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(gao)強度低合金化孕育鑄鐵(tie)鑄鐵(tie)平(ping)板的成分設計，首(shou)先要(yao)考慮(lv)鐵(tie)液(ye)碳(tan)(tan)當(dang)(dang)量(liang)與冷卻(que)速(su)(su)度的影響作用(yong)。碳(tan)(tan)當(dang)(dang)量(liang)過(guo)高(gao)，鑄件厚壁(bi)處(chu)冷卻(que)速(su)(su)度緩慢，鑄件厚壁(bi)處(chu)易(yi)產生晶粒(li)粗大(da)、組(zu)織疏松，若(ruo)碳(tan)(tan)當(dang)(dang)量(liang)過(guo)低，鑄件薄壁(bi)處(chu)易(yi)形成硬點(dian)或局部硬區，導致切削性(xing)能(neng)變差。將(jiang)碳(tan)(tan)當(dang)(dang)量(liang)控制在3.95％～4.05％，即可(ke)保證材質的力(li)學(xue)性(xing)能(neng)，又(you)接近共晶點(dian)，其鐵(tie)液(ye)的凝(ning)固溫度范圍較窄，為鐵(tie)液(ye)實現(xian)“低溫”澆(jiao)注創造了條件；而(er)且(qie)有利(li)于(yu)削除平(ping)板鑄件的氣孔、縮孔缺陷。
其次(ci)要考慮合金元素的(de)(de)作用，鉻、銅元素在(zai)(zai)(zai)共(gong)(gong)晶轉(zhuan)變(bian)中，鉻阻礙石(shi)(shi)墨(mo)化(hua)，促(cu)成(cheng)碳(tan)化(hua)物、cujin白(bai)口；而銅則cujin石(shi)(shi)墨(mo)化(hua)作用，減少斷面白(bai)口。兩元素相互作用在(zai)(zai)(zai)一(yi)定程(cheng)度(du)上得到(dao)中和(he)，避免(mian)在(zai)(zai)(zai)共(gong)(gong)晶轉(zhuan)變(bian)中產生滲碳(tan)體(ti)而導致鑄(zhu)件薄(bo)壁(bi)處(chu)形成(cheng)白(bai)口或硬(ying)度(du)提高(gao)；而在(zai)(zai)(zai)共(gong)(gong)析轉(zhuan)變(bian)中，鉻和(he)銅都可以(yi)起到(dao)穩定和(he)細化(hua)珠(zhu)(zhu)光(guang)(guang)(guang)體(ti)的(de)(de)復合作用，但各(ge)(ge)自的(de)(de)作用又不盡相同(tong)。以(yi)恰當比例(li)配合，能 發揮兩者(zhe)各(ge)(ge)自的(de)(de)作用。在(zai)(zai)(zai)含wCr＝0.2％灰鑄(zhu)鐵中加入wCu＜2.0％，銅不僅cujin珠(zhu)(zhu)光(guang)(guang)(guang)體(ti)轉(zhuan)變(bian)，提高(gao)并穩定珠(zhu)(zhu)光(guang)(guang)(guang)體(ti)量(liang)和(he)細化(hua)珠(zhu)(zhu)光(guang)(guang)(guang)體(ti)，cujinA型(xing)石(shi)(shi)墨(mo)產生和(he)均化(hua)石(shi)(shi)墨(mo)形態；銅還(huan)能少許提高(gao)含量(liang)，wCr＞0.2％灰鑄(zhu)鐵的(de)(de)流動性(xing)，這(zhe)尤其對殼體(ti)薄(bo)壁(bi)累鑄(zhu)件有(you)利。復合加入鉻、銅可使(shi)鑄(zhu)鐵平板鑄(zhu)件致密(mi)性(xing)進(jin)一(yi)步(bu)提高(gao)。
2．嚴把原(yuan)輔料質量關
入廠原(yuan)輔(fu)材(cai)料(liao)須進行取(qu)樣(yang)分析，做到(dao)心中有數，不(bu)合格的(de)原(yuan)輔(fu)材(cai)料(liao)投入使用(yong)。要保證工作量的(de)原(yuan)鐵液，選(xuan)用(yong)高碳(tan)、低(di)磷、低(di)硫、低(di)干擾（生(sheng)(sheng)鐵供應商(shang)要有微量元(yuan)(yuan)素分析報告(gao)單）元(yuan)(yuan)素的(de)生(sheng)(sheng)鐵；選(xuan)用(yong)純凈的(de)中碳(tan)鋼，對其(qi)所含(han)成分Cr、mo、Sn、v、Ti、Ni、Cu等微量元(yuan)(yuan)素以化(hua)驗結果(guo)決定取(qu)舍(she)，對能穩定珠光(guang)體的(de)廢(fei)鋼成分優先選(xuan)用(yong)。生(sheng)(sheng)鐵和廢(fei)鋼經過除銹處理后方能允許(xu)使用(yong)，附(fu)著(zhu)油污的(de)要經250°烘烤。
對(dui)鐵(tie)合(he)金、孕育劑同樣采用定點采購(gou)，力求(qiu)成分穩定，塊度(du)(du)（粒(li)度(du)(du)）合(he)格。分類堆放，避(bi)免受(shou)潮。這樣的要求(qiu)避(bi)免了(le)鑄鐵(tie)爐料“遺(yi)傳性”帶來的缺陷。
（1）堅持把(ba)理論(lun)配(pei)(pei)料（配(pei)(pei)料計(ji)算）和實踐(jian)經驗相結合(he)。無(wu)論(lun)采取試算法還是圖解(jie)法，理論(lun)上(shang)(shang)計(ji)算的配(pei)(pei)料數據，不能確定為(wei)終配(pei)(pei)比(bi)，還要(yao)掌握中頻(pin)爐熔(rong)化(hua)過程中元素的變化(hua)規律。如果爐襯(chen)屬酸性材料，鐵液溫度＞1500℃，在Si的加入量上(shang)(shang)只能取下限，而碳取上(shang)(shang)線。
（2）掌握(wo)各(ge)種入爐(lu)金屬材(cai)料的(de)(de)化(hua)學成(cheng)(cheng)分(fen)和各(ge)元素(su)燒(shao)(shao)損與(yu)還原規律。對回爐(lu)鐵（澆冒口(kou)、報廢(fei)鑄件）的(de)(de)分(fen)類堆(dui)放、編號記載，提出成(cheng)(cheng)分(fen)明確的(de)(de)嚴(yan)格要求(qiu)。爐(lu)內(nei)(nei)還原的(de)(de)元素(su)在配(pei)料時減去，爐(lu)內(nei)(nei)燒(shao)(shao)損的(de)(de)元素(su)配(pei)料時補上。
（3）合金元(yuan)素以一(yi)次性配入(ru)為原則(ze)，除Si以外其它配料(liao)時(shi)取中限，合金（Mo、Cr、Cu、Sn等(deng)）可在(zai)熔清扒(ba)渣后(hou)加入(ru)，在(zai)酸性爐(lu)中燒損(sun)少(shao)。C、Si在(zai)扒(ba)渣及孕育時(shi)還可以補充。 感應爐(lu)熔煉(lian)鑄(zhu)件而言，遵循先(xian)增(zeng)碳(tan)后(hou)加硅的原則(ze)。
（4）對P、S含量(liang)(liang)的控(kong)制，P、S量(liang)(liang)主(zhu)要(yao)來源于xinsheng鐵，可(ke)以通過選擇爐料將P、S量(liang)(liang)控(kong)制在要(yao)求范圍內，所以要(yao)使xinsheng鐵的wP＜0.06％，wS＜0.04％，這(zhe)樣在配料計算時P、S量(liang)(liang) 可(ke)以不于考慮。（因(yin)鑄件的技術要(yao)求：wP≤0.06％，wS≤0.04％）。
（5）凡入(ru)爐(lu)的所有金屬材料均嚴格(ge)按照要求(qiu)準(zhun)確計(ji)量。
3．電爐熔煉鑄鐵平板的(de)控制
要根據(ju)中頻電爐(lu)的(de)冶金(jin) 性編制(zhi)合理的(de)熔煉工藝，從裝料。溫度(du)控(kong)制(zhi)及(ji)在各不同溫度(du)下加(jia)入合金(jin)、增碳(tan)劑、造渣劑以及(ji)出(chu)鐵溫度(du)各個環節嚴格控(kong)制(zhi)，力求用短的(de)熔煉時(shi)間、小的(de)合金(jin)燒損與氧化(hua)，達到(dao)控(kong)制(zhi)和穩定(ding)金(jin)相(xiang)組織，提高鑄件(jian)質量的(de)目的(de)。
在(zai)生產實踐(jian)中，我們將整個熔煉全過程(cheng)分為三(san)期(qi)(qi) 溫度(du)進行控制。這里所謂(wei)的三(san)期(qi)(qi)溫度(du)指：熔清溫度(du)、扒(ba)渣(zha)溫度(du)和出(chu)鐵溫度(du)。
熔清溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)：即(ji)取(qu)樣(yang)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)以前的熔化期，決定著合(he)金(jin)元(yuan)(yuan)素的吸收與(yu)化學(xue)(xue)(xue)成(cheng)分(fen)的平衡，因此要避(bi)免高(gao)溫(wen)(wen)(wen)熔化加料，避(bi)免搭(da)棚“結殼(ke)”。否則鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)處于(yu)沸騰或高(gao)溫(wen)(wen)(wen)狀態、碳(tan)元(yuan)(yuan)素燒損加劇，硅元(yuan)(yuan)素不斷在(zai)還原，鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)氧化加劇雜(za)質增加，按(an)工藝要求(qiu)熔化溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)控(kong)制在(zai)1365℃以下，取(qu)樣(yang)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)控(kong)制在(zai)（1420±10）℃。取(qu)樣(yang)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)低(di)了(le)存在(zai)鐵(tie)(tie)合(he)金(jin)未熔化完(wan)，取(qu)的試(shi)樣(yang)化學(xue)(xue)(xue)成(cheng)分(fen)勢無代表性;溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)過高(gao)，合(he)金(jin)燒損或還原，還會影響到(dao)練期的成(cheng)分(fen)調整(zheng)。取(qu)樣(yang)后應控(kong)制中頻爐(lu)功率(lv)。在(zai)爐(lu)前質量管理(li)儀對(dui)化學(xue)(xue)(xue)成(cheng)分(fen)顯示出結果(guo)后恰好進入到(dao)扒渣溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)。
扒渣(zha)溫(wen)(wen)度: 扒渣(zha)溫(wen)(wen)度是決定鐵(tie)(tie)液(ye)質量的(de)重要環(huan)節，因(yin)為(wei)它(ta)與成(cheng)分(fen)(fen)穩定、孕(yun)育處理的(de)效(xiao)果密切相關，并直接影響(xiang)到出鐵(tie)(tie)溫(wen)(wen)度的(de)控(kong)制。扒渣(zha)溫(wen)(wen)度過(guo)高加劇鐵(tie)(tie)液(ye)石墨晶核(he)燒損和(he)硅(gui)(gui)的(de)還原， 別對酸(suan)性爐襯，理論上鐵(tie)(tie)液(ye)含硅(gui)(gui)偏高后(hou)將(jiang)產(chan)生排碳(tan)作用，影響(xiang)按溫(wen)(wen)度系結晶，存在著產(chan)生反白(bai)口的(de)傾向；若溫(wen)(wen)度過(guo)低，鐵(tie)(tie)液(ye)長時(shi)(shi)間被裸露，碳(tan)、硅(gui)(gui)燒損嚴(yan)重。再次調整成(cheng)分(fen)(fen)時(shi)(shi)，不僅延長熔煉(lian)時(shi)(shi)間使(shi)鐵(tie)(tie)液(ye)過(guo)熱，而且易(yi)使(shi)成(cheng)分(fen)(fen)失控(kong)，zengda鐵(tie)(tie)液(ye)的(de)過(guo)冷度，使(shi)正(zheng)常(chang)結晶受到破壞。
出(chu)鐵(tie)(tie)(tie)溫(wen)度(du)(du)：為保(bao)證澆注(zhu)(zhu)和孕(yun)育的佳(jia)溫(wen)度(du)(du)，我(wo)們(men)一(yi)般控制在1520～1550℃。出(chu)鐵(tie)(tie)(tie)溫(wen)度(du)(du)的高(gao)(gao)和低(di)都會(hui)對鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)的結(jie)晶和孕(yun)育效(xiao)果(guo)(guo)帶來(lai)影(ying)響(xiang)，如果(guo)(guo)溫(wen)度(du)(du)過高(gao)(gao)（超(chao)過工藝規定溫(wen)度(du)(du)30℃以上(shang)），盡管爐(lu)(lu)前快速(su)分(fen)析(xi)C、Si也適中,但(dan)試澆三角試片白口(kou)shendu會(hui)過大或(huo)部位顯現麻口(kou)。出(chu)現此種情況即使采(cai)(cai)取(qu)措(cuo)(cuo)施(shi)向(xiang)爐(lu)(lu)內(nei)補加(jia)(jia)碳zengda孕(yun)育量(liang)(liang)，筆者的實(shi)踐經驗是效(xiao)果(guo)(guo)欠佳(jia)，且需在調低(di)中頻(pin)功率后，進(jin)行爐(lu)(lu)內(nei)降(jiang)溫(wen)處(chu)理(li)，即向(xiang)爐(lu)(lu)內(nei)加(jia)(jia)入鐵(tie)(tie)(tie)液總(zong)量(liang)(liang)10-15經過烘(hong)烤(kao)的xinsheng鐵(tie)(tie)(tie)，這樣試片斷口(kou)心(xin)部麻口(kou) 轉為灰口(kou)，的白口(kou)shendu變小。若持續高(gao)(gao)溫(wen)時(shi)間較長，采(cai)(cai)取(qu)如上(shang)方法后，仍須履行爐(lu)(lu)內(nei)補碳措(cuo)(cuo)施(shi)。出(chu)鐵(tie)(tie)(tie)溫(wen)度(du)(du)按澆注(zhu)(zhu)溫(wen)度(du)(du)控制，殼體類鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)件合適的澆注(zhu)(zhu)溫(wen)度(du)(du)為（1440±20）℃，能夠實(shi)現“高(gao)(gao)溫(wen)出(chu)鐵(tie)(tie)(tie)，適溫(wen)澆注(zhu)(zhu)”，嚴格掌(zhang)握和控制住當(dang)然好。因為出(chu)鐵(tie)(tie)(tie)溫(wen)度(du)(du)低(di)將導(dao)致澆注(zhu)(zhu)溫(wen)度(du)(du)低(di)于(yu)1380℃，既不利于(yu)脫硫、除(chu)氣，而且 別影(ying)響(xiang)孕(yun)育處(chu)理(li)效(xiao)果(guo)(guo)。隨著(zhu)溫(wen)度(du)(du)的降(jiang)低(di)，冷隔、輪廓不清晰等問題明顯增加(jia)(jia)。
4．鐵液的孕育處理
對(dui)生產鑄鐵平(ping)板用HT250進行孕育處(chu)理，賴以提(ti)高材質的(de)(de)耐磨性，使(shi)鑄件(jian)的(de)(de)組織(zhi)和性能得(de)以明顯(xian)gaishan， 提(ti)高各斷(duan)面(mian)(mian)上(shang)的(de)(de)硬度值，而且要在穩(wen)定厚斷(duan)面(mian)(mian)上(shang)的(de)(de)珠(zhu)光(guang)體(ti)量方面(mian)(mian)有(you)相同作(zuo)用，還可gaishan其壁厚的(de)(de)mingan性和鑄件(jian)在機(ji)械加工時良好的(de)(de)切削性能，尤其是(shi)對(dui)防止(zhi)殼體(ti)鑄件(jian)的(de)(de)疏松、滲漏(lou)有(you) 殊作(zuo)用。
孕(yun)育(yu)劑(ji)(ji)的(de)加(jia)入(ru)量(liang)依生(sheng)產平(ping)板(ban)鑄(zhu)件的(de)壁厚(hou)、化(hua)學成分和澆注(zhu)溫度等因素確定，以壁厚(hou)處(chu)不(bu)出現(xian)疏松(song)、滲漏，壁厚(hou)處(chu)不(bu)出現(xian)硬區為原(yuan)則。生(sheng)產實踐表明，Sr、Ba、Ca、Si-Fe孕(yun)育(yu)劑(ji)(ji)是(shi)提高強度灰鑄(zhu)鐵為理想的(de)孕(yun)育(yu)劑(ji)(ji)，此種孕(yun)育(yu)劑(ji)(ji)發(fa)揮(hui)鋇（Ba）的(de)kangshuai退能力(li)及提高A型石墨占(zhan)有率(lv)，鍶（Sr）的(de) 強xiaochu白口能力(li)，鈣（Ca）和硅（Si）所起的(de)輔助孕(yun)育(yu)和shentou作用。這(zhe)種強度組(zu)合的(de)孕(yun)育(yu)劑(ji)(ji)，是(shi)生(sheng)產高強度鑄(zhu)鐵孕(yun)育(yu)處(chu)理中較為理想的(de)選(xuan)擇。
孕(yun)育(yu)次(ci)數(shu)與(yu)孕(yun)育(yu)效果的關系，隨孕(yun)育(yu)次(ci)數(shu)增(zeng)加(jia)，鑄鐵內部石墨(mo)分(fen)布均勻程度gaishan，A型(xing)石墨(mo)占(zhan)有率和石墨(mo)長度區別(bie)較大，經兩次(ci)以上孕(yun)育(yu)的A型(xing)石墨(mo)占(zhan)有率高(gao)，分(fen)布均勻，長度適中。 重要的是多次(ci)孕(yun)育(yu)促使(shi)非自發晶核數(shu)量增(zeng)多，強(qiang)化了(le)基體，從(cong)而提高(gao)并穩定了(le)鑄鐵的強(qiang)度。
經隨流(liu)復合孕(yun)育(yu)(yu)處理，避免鐵液(ye)(ye)隨流(liu)孕(yun)育(yu)(yu)滯后于澆(jiao)注是控制孕(yun)育(yu)(yu)效果(guo)的(de)關鍵。孕(yun)育(yu)(yu)處理后的(de)鐵液(ye)(ye)應在限(xian)定時(shi)間(jian)內(nei)澆(jiao)注完畢，一般不超(chao)過8min，包內(nei)二次孕(yun)育(yu)(yu)3～5min孕(yun)育(yu)(yu)效果(guo)佳。
