生产高强度灰铸铁件的工艺措施.docx

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1、1、强化孕育铸铁：炉料中加入较多的废钢，采用优质铸造焦，以得到出炉温度大于1500oc 和高碳当量的铁水，用高效孕育剂强化孕育从而得到高强度灰铸铁。过去 生产孕育铸铁依靠加入较多废钢，降低碳量来提高强度，但这种方法工艺 性能不好,白口倾向大，尤其是对薄壁铸件(最小壁厚310mm )。近代 高强度孕育铸铁不用这种方法，靠高效孕育剂来强化孕育，提高性能。一 般的方法是：碳当量在3.94.1%左右,温度1480。C左右,要求铁水氧化 少，采用 Si-Ca、Cr-Si-Cax Re-Ca-Bax Si-Cas Si-Fe 复合、稀土复合等 高效孕育剂，进行孕处理。例如某厂5吨冲天炉，利用铸造焦，炉料中

2、加 入40%以上废钢，总焦比为7时,铁水温1520oC-1540oC l炉渣中氧化 铁含量低(l83.0% ) o经特种孕育剂孕育处理,当碳当量为4.28%时, 试棒抗拉强度可达250MPa ,相对强度RG = 1.28 , HB229 ,珠光体含量大 于98%又如某单位通过提高铁水过热温度,然后采用Re-Ca-Ba孕育剂 对铁水进行孕育处理,烧注一批缸盖铸件,当碳当量为3.94.05%时,抗 拉强度285304MPa ,相对强度RG = 1.11.21 ,石墨形态好，加工后水 压试验没发现缩松和漏水现象。2、合成铸铁所谓合成铸铁工艺，就是用感应电炉熔炼，炉料中用50%以上的废 钢，其余为回炉

3、铁和铁屑，经增碳处理得到的铁液。这种方法的优点是：(1)炉科采用大量废钢，不用生铁，降低了铸铁成本；(2)可获得含磷量低的铁水，减少磷量对缸体、缸盖等薄壁高强度灰铁缩松和渗漏缺陷的 影响；（3）可避免生铁遗传性影响，铸铁石墨形态好，珠光体含量高，机 械性能好，在同样当量时强度可比冲天炉铸铁提高12个牌号。利用合成铸铁工艺熔炼高强度灰铸铁生产缸体，效果很好,生产结果表明：（1 ）采用合成铸铁熔炼工艺浇注的缸体机械性能高，当碳当量为4.0%时， 抗拉强度大于250MPa ,比冲天炉熔炼提高一个牌号；（2 ）铁水断面敏感性小，缸体不同厚度断面及阶梯试块断面硬度分布均匀； （3）铸铁含磷量低，含杂质少

4、，克服铸件渗漏缺陷；（4）成本低；（5 ） 熔炼工艺简单易行，容易撑握。3、低合金化孕育铸铁调整原铁水的化学成份使其达到较高碳当量，在炉内（或包内）加入 少量铝、铜、铝等合金元素,获得高温低合金化铁水，再经孕育处理，得 到石墨细小、珠光体含量高、片间距小的组织，从而获得高强度铸铁。用 这种方法生产高强度灰铸铁，国外用得较广泛，效果比较稳定，合金元素 多是CU ,Cr、Mo、Ni等。其最大优点是可使缸体、缸盖薄壁部分的基体 组织得到95%以上珠光体，硬度差小。某些单位用0.30.7%Cr,瞬时孕育，控制铝/硅比值,解决了缸体、 缸盖的生产问题。4、调整铸铁常规化学成份及比例，获得高强度、低应力灰

5、铸铁在碳当量 保持不变的情况下，适当提高Si/C比值是提高机床铸件强度和刚度重要途 经之一。通过调整化学成份，特别是改变硅/碳比值，使Si/C在0.50.9 ,再加上适当的孕育和合金化,可以获得具有良好综合性能的高强度灰铸铁件。有关硅/碳比值的规律是:(1)在相同碳当量下，Si/c比值高,抗拉强度可提高3060MPa ,相对 强度高，相对硬度低，弹性性能好；(2 )在相同碳当量下，Si/C比值增加，残余应力有除低趋势，应力倾向也 较小；(3 )提高Si/C比值，白口倾向小，断面敏感性小，而对铁水流动性，线 收缩率无影响。调整镒、硅含量，使含Mn量比含Si量高0.21.3%以上，得到另 一种高强

6、度低应力铸铁。灰铸铁含Mn在1.53.0%范围内提高含Mn量, 尤其是当Mn量大于Si量后,能显著细化共晶团，易于获得D、E型石墨 和细珠光体基体。另外，控制灰铸铁中Mn. Si差值和Mn的绝对值,使 Mn. Si差值在00.5% , Mn大于2% ,还可以在灰铸铁中得到不同类型 的硬化相。因此,控制Mn、Si差值和Mn绝对值，就能获得机械性能 高，硬度均匀，耐压致密性好和耐磨性能好的高强度灰铸铁。这种高镒灰 铸件在郑州纺织机械厂以及机床、缸套、液压件三个行业部分厂中生产， 取得较好的效果。Mn = 1.7S + 0.3% (为保证硫完全被镒结合)。如何减小高强度灰铸铁的收缩倾向高强度与收缩一

7、直是一对矛盾，生产高强度的铸件，收缩倾向大， 收缩问题如果不能很好解决，应付产生大量的收缩废品缺陷。解决材料的 收缩问题，总的原则是要有较高的碳硅当量。高碳硅当量加合金化的工艺 比低碳硅当量少加合金的工艺收缩倾向小，因此，应当在选择高碳硅量前 提下，开发提高性能的新技术减少收缩具体的措施可以从以下方面考虑：促进石墨化的工艺措施是减少铁液收缩的最好措施。电炉熔炼：增碳技术的应用是解决铁液收缩的关键技术。由于铁液凝 固过程中的石墨析出产生石墨化膨胀作用，良好的石墨化会减少铁液的收 缩倾向，因此，增碳技术是最好的工艺。由于加入增碳剂提高了铁液的石墨化能力，因此，采用全废钢熔炼加 增碳剂的工艺，铁液的

8、收缩倾向反而更小。这是非常重要的一个观念转变， 传统的观念是认为多加废钢会增大铁液的收缩倾向，这样我们就容易走入 一个误区，不愿意多用废钢，而喜欢多用一些生铁。多用生铁的缺点是：生铁中有许多粗大的过共晶石墨，这种粗大的石 墨具有遗传性，如果低温熔炼，粗大的石墨难以消除，粗大的石墨从液态 遗传到了固态，使凝固过程中本来由于石墨析出应该产生的膨胀作用削弱， 因此使铁液凝固过程中的收缩倾向增大，粗大的石墨又必然降低了材料的 性能。因此，与用废钢增碳工艺相比，大量用生铁的缺点就是： 强度性能低。同样成分做过对比试验，性能低半个排号。收缩倾向大。同样条件下，比废钢增碳工艺收缩大。对于电炉熔炼，增碳技术的

9、核心是使用高品质的增碳剂。采用废钢增 碳工艺，增碳剂就成为增碳工艺中最重要的环节。增碳剂质量的好坏决定 了铁液质量的好坏，增碳工艺能否获得好的石墨化效果，减少铁液收缩， 主要取决于增碳剂：增碳剂一定要选用经过高温石墨化处理的增碳剂。只有经过高温石墨化处理，碳原子才能从原来的无序排列变成片状排 列，片状石墨才能成为石墨形核的最好核心，促进石墨化。好的增碳剂含硫都非常低，W(S)小于0.03%是一个重要的指标。对于冲天炉熔炼：高温熔炼是最关键的技术指标，高温熔炼可以有效 消除生铁粗大石墨的遗传性。高温熔炼可以提高渗碳率，减少配料中的生 铁加入量。以渗碳方式获得的碳活性好，要比多加生铁带来的碳有更好

10、的 石墨化作用，反映在铸件上，就是石墨的形态更好，分布更均匀。石墨的 形态好，就会提高材料的性能，包括切削性能，而石墨化效果好，就能减 少铁液的收缩倾向。提高原铁液的硅量，控制孕育量。灰铸铁中的硅一部分是原铁液中的硅，一部分是孕育带入的硅。许多人喜欢原铁液中的硅低点，然后用很大的孕育量孕育，这种做法 并不科学：大量的孕育是不可取的，这会增大收缩倾向。孕育是为了增加 结晶核心的数量，促进石墨化，少量的孕育(0.2% 0.4% )就可以达到这 个目的。从工艺控制来说，孕育量应该相应稳定，不能有过大的变化。这 就要求原铁液的硅量也要相应稳定。提高原铁液的硅量，既可以减少白口 和收缩倾向，又能发挥硅固

11、溶强化基体的作用，性能反而不降低。目前比 较科学的做法是提高灰铸铁原铁液的含硅量，孕育量控制在0.3%左右，这 样可以发挥硅的固溶强化作用，对提高强度有利，也对减少铸件收缩有利。 合金化的方法对铁液收缩有很大影响。合金化能有效提高铸铁的性能,我们常用的合金元素是铝、铝、铜、 锡、镇。铭：铭能有效地提高灰铸铁的性能，随着加入量的增加，性能会一直 提高。铭的白口倾向比较大，这是大家最顾忌的问题。加入量太大，会出 现碳化物。至于铝量的上限如何控制，不同的加铝工艺，上限有所不同， 如果铭加入到原铁液中，其上限不要超过0.35% ,提高原铁液中的铭量会 使铁液白口倾向和收缩倾向加大，非常有害。另一种加铭

12、的工艺不是提高原铁液铭,而是将铭加入到铁液包中，用 冲入法冲入，这种工艺会大大减少铁液的白口和收缩倾向，同前一种工艺 相比，同样的铝量，白口和收缩倾向会减少一半以上，这种加铭方式，铭 的上限可以控制到0.45%o铝：铝的特性与铝非常相似,不再作具体描述。由于铝的价格昂贵, 加铝会大幅度增加成本。因此，应尽可能少加铝,多加一些路。用冲入法加铭、加铝是减少合金化收缩的有效措施。铁液浇注温度对收缩的影响。温度高铁液收缩倾向大，这是大家都有的经验。要控制浇注温度在合 理的范围内是非常重要的，浇注温度如果高于工艺规定的合理的温度20 30 ,收缩倾向就会大幅增加。生产中要注意这样一种现象，没有自动保 温

13、功能的电炉，可能会使铁液温度升高，第一包铁液的浇注温度会低一些， 随后温度会越来越高，如果不加以控制，就有可能产生收缩废品。生产中 第一包铁液要烫包，烫好的包再用，而且第一包铁液浇注温度要控制在下 限，不要在上限，防止温度不断升高。电炉熔炼控制好浇注温度，是防止 铸件产生收缩废品的关键措施。铁液氧化倾向不容忽略：氧化大、收缩大。铁液氧化倾向大是非常有害的，也会增大收缩倾向。为了降低铁液氧 化，冲天炉熔炼就要实现快速熔炼。现在国外的先进电炉熔炼技术可以做 到加入的铁料在几分钟内快速熔化，大大缩短了铁料在高温氧化阶段的时 间，氧化倾向大幅降低，同时由于电炉增碳技术的应用，使铁液的氧化进 一步降低，所以电炉熔炼也可以生产出低氧化、低收缩的铁液。只要严格 控制好浇注温度，用电炉熔炼生产复杂的缸体、缸盖铸件也很有优势。