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(hui)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。
高強度低合金(jin)化孕育鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)平(ping)板的(de)(de)成(cheng)分設計，首先要(yao)考慮鐵(tie)液(ye)(ye)碳當量(liang)與冷(leng)卻(que)速(su)(su)度的(de)(de)影(ying)響作用(yong)。碳當量(liang)過(guo)(guo)高，鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)厚壁處(chu)冷(leng)卻(que)速(su)(su)度緩慢，鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)厚壁處(chu)易產生晶(jing)(jing)粒粗大、組(zu)織(zhi)疏松，若碳當量(liang)過(guo)(guo)低，鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)薄壁處(chu)易形成(cheng)硬點或局部硬區(qu)，導致切削性能變差。將(jiang)碳當量(liang)控制在3.95％～4.05％，即可保證材質的(de)(de)力學性能，又接近(jin)共(gong)晶(jing)(jing)點，其(qi)鐵(tie)液(ye)(ye)的(de)(de)凝固溫度范圍較窄，為鐵(tie)液(ye)(ye)實現(xian)“低溫”澆注創造了條件(jian)(jian)；而且有利于削除平(ping)板鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)的(de)(de)氣孔(kong)、縮孔(kong)缺陷。
其次要考慮(lv)合金(jin)元(yuan)(yuan)(yuan)素的作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，鉻(ge)、銅(tong)(tong)元(yuan)(yuan)(yuan)素在(zai)(zai)共(gong)晶轉變(bian)中(zhong)，鉻(ge)阻礙石墨(mo)(mo)化(hua)，促成(cheng)碳化(hua)物、cujin白(bai)口；而銅(tong)(tong)則(ze)cujin石墨(mo)(mo)化(hua)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，減少(shao)斷面白(bai)口。兩(liang)元(yuan)(yuan)(yuan)素相互作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)在(zai)(zai)一(yi)定(ding)程(cheng)度上(shang)得到中(zhong)和，避免(mian)在(zai)(zai)共(gong)晶轉變(bian)中(zhong)產生(sheng)滲(shen)碳體(ti)(ti)而導致(zhi)鑄(zhu)件薄壁處(chu)形成(cheng)白(bai)口或硬(ying)度提(ti)高；而在(zai)(zai)共(gong)析(xi)轉變(bian)中(zhong)，鉻(ge)和銅(tong)(tong)都可以起(qi)到穩定(ding)和細化(hua)珠光(guang)體(ti)(ti)的復(fu)合作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，但各(ge)自(zi)的作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)又不(bu)盡相同。以恰當比例配合，能 發揮兩(liang)者各(ge)自(zi)的作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)。在(zai)(zai)含wCr＝0.2％灰(hui)鑄(zhu)鐵中(zhong)加入(ru)(ru)wCu＜2.0％，銅(tong)(tong)不(bu)僅cujin珠光(guang)體(ti)(ti)轉變(bian)，提(ti)高并(bing)穩定(ding)珠光(guang)體(ti)(ti)量和細化(hua)珠光(guang)體(ti)(ti)，cujinA型石墨(mo)(mo)產生(sheng)和均化(hua)石墨(mo)(mo)形態；銅(tong)(tong)還能少(shao)許提(ti)高含量，wCr＞0.2％灰(hui)鑄(zhu)鐵的流(liu)動(dong)性(xing)，這尤其對殼體(ti)(ti)薄壁累(lei)鑄(zhu)件有(you)利。復(fu)合加入(ru)(ru)鉻(ge)、銅(tong)(tong)可使(shi)鑄(zhu)鐵平板鑄(zhu)件致(zhi)密性(xing)進一(yi)步提(ti)高。
2．嚴把原輔料質量關(guan)
入廠原輔材料須進行取樣分析(xi)，做到心中有數(shu)，不合格的(de)(de)原輔材料投入使用(yong)。要保(bao)證(zheng)工作量(liang)(liang)的(de)(de)原鐵(tie)液，選(xuan)(xuan)用(yong)高碳、低磷、低硫、低干擾(rao)（生鐵(tie)供(gong)應商要有微(wei)量(liang)(liang)元(yuan)(yuan)(yuan)素分析(xi)報告單）元(yuan)(yuan)(yuan)素的(de)(de)生鐵(tie)；選(xuan)(xuan)用(yong)純凈的(de)(de)中碳鋼(gang)(gang)，對其所含成分Cr、mo、Sn、v、Ti、Ni、Cu等(deng)微(wei)量(liang)(liang)元(yuan)(yuan)(yuan)素以化驗結果決定取舍，對能穩定珠光(guang)體的(de)(de)廢鋼(gang)(gang)成分優先選(xuan)(xuan)用(yong)。生鐵(tie)和廢鋼(gang)(gang)經過(guo)除銹(xiu)處理后方能允許(xu)使用(yong)，附(fu)著油污的(de)(de)要經250°烘烤。
對鐵合(he)金、孕育劑同樣(yang)采用定(ding)點采購，力求成分穩定(ding)，塊度（粒度）合(he)格。分類(lei)堆放(fang)，避(bi)免受潮。這樣(yang)的要求避(bi)免了鑄鐵爐料“遺(yi)傳性”帶(dai)來的缺陷。
（1）堅持把理(li)論配料(liao)（配料(liao)計算(suan)）和(he)實踐經驗(yan)相結合(he)。無論采取(qu)(qu)試算(suan)法(fa)還(huan)是(shi)圖解法(fa)，理(li)論上(shang)計算(suan)的配料(liao)數據，不能(neng)確定為終配比，還(huan)要掌握中(zhong)頻爐熔化(hua)過程中(zhong)元素的變(bian)化(hua)規律。如果(guo)爐襯屬酸性材料(liao)，鐵液溫度＞1500℃，在Si的加入(ru)量上(shang)只(zhi)能(neng)取(qu)(qu)下(xia)限，而(er)碳取(qu)(qu)上(shang)線。
（2）掌握各種入爐(lu)金屬(shu)材料的化學成分(fen)和各元素(su)燒損與還原規律。對回爐(lu)鐵（澆冒口、報廢(fei)鑄(zhu)件(jian)）的分(fen)類堆(dui)放(fang)、編號(hao)記(ji)載(zai)，提出成分(fen)明確的嚴(yan)格要求。爐(lu)內(nei)(nei)還原的元素(su)在(zai)配料時減去，爐(lu)內(nei)(nei)燒損的元素(su)配料時補上。
（3）合金元素以(yi)(yi)一次性配(pei)入(ru)為(wei)原則(ze)，除Si以(yi)(yi)外其它配(pei)料時取中限，合金（Mo、Cr、Cu、Sn等(deng)）可(ke)在熔(rong)清扒(ba)渣(zha)后加入(ru)，在酸性爐中燒(shao)損少。C、Si在扒(ba)渣(zha)及孕(yun)育時還可(ke)以(yi)(yi)補充。 感應爐熔(rong)煉鑄件(jian)而言，遵循先增碳后加硅的原則(ze)。
（4）對(dui)P、S含(han)量的控制(zhi)(zhi)，P、S量主要來源(yuan)于xinsheng鐵(tie)，可(ke)以通過(guo)選擇爐料將P、S量控制(zhi)(zhi)在(zai)要求范圍內(nei)，所以要使xinsheng鐵(tie)的wP＜0.06％，wS＜0.04％，這(zhe)樣在(zai)配料計算時P、S量 可(ke)以不于考(kao)慮。（因鑄件的技術要求：wP≤0.06％，wS≤0.04％）。
（5）凡入(ru)爐的所有金屬材(cai)料均嚴(yan)格按照要(yao)求準確(que)計量。
3．電爐熔煉鑄鐵平(ping)板的控制
要根據(ju)中頻電爐的(de)(de)(de)冶金(jin) 性編制(zhi)(zhi)合理的(de)(de)(de)熔煉工(gong)藝(yi)，從裝料。溫(wen)(wen)度(du)控(kong)制(zhi)(zhi)及在各不(bu)同溫(wen)(wen)度(du)下加入合金(jin)、增碳劑、造渣(zha)劑以及出(chu)鐵溫(wen)(wen)度(du)各個(ge)環(huan)節(jie)嚴格(ge)控(kong)制(zhi)(zhi)，力求用短的(de)(de)(de)熔煉時間、小的(de)(de)(de)合金(jin)燒損與氧(yang)化(hua)，達到(dao)控(kong)制(zhi)(zhi)和穩定(ding)金(jin)相組織，提高鑄件質量(liang)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。
在生產實踐中，我們將整個熔(rong)煉全過程分為三期(qi)(qi) 溫(wen)(wen)(wen)度(du)進(jin)行控制。這里所謂的三期(qi)(qi)溫(wen)(wen)(wen)度(du)指(zhi)：熔(rong)清溫(wen)(wen)(wen)度(du)、扒渣溫(wen)(wen)(wen)度(du)和出鐵溫(wen)(wen)(wen)度(du)。
熔清溫(wen)(wen)(wen)(wen)度：即取(qu)(qu)(qu)樣溫(wen)(wen)(wen)(wen)度以前的(de)(de)熔化(hua)(hua)期(qi)，決(jue)定著合金元素(su)的(de)(de)吸收與化(hua)(hua)學(xue)成(cheng)分(fen)(fen)的(de)(de)平衡(heng)，因此要(yao)避免高溫(wen)(wen)(wen)(wen)熔化(hua)(hua)加(jia)(jia)料，避免搭棚“結(jie)殼”。否則鐵液(ye)處(chu)于沸騰或高溫(wen)(wen)(wen)(wen)狀(zhuang)態、碳元素(su)燒損加(jia)(jia)劇(ju)，硅元素(su)不斷在(zai)還(huan)(huan)原，鐵液(ye)氧化(hua)(hua)加(jia)(jia)劇(ju)雜質增(zeng)加(jia)(jia)，按(an)工(gong)藝要(yao)求熔化(hua)(hua)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度控(kong)制在(zai)1365℃以下，取(qu)(qu)(qu)樣溫(wen)(wen)(wen)(wen)度控(kong)制在(zai)（1420±10）℃。取(qu)(qu)(qu)樣溫(wen)(wen)(wen)(wen)度低了(le)存在(zai)鐵合金未(wei)熔化(hua)(hua)完(wan)，取(qu)(qu)(qu)的(de)(de)試樣化(hua)(hua)學(xue)成(cheng)分(fen)(fen)勢無代表性;溫(wen)(wen)(wen)(wen)度過高，合金燒損或還(huan)(huan)原，還(huan)(huan)會影響到練期(qi)的(de)(de)成(cheng)分(fen)(fen)調整。取(qu)(qu)(qu)樣后應控(kong)制中頻(pin)爐功率。在(zai)爐前質量管理儀對(dui)化(hua)(hua)學(xue)成(cheng)分(fen)(fen)顯示出結(jie)果后恰(qia)好進入到扒渣溫(wen)(wen)(wen)(wen)度。
扒渣(zha)(zha)溫(wen)度(du)(du): 扒渣(zha)(zha)溫(wen)度(du)(du)是決(jue)定鐵(tie)液(ye)質(zhi)量的(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)環節，因為它與成分穩定、孕育(yu)處理的(de)(de)(de)效果密切相關，并直接(jie)影(ying)響到出鐵(tie)溫(wen)度(du)(du)的(de)(de)(de)控制。扒渣(zha)(zha)溫(wen)度(du)(du)過高(gao)(gao)加劇鐵(tie)液(ye)石(shi)墨晶核燒損和硅(gui)的(de)(de)(de)還原， 別對酸(suan)性爐襯，理論上鐵(tie)液(ye)含硅(gui)偏高(gao)(gao)后將產(chan)生排碳作用，影(ying)響按溫(wen)度(du)(du)系結(jie)晶，存在著產(chan)生反(fan)白口的(de)(de)(de)傾向(xiang)；若溫(wen)度(du)(du)過低，鐵(tie)液(ye)長時(shi)間被裸露，碳、硅(gui)燒損嚴重(zhong)。再次(ci)調整成分時(shi)，不僅延長熔煉時(shi)間使鐵(tie)液(ye)過熱，而且易使成分失控，zengda鐵(tie)液(ye)的(de)(de)(de)過冷(leng)度(du)(du)，使正常結(jie)晶受(shou)到破壞。
出鐵(tie)溫(wen)度(du)(du)(du)：為(wei)保證澆(jiao)(jiao)注(zhu)和(he)孕(yun)(yun)育(yu)的(de)佳(jia)溫(wen)度(du)(du)(du)，我們(men)一般控制(zhi)在1520～1550℃。出鐵(tie)溫(wen)度(du)(du)(du)的(de)高(gao)(gao)(gao)和(he)低都會對鑄鐵(tie)的(de)結晶(jing)和(he)孕(yun)(yun)育(yu)效(xiao)果(guo)帶來影(ying)響(xiang)，如(ru)果(guo)溫(wen)度(du)(du)(du)過(guo)高(gao)(gao)(gao)（超過(guo)工藝規定(ding)溫(wen)度(du)(du)(du)30℃以上），盡管爐(lu)前快速分析C、Si也適中,但試(shi)(shi)澆(jiao)(jiao)三角(jiao)試(shi)(shi)片白口shendu會過(guo)大或部位(wei)顯現麻口。出現此(ci)種情況即使采(cai)取措施向爐(lu)內(nei)(nei)補加碳(tan)(tan)zengda孕(yun)(yun)育(yu)量，筆者的(de)實踐經驗是效(xiao)果(guo)欠佳(jia)，且需在調低中頻功(gong)率后，進行爐(lu)內(nei)(nei)降(jiang)溫(wen)處(chu)理(li)(li)，即向爐(lu)內(nei)(nei)加入鐵(tie)液總量10-15經過(guo)烘(hong)烤的(de)xinsheng鐵(tie)，這樣試(shi)(shi)片斷口心部麻口 轉為(wei)灰口，的(de)白口shendu變小。若持續高(gao)(gao)(gao)溫(wen)時間(jian)較長，采(cai)取如(ru)上方(fang)法后，仍須履(lv)行爐(lu)內(nei)(nei)補碳(tan)(tan)措施。出鐵(tie)溫(wen)度(du)(du)(du)按(an)澆(jiao)(jiao)注(zhu)溫(wen)度(du)(du)(du)控制(zhi)，殼體類鑄鐵(tie)件(jian)合適的(de)澆(jiao)(jiao)注(zhu)溫(wen)度(du)(du)(du)為(wei)（1440±20）℃，能夠實現“高(gao)(gao)(gao)溫(wen)出鐵(tie)，適溫(wen)澆(jiao)(jiao)注(zhu)”，嚴格掌握(wo)和(he)控制(zhi)住當然好。因為(wei)出鐵(tie)溫(wen)度(du)(du)(du)低將(jiang)導致澆(jiao)(jiao)注(zhu)溫(wen)度(du)(du)(du)低于1380℃，既不(bu)利于脫(tuo)硫(liu)、除氣，而(er)且 別(bie)影(ying)響(xiang)孕(yun)(yun)育(yu)處(chu)理(li)(li)效(xiao)果(guo)。隨(sui)著溫(wen)度(du)(du)(du)的(de)降(jiang)低，冷(leng)隔、輪廓不(bu)清晰等問題(ti)明顯增(zeng)加。
4．鐵液(ye)的孕育(yu)處理(li)
對(dui)生產鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)平板用(yong)HT250進行孕(yun)育(yu)處(chu)理，賴(lai)以提(ti)高材質的(de)耐(nai)磨性，使鑄(zhu)(zhu)件(jian)的(de)組織(zhi)和性能(neng)(neng)得以明顯gaishan， 提(ti)高各斷面(mian)(mian)上(shang)的(de)硬度值，而且要(yao)在(zai)穩定厚斷面(mian)(mian)上(shang)的(de)珠光體量方(fang)面(mian)(mian)有相(xiang)同作用(yong)，還可gaishan其壁厚的(de)mingan性和鑄(zhu)(zhu)件(jian)在(zai)機械加工時(shi)良好的(de)切(qie)削性能(neng)(neng)，尤(you)其是對(dui)防止殼體鑄(zhu)(zhu)件(jian)的(de)疏松、滲漏有 殊作用(yong)。
孕(yun)育(yu)(yu)劑的(de)加入(ru)量依(yi)生(sheng)產(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(chu)不出現(xian)疏松、滲漏，壁厚(hou)處(chu)不出現(xian)硬區為(wei)原則。生(sheng)產(chan)實踐表明，Sr、Ba、Ca、Si-Fe孕(yun)育(yu)(yu)劑是提(ti)高強(qiang)(qiang)度(du)(du)灰鑄(zhu)鐵為(wei)理(li)想(xiang)的(de)孕(yun)育(yu)(yu)劑，此種孕(yun)育(yu)(yu)劑發(fa)揮鋇（Ba）的(de)kangshuai退(tui)能力及(ji)提(ti)高A型石墨占有率，鍶（Sr）的(de) 強(qiang)(qiang)xiaochu白口(kou)能力，鈣(gai)（Ca）和(he)(he)硅（Si）所起的(de)輔助孕(yun)育(yu)(yu)和(he)(he)shentou作用。這(zhe)種強(qiang)(qiang)度(du)(du)組合(he)的(de)孕(yun)育(yu)(yu)劑，是生(sheng)產(chan)高強(qiang)(qiang)度(du)(du)鑄(zhu)鐵孕(yun)育(yu)(yu)處(chu)理(li)中較為(wei)理(li)想(xiang)的(de)選(xuan)擇(ze)。
孕(yun)育(yu)(yu)次(ci)數(shu)(shu)與孕(yun)育(yu)(yu)效果的關系，隨孕(yun)育(yu)(yu)次(ci)數(shu)(shu)增加，鑄(zhu)鐵(tie)內部石(shi)墨(mo)分布(bu)均(jun)勻程度gaishan，A型石(shi)墨(mo)占(zhan)有率和石(shi)墨(mo)長度區別較大，經兩次(ci)以(yi)上(shang)孕(yun)育(yu)(yu)的A型石(shi)墨(mo)占(zhan)有率高(gao)，分布(bu)均(jun)勻，長度適中。 重要的是多次(ci)孕(yun)育(yu)(yu)促使(shi)非(fei)自發(fa)晶(jing)核數(shu)(shu)量增多，強(qiang)(qiang)化了基體(ti)，從而提(ti)高(gao)并穩(wen)定了鑄(zhu)鐵(tie)的強(qiang)(qiang)度。
經隨流復合孕(yun)(yun)(yun)育(yu)(yu)處理，避免鐵(tie)(tie)液(ye)隨流孕(yun)(yun)(yun)育(yu)(yu)滯后于(yu)澆注(zhu)是控制孕(yun)(yun)(yun)育(yu)(yu)效果的關鍵(jian)。孕(yun)(yun)(yun)育(yu)(yu)處理后的鐵(tie)(tie)液(ye)應在限定時(shi)間內(nei)澆注(zhu)完畢，一(yi)般不超過8min，包內(nei)二(er)次孕(yun)(yun)(yun)育(yu)(yu)3～5min孕(yun)(yun)(yun)育(yu)(yu)效果佳。
