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)度合金灰(hui)鑄(zhu)鐵成分的設計
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(du)(du)低(di)合金化(hua)孕育鑄(zhu)鐵(tie)(tie)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)平(ping)板的(de)(de)成(cheng)分設計，首先(xian)要考(kao)慮鐵(tie)(tie)液碳(tan)當量(liang)與冷卻(que)(que)速(su)度(du)(du)的(de)(de)影(ying)響作用。碳(tan)當量(liang)過(guo)高，鑄(zhu)件(jian)厚壁(bi)處(chu)冷卻(que)(que)速(su)度(du)(du)緩慢，鑄(zhu)件(jian)厚壁(bi)處(chu)易(yi)產(chan)生晶粒粗(cu)大、組織疏(shu)松，若碳(tan)當量(liang)過(guo)低(di)，鑄(zhu)件(jian)薄壁(bi)處(chu)易(yi)形成(cheng)硬點(dian)(dian)或局(ju)部硬區(qu)，導(dao)致切削性(xing)能(neng)變差。將碳(tan)當量(liang)控制在3.95％～4.05％，即可保證材質的(de)(de)力(li)學性(xing)能(neng)，又接近(jin)共晶點(dian)(dian)，其鐵(tie)(tie)液的(de)(de)凝固溫度(du)(du)范圍較(jiao)窄，為鐵(tie)(tie)液實現“低(di)溫”澆注創造了條件(jian)；而且有利于削除平(ping)板鑄(zhu)件(jian)的(de)(de)氣孔、縮孔缺陷。
其(qi)次要(yao)考(kao)慮(lv)合(he)金(jin)元(yuan)素(su)的作(zuo)(zuo)用，鉻、銅元(yuan)素(su)在(zai)共晶轉(zhuan)變中，鉻阻礙石墨化，促成(cheng)(cheng)碳化物(wu)、cujin白(bai)口；而銅則cujin石墨化作(zuo)(zuo)用，減少斷面(mian)白(bai)口。兩(liang)元(yuan)素(su)相互(hu)作(zuo)(zuo)用在(zai)一定(ding)程度(du)上得到中和，避免在(zai)共晶轉(zhuan)變中產(chan)生(sheng)滲碳體而導(dao)致鑄件(jian)薄壁處(chu)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)白(bai)口或(huo)硬(ying)度(du)提高(gao)；而在(zai)共析轉(zhuan)變中，鉻和銅都可(ke)(ke)以起到穩(wen)定(ding)和細(xi)化珠(zhu)光(guang)體的復合(he)作(zuo)(zuo)用，但各(ge)自的作(zuo)(zuo)用又(you)不盡相同。以恰當(dang)比例配合(he)，能(neng) 發揮(hui)兩(liang)者(zhe)各(ge)自的作(zuo)(zuo)用。在(zai)含(han)wCr＝0.2％灰鑄鐵中加入wCu＜2.0％，銅不僅cujin珠(zhu)光(guang)體轉(zhuan)變，提高(gao)并(bing)穩(wen)定(ding)珠(zhu)光(guang)體量(liang)和細(xi)化珠(zhu)光(guang)體，cujinA型(xing)石墨產(chan)生(sheng)和均化石墨形(xing)(xing)態；銅還能(neng)少許提高(gao)含(han)量(liang)，wCr＞0.2％灰鑄鐵的流動性(xing)，這尤其(qi)對(dui)殼體薄壁累鑄件(jian)有利(li)。復合(he)加入鉻、銅可(ke)(ke)使鑄鐵平板鑄件(jian)致密性(xing)進一步提高(gao)。
2．嚴把(ba)原輔料質(zhi)量關
入廠原輔材(cai)料須進行取(qu)樣分(fen)析(xi)，做到心(xin)中有(you)數，不合(he)格的原輔材(cai)料投入使用(yong)。要(yao)保(bao)證(zheng)工作量(liang)(liang)的原鐵(tie)(tie)液，選用(yong)高(gao)碳、低磷、低硫、低干擾（生(sheng)鐵(tie)(tie)供應商要(yao)有(you)微量(liang)(liang)元(yuan)(yuan)素分(fen)析(xi)報告(gao)單）元(yuan)(yuan)素的生(sheng)鐵(tie)(tie)；選用(yong)純(chun)凈的中碳鋼，對其所含(han)成分(fen)Cr、mo、Sn、v、Ti、Ni、Cu等微量(liang)(liang)元(yuan)(yuan)素以化驗結果(guo)決定取(qu)舍，對能穩定珠(zhu)光(guang)體的廢(fei)鋼成分(fen)優先選用(yong)。生(sheng)鐵(tie)(tie)和廢(fei)鋼經(jing)過除銹處(chu)理后(hou)方能允許(xu)使用(yong)，附(fu)著油污的要(yao)經(jing)250°烘烤(kao)。
對鐵(tie)合金、孕(yun)育劑(ji)同樣采(cai)用(yong)定點(dian)采(cai)購(gou)，力求(qiu)成分穩定，塊度（粒度）合格。分類堆(dui)放，避免(mian)受(shou)潮。這樣的要(yao)求(qiu)避免(mian)了鑄(zhu)鐵(tie)爐(lu)料“遺傳性”帶來(lai)的缺(que)陷。
（1）堅(jian)持把理(li)論(lun)配(pei)料（配(pei)料計算(suan)）和實(shi)踐經驗(yan)相結合。無(wu)論(lun)采取試算(suan)法還是圖解法，理(li)論(lun)上計算(suan)的(de)配(pei)料數據，不能確定(ding)為終配(pei)比，還要掌握中頻爐熔化(hua)過(guo)程中元素的(de)變化(hua)規律。如(ru)果爐襯屬(shu)酸性材料，鐵液(ye)溫度＞1500℃，在(zai)Si的(de)加入量(liang)上只能取下限，而碳取上線。
（2）掌握(wo)各(ge)種入爐(lu)金屬材料的(de)化(hua)學成分(fen)和各(ge)元素燒損(sun)與還原(yuan)規律。對回(hui)爐(lu)鐵（澆冒口、報廢(fei)鑄件）的(de)分(fen)類堆放(fang)、編號記載(zai)，提出(chu)成分(fen)明確的(de)嚴格要求。爐(lu)內還原(yuan)的(de)元素在(zai)配料時減(jian)去，爐(lu)內燒損(sun)的(de)元素配料時補上。
（3）合(he)金元素以(yi)一次(ci)性(xing)配(pei)入為原(yuan)則(ze)，除Si以(yi)外其它配(pei)料時取中限，合(he)金（Mo、Cr、Cu、Sn等）可(ke)在熔清(qing)扒(ba)渣后加(jia)入，在酸性(xing)爐中燒(shao)損少(shao)。C、Si在扒(ba)渣及孕育時還可(ke)以(yi)補充。 感應爐熔煉鑄件而言，遵循先增碳(tan)后加(jia)硅的原(yuan)則(ze)。
（4）對P、S含量的控制(zhi)，P、S量主要來源(yuan)于(yu)xinsheng鐵(tie)，可以(yi)通過選(xuan)擇爐料(liao)將P、S量控制(zhi)在要求范圍內(nei)，所以(yi)要使xinsheng鐵(tie)的wP＜0.06％，wS＜0.04％，這樣在配料(liao)計算時(shi)P、S量 可以(yi)不于(yu)考慮。（因鑄件的技術(shu)要求：wP≤0.06％，wS≤0.04％）。
（5）凡入爐(lu)的所有金屬材料均嚴格按照要求準(zhun)確(que)計量(liang)。
3．電爐熔(rong)煉鑄鐵平(ping)板的控制
要根據中頻電爐(lu)的(de)(de)冶金(jin)(jin) 性編(bian)制合(he)理(li)的(de)(de)熔煉(lian)(lian)工藝，從裝料(liao)。溫(wen)度控(kong)制及(ji)在各不同溫(wen)度下加(jia)入合(he)金(jin)(jin)、增(zeng)碳(tan)劑、造渣劑以及(ji)出鐵溫(wen)度各個環節嚴格(ge)控(kong)制，力求用短的(de)(de)熔煉(lian)(lian)時間、小(xiao)的(de)(de)合(he)金(jin)(jin)燒損與氧化，達到(dao)控(kong)制和穩定金(jin)(jin)相組織，提高(gao)鑄件質量的(de)(de)目的(de)(de)。
在生產實踐中(zhong)，我們將整(zheng)個(ge)熔煉全過(guo)程分為(wei)三(san)期(qi) 溫度(du)進行(xing)控制(zhi)。這(zhe)里(li)所謂的三(san)期(qi)溫度(du)指(zhi)：熔清溫度(du)、扒渣溫度(du)和出鐵溫度(du)。
熔(rong)(rong)清溫(wen)(wen)度(du)(du)：即取樣(yang)溫(wen)(wen)度(du)(du)以前的(de)(de)熔(rong)(rong)化(hua)(hua)(hua)期，決定著合金元(yuan)(yuan)素的(de)(de)吸收(shou)與化(hua)(hua)(hua)學成(cheng)分的(de)(de)平衡，因此要避免(mian)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)熔(rong)(rong)化(hua)(hua)(hua)加(jia)(jia)料，避免(mian)搭棚“結殼(ke)”。否(fou)則鐵(tie)液處于沸騰或(huo)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)狀(zhuang)態、碳元(yuan)(yuan)素燒(shao)(shao)損(sun)加(jia)(jia)劇，硅元(yuan)(yuan)素不(bu)斷在還原，鐵(tie)液氧化(hua)(hua)(hua)加(jia)(jia)劇雜質(zhi)增(zeng)加(jia)(jia)，按工(gong)藝要求(qiu)熔(rong)(rong)化(hua)(hua)(hua)溫(wen)(wen)度(du)(du)控制(zhi)(zhi)在1365℃以下(xia)，取樣(yang)溫(wen)(wen)度(du)(du)控制(zhi)(zhi)在（1420±10）℃。取樣(yang)溫(wen)(wen)度(du)(du)低了(le)存(cun)在鐵(tie)合金未熔(rong)(rong)化(hua)(hua)(hua)完，取的(de)(de)試樣(yang)化(hua)(hua)(hua)學成(cheng)分勢無代表性;溫(wen)(wen)度(du)(du)過(guo)高(gao)(gao)，合金燒(shao)(shao)損(sun)或(huo)還原，還會影響到練期的(de)(de)成(cheng)分調整。取樣(yang)后應控制(zhi)(zhi)中(zhong)頻爐(lu)(lu)功率(lv)。在爐(lu)(lu)前質(zhi)量管理(li)儀對化(hua)(hua)(hua)學成(cheng)分顯示出結果(guo)后恰好進入到扒渣溫(wen)(wen)度(du)(du)。
扒渣(zha)溫度: 扒渣(zha)溫度是決定(ding)鐵(tie)液(ye)質量(liang)的(de)(de)重(zhong)要(yao)環節，因為它與成分(fen)(fen)穩定(ding)、孕育處理的(de)(de)效果密切相關，并(bing)直(zhi)接影響到(dao)出鐵(tie)溫度的(de)(de)控制。扒渣(zha)溫度過高(gao)加劇(ju)鐵(tie)液(ye)石墨晶核燒(shao)損和硅的(de)(de)還原， 別對酸性爐襯，理論(lun)上鐵(tie)液(ye)含硅偏高(gao)后將(jiang)產生(sheng)排(pai)碳作用，影響按溫度系結晶，存在著產生(sheng)反白口的(de)(de)傾向；若(ruo)溫度過低，鐵(tie)液(ye)長時間被裸露，碳、硅燒(shao)損嚴重(zhong)。再次調(diao)整成分(fen)(fen)時，不僅延長熔煉時間使鐵(tie)液(ye)過熱，而且易(yi)使成分(fen)(fen)失控，zengda鐵(tie)液(ye)的(de)(de)過冷度，使正常(chang)結晶受到(dao)破壞(huai)。
出(chu)鐵(tie)溫(wen)度(du)(du)：為(wei)(wei)保證(zheng)澆(jiao)注(zhu)和(he)孕(yun)(yun)育(yu)的(de)佳(jia)溫(wen)度(du)(du)，我們一般控(kong)制在1520～1550℃。出(chu)鐵(tie)溫(wen)度(du)(du)的(de)高(gao)和(he)低(di)(di)都(dou)會(hui)對鑄(zhu)鐵(tie)的(de)結晶和(he)孕(yun)(yun)育(yu)效果(guo)帶來影(ying)響，如果(guo)溫(wen)度(du)(du)過高(gao)（超過工藝規定溫(wen)度(du)(du)30℃以上(shang)），盡(jin)管爐(lu)前(qian)快速分析C、Si也適(shi)(shi)中,但試澆(jiao)三(san)角試片白口shendu會(hui)過大或部位顯現麻口。出(chu)現此種情況即(ji)使采取措(cuo)施向(xiang)爐(lu)內補加(jia)碳(tan)zengda孕(yun)(yun)育(yu)量(liang)，筆者的(de)實踐經驗是效果(guo)欠佳(jia)，且需在調低(di)(di)中頻功率(lv)后，進(jin)行爐(lu)內降(jiang)溫(wen)處(chu)理，即(ji)向(xiang)爐(lu)內加(jia)入鐵(tie)液總量(liang)10-15經過烘(hong)烤的(de)xinsheng鐵(tie)，這樣試片斷口心部麻口 轉為(wei)(wei)灰口，的(de)白口shendu變小。若持續高(gao)溫(wen)時間(jian)較長，采取如上(shang)方(fang)法后，仍須履(lv)行爐(lu)內補碳(tan)措(cuo)施。出(chu)鐵(tie)溫(wen)度(du)(du)按澆(jiao)注(zhu)溫(wen)度(du)(du)控(kong)制，殼(ke)體類(lei)鑄(zhu)鐵(tie)件(jian)合適(shi)(shi)的(de)澆(jiao)注(zhu)溫(wen)度(du)(du)為(wei)(wei)（1440±20）℃，能夠實現“高(gao)溫(wen)出(chu)鐵(tie)，適(shi)(shi)溫(wen)澆(jiao)注(zhu)”，嚴(yan)格(ge)掌握(wo)和(he)控(kong)制住(zhu)當然好。因(yin)為(wei)(wei)出(chu)鐵(tie)溫(wen)度(du)(du)低(di)(di)將導致(zhi)澆(jiao)注(zhu)溫(wen)度(du)(du)低(di)(di)于(yu)(yu)1380℃，既不(bu)(bu)利于(yu)(yu)脫硫(liu)、除氣，而且 別(bie)影(ying)響孕(yun)(yun)育(yu)處(chu)理效果(guo)。隨著溫(wen)度(du)(du)的(de)降(jiang)低(di)(di)，冷隔、輪廓(kuo)不(bu)(bu)清晰等問題明(ming)顯增(zeng)加(jia)。
4．鐵(tie)液的孕育處(chu)理
對生產鑄(zhu)(zhu)鐵平板(ban)用HT250進行孕育(yu)處理，賴(lai)以提(ti)高材質的耐(nai)磨性，使鑄(zhu)(zhu)件的組(zu)織和性能(neng)(neng)得以明顯gaishan， 提(ti)高各斷面(mian)(mian)上的硬度(du)值，而且要在(zai)穩定厚斷面(mian)(mian)上的珠(zhu)光體量方(fang)面(mian)(mian)有相同(tong)作(zuo)用，還可gaishan其(qi)壁厚的mingan性和鑄(zhu)(zhu)件在(zai)機械(xie)加工時(shi)良好的切削(xue)性能(neng)(neng)，尤其(qi)是對防止殼體鑄(zhu)(zhu)件的疏松、滲(shen)漏有 殊(shu)作(zuo)用。
孕(yun)育(yu)劑的(de)(de)加入量依生產平板鑄(zhu)(zhu)件的(de)(de)壁厚、化學成分和澆注溫度等因(yin)素確定，以壁厚處(chu)不出現疏松(song)、滲漏(lou)，壁厚處(chu)不出現硬區為(wei)原則。生產實踐表(biao)明(ming)，Sr、Ba、Ca、Si-Fe孕(yun)育(yu)劑是提高強(qiang)(qiang)度灰鑄(zhu)(zhu)鐵為(wei)理想(xiang)的(de)(de)孕(yun)育(yu)劑，此種孕(yun)育(yu)劑發揮鋇（Ba）的(de)(de)kangshuai退能力及提高A型(xing)石墨占(zhan)有(you)率，鍶（Sr）的(de)(de) 強(qiang)(qiang)xiaochu白口能力，鈣（Ca）和硅（Si）所起的(de)(de)輔助孕(yun)育(yu)和shentou作用。這(zhe)種強(qiang)(qiang)度組(zu)合的(de)(de)孕(yun)育(yu)劑，是生產高強(qiang)(qiang)度鑄(zhu)(zhu)鐵孕(yun)育(yu)處(chu)理中較(jiao)為(wei)理想(xiang)的(de)(de)選擇。
孕(yun)(yun)(yun)育(yu)次數與孕(yun)(yun)(yun)育(yu)效果的(de)關系(xi)，隨孕(yun)(yun)(yun)育(yu)次數增加，鑄鐵內部石(shi)(shi)墨(mo)分(fen)布(bu)均勻程度(du)(du)(du)gaishan，A型石(shi)(shi)墨(mo)占有(you)(you)率(lv)和石(shi)(shi)墨(mo)長度(du)(du)(du)區別較(jiao)大，經兩次以上孕(yun)(yun)(yun)育(yu)的(de)A型石(shi)(shi)墨(mo)占有(you)(you)率(lv)高(gao)，分(fen)布(bu)均勻，長度(du)(du)(du)適中(zhong)。 重要的(de)是多次孕(yun)(yun)(yun)育(yu)促使非自發晶(jing)核數量增多，強(qiang)化了基體，從而(er)提(ti)高(gao)并(bing)穩定了鑄鐵的(de)強(qiang)度(du)(du)(du)。
經(jing)隨(sui)流(liu)復合(he)孕育(yu)處理，避免鐵液隨(sui)流(liu)孕育(yu)滯后(hou)于澆(jiao)注是控制孕育(yu)效果的關鍵。孕育(yu)處理后(hou)的鐵液應(ying)在限定時間(jian)內澆(jiao)注完畢，一般(ban)不(bu)超過8min，包內二次孕育(yu)3～5min孕育(yu)效果佳。
