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(zhu)鐵(tie)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)低(di)合金化(hua)孕育鑄(zhu)鐵(tie)鑄(zhu)鐵(tie)平板的(de)(de)成(cheng)分設計，首先要考慮鐵(tie)液碳(tan)當(dang)量與冷卻(que)速(su)(su)度(du)的(de)(de)影響作用(yong)。碳(tan)當(dang)量過高，鑄(zhu)件厚壁處冷卻(que)速(su)(su)度(du)緩慢，鑄(zhu)件厚壁處易產生晶(jing)粒(li)粗大、組織疏松，若碳(tan)當(dang)量過低(di)，鑄(zhu)件薄壁處易形(xing)成(cheng)硬點或(huo)局部(bu)硬區，導(dao)致(zhi)切(qie)削性(xing)能(neng)變差。將(jiang)碳(tan)當(dang)量控制在3.95％～4.05％，即可保(bao)證材質(zhi)的(de)(de)力(li)學性(xing)能(neng)，又接近共晶(jing)點，其鐵(tie)液的(de)(de)凝固溫(wen)度(du)范圍較窄，為鐵(tie)液實現“低(di)溫(wen)”澆注創造了條件；而且有利于削除(chu)平板鑄(zhu)件的(de)(de)氣(qi)孔(kong)、縮孔(kong)缺陷。
其(qi)次要考慮合金元(yuan)(yuan)素的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)，鉻、銅(tong)(tong)(tong)元(yuan)(yuan)素在(zai)共(gong)(gong)晶(jing)轉變(bian)中，鉻阻礙石墨(mo)化(hua)，促(cu)成碳(tan)化(hua)物、cujin白(bai)口；而銅(tong)(tong)(tong)則(ze)cujin石墨(mo)化(hua)作(zuo)(zuo)用(yong)，減少斷面白(bai)口。兩(liang)元(yuan)(yuan)素相(xiang)互作(zuo)(zuo)用(yong)在(zai)一定程(cheng)度上得(de)到中和(he)，避(bi)免在(zai)共(gong)(gong)晶(jing)轉變(bian)中產(chan)生滲碳(tan)體(ti)而導致(zhi)鑄件(jian)薄壁(bi)處形成白(bai)口或(huo)硬度提(ti)(ti)高(gao)；而在(zai)共(gong)(gong)析轉變(bian)中，鉻和(he)銅(tong)(tong)(tong)都可以起到穩(wen)定和(he)細(xi)化(hua)珠(zhu)(zhu)光(guang)體(ti)的(de)(de)(de)復(fu)合作(zuo)(zuo)用(yong)，但各自(zi)的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)又(you)不(bu)盡相(xiang)同(tong)。以恰當比例配合，能 發揮兩(liang)者各自(zi)的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)。在(zai)含(han)wCr＝0.2％灰鑄鐵中加入wCu＜2.0％，銅(tong)(tong)(tong)不(bu)僅cujin珠(zhu)(zhu)光(guang)體(ti)轉變(bian)，提(ti)(ti)高(gao)并穩(wen)定珠(zhu)(zhu)光(guang)體(ti)量(liang)和(he)細(xi)化(hua)珠(zhu)(zhu)光(guang)體(ti)，cujinA型石墨(mo)產(chan)生和(he)均(jun)化(hua)石墨(mo)形態；銅(tong)(tong)(tong)還能少許(xu)提(ti)(ti)高(gao)含(han)量(liang)，wCr＞0.2％灰鑄鐵的(de)(de)(de)流動性，這尤其(qi)對(dui)殼體(ti)薄壁(bi)累鑄件(jian)有利(li)。復(fu)合加入鉻、銅(tong)(tong)(tong)可使鑄鐵平板鑄件(jian)致(zhi)密性進一步提(ti)(ti)高(gao)。
2．嚴把原(yuan)輔料質量關
入(ru)廠原輔材料須進行取樣分(fen)析(xi)，做到心中有數，不合(he)格的(de)(de)原輔材料投入(ru)使用(yong)。要(yao)保證(zheng)工(gong)作量的(de)(de)原鐵(tie)(tie)液，選(xuan)用(yong)高碳、低(di)(di)磷、低(di)(di)硫、低(di)(di)干擾（生鐵(tie)(tie)供應(ying)商要(yao)有微(wei)量元素(su)分(fen)析(xi)報告單）元素(su)的(de)(de)生鐵(tie)(tie)；選(xuan)用(yong)純凈的(de)(de)中碳鋼，對其所含成分(fen)Cr、mo、Sn、v、Ti、Ni、Cu等微(wei)量元素(su)以(yi)化(hua)驗(yan)結果決定(ding)取舍，對能穩(wen)定(ding)珠光體的(de)(de)廢鋼成分(fen)優先選(xuan)用(yong)。生鐵(tie)(tie)和廢鋼經(jing)過(guo)除(chu)銹處理后方能允許使用(yong)，附著(zhu)油污的(de)(de)要(yao)經(jing)250°烘烤。
對鐵(tie)合(he)金、孕育劑同樣采(cai)用定(ding)點采(cai)購，力求成分穩定(ding)，塊度(du)（粒度(du)）合(he)格。分類堆放，避免受潮。這樣的(de)要求避免了鑄鐵(tie)爐料“遺傳性”帶來的(de)缺陷。
（1）堅(jian)持把理(li)論配料（配料計算(suan)(suan)）和實踐經驗相結合(he)。無論采取(qu)(qu)試(shi)算(suan)(suan)法還是(shi)圖解法，理(li)論上(shang)計算(suan)(suan)的配料數(shu)據，不能(neng)確定為終配比，還要掌握中頻爐(lu)熔化(hua)過程中元素的變化(hua)規律。如(ru)果(guo)爐(lu)襯(chen)屬酸(suan)性材料，鐵液溫度＞1500℃，在Si的加入量上(shang)只能(neng)取(qu)(qu)下限，而碳取(qu)(qu)上(shang)線。
（2）掌握各種入爐(lu)(lu)金屬(shu)材料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)化學(xue)成分和(he)各元(yuan)素燒損(sun)(sun)與還原規律。對回爐(lu)(lu)鐵（澆冒口、報廢(fei)鑄件(jian)）的(de)(de)(de)(de)分類堆放(fang)、編號記載(zai)，提出成分明確的(de)(de)(de)(de)嚴格要求。爐(lu)(lu)內(nei)還原的(de)(de)(de)(de)元(yuan)素在配料(liao)(liao)(liao)時(shi)減(jian)去，爐(lu)(lu)內(nei)燒損(sun)(sun)的(de)(de)(de)(de)元(yuan)素配料(liao)(liao)(liao)時(shi)補上。
（3）合金元(yuan)素以一(yi)次性配入為原則，除Si以外(wai)其它配料時取中限(xian)，合金（Mo、Cr、Cu、Sn等）可在(zai)(zai)熔清扒渣后(hou)加(jia)入，在(zai)(zai)酸性爐(lu)中燒損少。C、Si在(zai)(zai)扒渣及孕育時還可以補(bu)充(chong)。 感(gan)應爐(lu)熔煉鑄件(jian)而言(yan)，遵(zun)循先增碳后(hou)加(jia)硅的原則。
（4）對(dui)P、S含量(liang)(liang)的(de)控制(zhi)，P、S量(liang)(liang)主要(yao)來源于(yu)xinsheng鐵，可以通過選(xuan)擇爐(lu)料將P、S量(liang)(liang)控制(zhi)在(zai)要(yao)求(qiu)范(fan)圍內(nei)，所以要(yao)使xinsheng鐵的(de)wP＜0.06％，wS＜0.04％，這樣在(zai)配料計算(suan)時P、S量(liang)(liang) 可以不于(yu)考慮。（因鑄件的(de)技(ji)術要(yao)求(qiu)：wP≤0.06％，wS≤0.04％）。
（5）凡入(ru)爐的(de)所(suo)有金屬材料均嚴(yan)格按照(zhao)要求準(zhun)確計量。
3．電爐熔煉鑄(zhu)鐵平(ping)板的控制
要根據中頻電爐的(de)冶金(jin) 性編制合理的(de)熔(rong)煉工藝，從裝料。溫度控制及在各(ge)不同(tong)溫度下加入合金(jin)、增碳劑(ji)、造渣劑(ji)以及出鐵溫度各(ge)個環節嚴格控制，力求(qiu)用短的(de)熔(rong)煉時間、小(xiao)的(de)合金(jin)燒損與氧化(hua)，達到(dao)控制和穩定金(jin)相組織，提高鑄件質量(liang)的(de)目的(de)。
在生產實踐中，我(wo)們將整個熔煉全過程分為三期(qi) 溫(wen)(wen)度進行控制(zhi)。這里所謂的三期(qi)溫(wen)(wen)度指：熔清(qing)溫(wen)(wen)度、扒(ba)渣溫(wen)(wen)度和出鐵溫(wen)(wen)度。
熔(rong)清溫(wen)(wen)(wen)(wen)度：即(ji)取樣溫(wen)(wen)(wen)(wen)度以前的熔(rong)化(hua)期(qi)，決定(ding)著合(he)金(jin)元(yuan)(yuan)素(su)的吸(xi)收(shou)與化(hua)學成(cheng)分的平衡，因此要(yao)避免高溫(wen)(wen)(wen)(wen)熔(rong)化(hua)加(jia)料(liao)，避免搭棚(peng)“結殼(ke)”。否(fou)則鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)處于沸(fei)騰或高溫(wen)(wen)(wen)(wen)狀態、碳(tan)元(yuan)(yuan)素(su)燒損加(jia)劇，硅元(yuan)(yuan)素(su)不斷在(zai)還原，鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)氧化(hua)加(jia)劇雜質增加(jia)，按(an)工藝要(yao)求熔(rong)化(hua)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度控制(zhi)在(zai)1365℃以下，取樣溫(wen)(wen)(wen)(wen)度控制(zhi)在(zai)（1420±10）℃。取樣溫(wen)(wen)(wen)(wen)度低了存在(zai)鐵(tie)(tie)(tie)合(he)金(jin)未熔(rong)化(hua)完，取的試樣化(hua)學成(cheng)分勢無代表性(xing);溫(wen)(wen)(wen)(wen)度過高，合(he)金(jin)燒損或還原，還會影響到練期(qi)的成(cheng)分調整。取樣后應控制(zhi)中頻爐(lu)功率。在(zai)爐(lu)前質量管(guan)理儀對化(hua)學成(cheng)分顯示出結果后恰好進(jin)入(ru)到扒渣溫(wen)(wen)(wen)(wen)度。
扒(ba)渣溫度(du)(du): 扒(ba)渣溫度(du)(du)是決定(ding)鐵液(ye)質量的(de)重(zhong)要環節，因(yin)為它與成(cheng)分穩定(ding)、孕(yun)育處理的(de)效(xiao)果密切相(xiang)關(guan)，并(bing)直接影響到出(chu)鐵溫度(du)(du)的(de)控制。扒(ba)渣溫度(du)(du)過(guo)高加劇鐵液(ye)石(shi)墨晶(jing)(jing)核燒損(sun)和(he)硅(gui)的(de)還原， 別(bie)對酸性爐襯，理論(lun)上鐵液(ye)含硅(gui)偏(pian)高后將產(chan)生排碳作(zuo)用(yong)，影響按溫度(du)(du)系結晶(jing)(jing)，存(cun)在著產(chan)生反白口(kou)的(de)傾向(xiang)；若溫度(du)(du)過(guo)低，鐵液(ye)長(chang)時(shi)間被(bei)裸露，碳、硅(gui)燒損(sun)嚴重(zhong)。再次調整成(cheng)分時(shi)，不僅延(yan)長(chang)熔(rong)煉時(shi)間使(shi)鐵液(ye)過(guo)熱，而且易(yi)使(shi)成(cheng)分失控，zengda鐵液(ye)的(de)過(guo)冷度(du)(du)，使(shi)正常(chang)結晶(jing)(jing)受到破壞。
出鐵(tie)溫(wen)度(du)(du)(du)：為(wei)保證澆(jiao)注和(he)孕(yun)(yun)育的佳(jia)溫(wen)度(du)(du)(du)，我們一般(ban)控制(zhi)在1520～1550℃。出鐵(tie)溫(wen)度(du)(du)(du)的高(gao)和(he)低(di)(di)都會對鑄鐵(tie)的結晶和(he)孕(yun)(yun)育效(xiao)果(guo)帶(dai)來(lai)影響，如果(guo)溫(wen)度(du)(du)(du)過高(gao)（超過工(gong)藝(yi)規(gui)定溫(wen)度(du)(du)(du)30℃以上），盡管爐(lu)(lu)(lu)前快速分析C、Si也適(shi)中(zhong),但試澆(jiao)三角試片白口(kou)(kou)shendu會過大或部(bu)位(wei)顯現(xian)麻(ma)口(kou)(kou)。出現(xian)此種情況即使采(cai)取(qu)措施向爐(lu)(lu)(lu)內(nei)補加碳zengda孕(yun)(yun)育量(liang)(liang)，筆者的實踐經驗是效(xiao)果(guo)欠佳(jia)，且需在調低(di)(di)中(zhong)頻(pin)功率后，進行爐(lu)(lu)(lu)內(nei)降溫(wen)處理，即向爐(lu)(lu)(lu)內(nei)加入(ru)鐵(tie)液總量(liang)(liang)10-15經過烘烤的xinsheng鐵(tie)，這樣試片斷口(kou)(kou)心部(bu)麻(ma)口(kou)(kou) 轉為(wei)灰口(kou)(kou)，的白口(kou)(kou)shendu變(bian)小。若持續高(gao)溫(wen)時間較長(chang)，采(cai)取(qu)如上方法后，仍須履行爐(lu)(lu)(lu)內(nei)補碳措施。出鐵(tie)溫(wen)度(du)(du)(du)按(an)澆(jiao)注溫(wen)度(du)(du)(du)控制(zhi)，殼體類鑄鐵(tie)件合(he)適(shi)的澆(jiao)注溫(wen)度(du)(du)(du)為(wei)（1440±20）℃，能夠實現(xian)“高(gao)溫(wen)出鐵(tie)，適(shi)溫(wen)澆(jiao)注”，嚴(yan)格掌握和(he)控制(zhi)住當然好。因為(wei)出鐵(tie)溫(wen)度(du)(du)(du)低(di)(di)將導致澆(jiao)注溫(wen)度(du)(du)(du)低(di)(di)于(yu)1380℃，既(ji)不利于(yu)脫(tuo)硫(liu)、除氣，而且 別(bie)影響孕(yun)(yun)育處理效(xiao)果(guo)。隨著(zhu)溫(wen)度(du)(du)(du)的降低(di)(di)，冷隔、輪廓(kuo)不清晰(xi)等問題(ti)明顯增加。
4．鐵液(ye)的孕(yun)育處(chu)理
對生產鑄(zhu)(zhu)鐵平板用HT250進行孕育(yu)處理，賴(lai)以(yi)提高材質的(de)耐(nai)磨性(xing)，使鑄(zhu)(zhu)件的(de)組織和性(xing)能(neng)得以(yi)明顯gaishan， 提高各(ge)斷面(mian)上的(de)硬度值(zhi)，而且要在(zai)穩定厚斷面(mian)上的(de)珠光體量方面(mian)有(you)相同作用，還可(ke)gaishan其壁厚的(de)mingan性(xing)和鑄(zhu)(zhu)件在(zai)機械加工時良好的(de)切削性(xing)能(neng)，尤其是對防(fang)止殼(ke)體鑄(zhu)(zhu)件的(de)疏松、滲漏有(you) 殊作用。
孕育(yu)劑(ji)(ji)的(de)加入量(liang)依生產平板(ban)鑄(zhu)件的(de)壁(bi)(bi)厚(hou)、化學成分和(he)澆(jiao)注溫(wen)度(du)等因素確(que)定，以壁(bi)(bi)厚(hou)處不(bu)出現疏松、滲漏，壁(bi)(bi)厚(hou)處不(bu)出現硬(ying)區為原則。生產實踐表(biao)明，Sr、Ba、Ca、Si-Fe孕育(yu)劑(ji)(ji)是提高強(qiang)(qiang)度(du)灰鑄(zhu)鐵為理(li)想的(de)孕育(yu)劑(ji)(ji)，此(ci)種孕育(yu)劑(ji)(ji)發揮鋇（Ba）的(de)kangshuai退能力及(ji)提高A型石墨占有率(lv)，鍶（Sr）的(de) 強(qiang)(qiang)xiaochu白口能力，鈣（Ca）和(he)硅(gui)（Si）所起(qi)的(de)輔助孕育(yu)和(he)shentou作用。這種強(qiang)(qiang)度(du)組(zu)合的(de)孕育(yu)劑(ji)(ji)，是生產高強(qiang)(qiang)度(du)鑄(zhu)鐵孕育(yu)處理(li)中(zhong)較(jiao)為理(li)想的(de)選擇(ze)。
孕育(yu)(yu)(yu)次(ci)數(shu)與(yu)孕育(yu)(yu)(yu)效(xiao)果的(de)(de)關系，隨孕育(yu)(yu)(yu)次(ci)數(shu)增加，鑄鐵內部(bu)石(shi)墨(mo)(mo)分布均勻(yun)程度gaishan，A型石(shi)墨(mo)(mo)占有(you)率和(he)石(shi)墨(mo)(mo)長(chang)度區(qu)別較(jiao)大(da)，經兩次(ci)以(yi)上孕育(yu)(yu)(yu)的(de)(de)A型石(shi)墨(mo)(mo)占有(you)率高，分布均勻(yun)，長(chang)度適(shi)中。 重要的(de)(de)是多次(ci)孕育(yu)(yu)(yu)促使非(fei)自發(fa)晶核數(shu)量增多，強化了基體，從而(er)提高并穩定了鑄鐵的(de)(de)強度。
經隨流(liu)復合孕育處理，避(bi)免鐵(tie)液隨流(liu)孕育滯后于澆注(zhu)是控制孕育效果(guo)的(de)關鍵。孕育處理后的(de)鐵(tie)液應(ying)在限(xian)定時間內(nei)澆注(zhu)完(wan)畢，一般(ban)不超過8min，包(bao)內(nei)二次(ci)孕育3～5min孕育效果(guo)佳(jia)。
