie)(tie)(tie)(tie)液(ye)質量(liang)的重(zhong)要環節，因為它與成(cheng)分穩定、孕育處理(li)的效(xiao)果(guo)密(mi)切相關，并直接影響到出鐵(tie)(tie)(tie)(tie)溫度的控制。扒(ba)渣(zha)(zha)溫度過(guo)(guo)高加劇鐵(tie)(tie)(tie)(tie)液(ye)石墨晶核燒損和硅(gui)的還(huan)原(yuan)， 別(bie)對酸性爐(lu)襯，理(li)論上鐵(tie)(tie)(tie)(tie)液(ye)含(han)硅(gui)偏高后(hou)將產生排碳作用(yong)，影響按溫度系結晶，存在著產生反白口(kou)的傾向；若溫度過(guo)(guo)低，鐵(tie)(tie)(tie)(tie)液(ye)長(chang)時(shi)間(jian)被裸露(lu)，碳、硅(gui)燒損嚴重(zhong)。再次調整成(cheng)分時(shi)，不僅延長(chang)熔煉(lian)時(shi)間(jian)使鐵(tie)(tie)(tie)(tie)液(ye)過(guo)(guo)熱，而(er)且易使成(cheng)分失(shi)控，zengda鐵(tie)(tie)(tie)(tie)液(ye)的過(guo)(guo)冷度，使正常結晶受到破壞。
出(chu)(chu)(chu)鐵(tie)(tie)(tie)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)：為保(bao)證澆(jiao)注和孕(yun)育(yu)(yu)的(de)(de)佳溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)，我們一般控(kong)制(zhi)在(zai)1520～1550℃。出(chu)(chu)(chu)鐵(tie)(tie)(tie)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)和低(di)都會對鑄鐵(tie)(tie)(tie)的(de)(de)結(jie)晶和孕(yun)育(yu)(yu)效(xiao)(xiao)果帶(dai)來影(ying)響，如果溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)過(guo)高(gao)(gao)(gao)（超(chao)過(guo)工藝規(gui)定(ding)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)30℃以上(shang)），盡管爐(lu)前快(kuai)速(su)分析C、Si也適(shi)(shi)中,但試(shi)澆(jiao)三(san)角試(shi)片(pian)白口(kou)shendu會過(guo)大(da)或部位(wei)顯現(xian)(xian)麻(ma)口(kou)。出(chu)(chu)(chu)現(xian)(xian)此種(zhong)情(qing)況即(ji)使采取措施(shi)(shi)向爐(lu)內(nei)補加碳zengda孕(yun)育(yu)(yu)量(liang)，筆者的(de)(de)實踐經(jing)驗(yan)是效(xiao)(xiao)果欠佳，且(qie)需(xu)在(zai)調低(di)中頻功率后(hou)，進行爐(lu)內(nei)降溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)處理(li)，即(ji)向爐(lu)內(nei)加入鐵(tie)(tie)(tie)液總量(liang)10-15經(jing)過(guo)烘烤的(de)(de)xinsheng鐵(tie)(tie)(tie)，這(zhe)樣(yang)試(shi)片(pian)斷口(kou)心部麻(ma)口(kou) 轉為灰口(kou)，的(de)(de)白口(kou)shendu變小。若持(chi)續高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)時間較(jiao)長，采取如上(shang)方法后(hou)，仍須履行爐(lu)內(nei)補碳措施(shi)(shi)。出(chu)(chu)(chu)鐵(tie)(tie)(tie)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)按(an)澆(jiao)注溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)控(kong)制(zhi)，殼體類(lei)鑄鐵(tie)(tie)(tie)件合適(shi)(shi)的(de)(de)澆(jiao)注溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)為（1440±20）℃，能夠實現(xian)(xian)“高(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)出(chu)(chu)(chu)鐵(tie)(tie)(tie)，適(shi)(shi)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)澆(jiao)注”，嚴(yan)格掌(zhang)握和控(kong)制(zhi)住當(dang)然好。因為出(chu)(chu)(chu)鐵(tie)(tie)(tie)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)低(di)將導致(zhi)澆(jiao)注溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)低(di)于1380℃，既不(bu)利于脫(tuo)硫、除氣，而且(qie) 別(bie)影(ying)響孕(yun)育(yu)(yu)處理(li)效(xiao)(xiao)果。隨(sui)著溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)的(de)(de)降低(di)，冷(leng)隔、輪廓不(bu)清晰等問題(ti)明顯增加。
4．鐵液的孕育(yu)處(chu)理
對生產(chan)鑄鐵平板(ban)用HT250進行孕(yun)育處理，賴以提高材質的(de)(de)耐磨性，使鑄件的(de)(de)組(zu)織和性能(neng)得以明顯gaishan， 提高各斷(duan)面上的(de)(de)硬度值，而(er)且要在穩定厚(hou)斷(duan)面上的(de)(de)珠(zhu)光(guang)體(ti)量方面有相同(tong)作用，還可gaishan其壁厚(hou)的(de)(de)mingan性和鑄件在機械加工時良好的(de)(de)切削性能(neng)，尤其是對防止(zhi)殼體(ti)鑄件的(de)(de)疏松(song)、滲漏有 殊作用。
孕育(yu)(yu)劑(ji)的(de)加入量依生(sheng)產(chan)(chan)平板鑄(zhu)件的(de)壁厚(hou)、化學成分和(he)(he)澆注溫度(du)(du)等因素確定，以壁厚(hou)處不(bu)出(chu)現疏(shu)松、滲漏(lou)，壁厚(hou)處不(bu)出(chu)現硬區為原(yuan)則。生(sheng)產(chan)(chan)實踐表明，Sr、Ba、Ca、Si-Fe孕育(yu)(yu)劑(ji)是提(ti)高強度(du)(du)灰鑄(zhu)鐵為理(li)想的(de)孕育(yu)(yu)劑(ji)，此種(zhong)(zhong)孕育(yu)(yu)劑(ji)發揮(hui)鋇（Ba）的(de)kangshuai退能力及提(ti)高A型石墨占有率，鍶（Sr）的(de) 強xiaochu白口能力，鈣（Ca）和(he)(he)硅（Si）所起的(de)輔助孕育(yu)(yu)和(he)(he)shentou作用。這種(zhong)(zhong)強度(du)(du)組合的(de)孕育(yu)(yu)劑(ji)，是生(sheng)產(chan)(chan)高強度(du)(du)鑄(zhu)鐵孕育(yu)(yu)處理(li)中較為理(li)想的(de)選(xuan)擇。
孕育(yu)次(ci)數(shu)(shu)與(yu)孕育(yu)效果的關系，隨孕育(yu)次(ci)數(shu)(shu)增(zeng)加，鑄鐵(tie)內部石(shi)墨(mo)(mo)分(fen)布均勻程度gaishan，A型石(shi)墨(mo)(mo)占有(you)率和石(shi)墨(mo)(mo)長度區別較(jiao)大，經(jing)兩次(ci)以(yi)上孕育(yu)的A型石(shi)墨(mo)(mo)占有(you)率高，分(fen)布均勻，長度適(shi)中。 重要的是多次(ci)孕育(yu)促使非(fei)自發晶核數(shu)(shu)量增(zeng)多，強化了基(ji)體，從而提高并穩定了鑄鐵(tie)的強度。
經隨流復合(he)孕(yun)(yun)育(yu)(yu)處(chu)理，避(bi)免鐵(tie)(tie)液隨流孕(yun)(yun)育(yu)(yu)滯后于澆注是(shi)控制(zhi)孕(yun)(yun)育(yu)(yu)效果(guo)的關鍵。孕(yun)(yun)育(yu)(yu)處(chu)理后的鐵(tie)(tie)液應在限定時間內澆注完畢，一般不超過8min，包內二次孕(yun)(yun)育(yu)(yu)3～5min孕(yun)(yun)育(yu)(yu)效果(guo)佳。
