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生產高強度灰鑄鐵件可采取哪些工藝措施?

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生產高強度灰鑄鐵件可采取哪些工藝措施?

發布日期:2017-09-29 作者: 點擊:

近年來,鑄造材料很多單位研究并發展了適應具體生產條件和不同鑄件要求(包括薄壁高強度灰鑄鐵件)的高強度灰鐵的生產方法,歸納起來,有以下四種。
  1、強化孕育鑄鐵爐料中加入較多的廢鋼,采用優質鑄造焦,以得到出爐溫度大于1500℃和高碳當量的鐵水,用高效孕育劑強化孕育從而得到高強度灰鑄鐵。過去生產孕育鑄鐵依靠加入較多廢鋼,降低碳量來提高強度,但這種方法工藝性能不好,白口傾向大,尤其是對薄壁鑄件(最小壁厚3~10mm)。近代高強度孕育鑄鐵不用這種方法,靠高效孕育劑來強化孕育,提高性能。一般的方法是:碳當量在3.9~4.1%左右,溫度1480℃左右,要求鐵水氧化少,采用Si-Ca、Cr-Si-Ca、Re-Ca-Ba、Si-Ca、Si-Fe復合、稀土復合等高效孕育劑,進行孕處理。例如某廠5噸沖天爐,利用鑄造焦,爐料中加入40%以上廢鋼,總焦比為7時,鐵水溫度1520℃~1540℃,爐渣中氧化鐵含量低(1.8~3.0%)。經特種孕育劑孕育處理,當碳當量為4.28%時,試棒抗拉強度可達250MPa,相對強度RG=1.28,HB229,珠光體含量大于98%.又如某單位通過提高鐵水過熱溫度,然后采用Re-Ca-Ba孕育劑對鐵水進行孕育處理,燒注一批缸蓋鑄件,當碳當量為3.9~4.05%時,抗拉強度285~304MPa,相對強度RG=1.1~1.21,石墨形態好,加工后水壓試驗沒發現縮松和漏水現象。
  2、合成鑄鐵所謂合成鑄鐵工藝,就是用感應電爐熔煉,爐料中用50%以上的廢鋼,其余為回爐鐵和鐵屑,經增碳處理得到的鐵液。這種方法的優點是:(1)爐科采用大量廢鋼,不用生鐵,降低了鑄鐵成本;(2)可獲得含磷量低的鐵水,減少磷量對缸體、缸蓋等薄壁高強度灰鐵縮松和滲漏缺陷的影響;(3)可避免生鐵遺傳性影響,鑄鐵石墨形態好,珠光體含量高,機械性能好,在同樣當量時強度可比沖天爐鑄鐵提高1~2個牌號。
  我國某汽車廠利用合成鑄鐵工藝熔煉高強度灰鑄鐵生產缸體,效果很好,生產結果表明:(1)采用合成鑄鐵熔煉工藝澆注的缸體機械性能高,當碳當量為4.0%時,抗拉強度大于250MPa,比沖天爐熔煉提高一個牌號;(2)鐵水斷面敏感性小,缸體不同厚度斷面及階梯試塊斷面硬度分布均勻;(3)鑄鐵含磷量低,含雜質少,克服鑄件滲漏缺陷;(4)成本低;(5)熔煉工藝簡單易行,容易撐握。
  3、低合金化孕育鑄鐵調整原鐵水的化學成份使其達到較高碳當量,在爐內(或包內)加入少量鉻、銅、鉬等合金元素,獲得高溫低合金化鐵水,再經孕育處理,得到石墨細小、珠光體含量高、片間距小的組織,從而獲得高強度鑄鐵。用這種方法生產高強度灰鑄鐵,國外用得較廣泛,效果比較穩定,合金元素多是Cu,Cr、Mo、Ni等。其最大優點是可使缸體、缸蓋薄壁部分的基體組織得到95%以上珠光體,硬度差小。我國某些單位用0.3~0.7%Cr,瞬時孕育,控制鉻/硅比值,解決了缸體、缸蓋的生產問題。
  4、調整鑄鐵常規化學成份及比例,獲得高強度、低應力灰鑄鐵在碳當量保持不變的情況下,適當提高Si/C比值是提高機床鑄件強度和剛度重要途經之一。北京機床研究所等單位在這方面作了系統的研究工作,他們認為:通過調整化學成份,特別是改變硅/碳比值,使Si/C在0.5~0.9,再加上適當的孕育和合金化,可以獲得具有良好綜合性能的高強度灰鑄鐵件。
  有關硅/碳比值的規律是:(1)在相同碳當量下,Si/C比值高,抗拉強度可提高30~60MPa,相對強度高,相對硬度低,彈性性能好;(2)在相同碳當量下,Si/C比值增加,殘余應力有除低趨勢,應力傾向也較小;(3)提高Si/C比值,白口傾向小,斷面敏感性小,而對鐵水流動性,線收縮率無影響。
  調整錳、硅含量,使含Mn量比含Si量高0.2~1.3%以上,得到另一種高強度低應力鑄鐵。灰鑄鐵含Mn在1.5~3.0%范圍內,提高含Mn量,尤其是當Mn量大于Si量后,能顯著細化共晶團,易于獲得D、E型石墨和細珠光體基體。另外,控制灰鑄鐵中Mn、Si差值和Mn的絕對值,使Mn、Si差值在0~0.5%,Mn大于2%,還可以在灰鑄鐵中得到不同類型的硬化相。
  因此,控制Mn、、Si差值和Mn絕對值,就能獲得機械性能高,硬度均勻,耐壓致密性好和耐磨性能好的高強度灰鑄鐵。這種高錳灰鑄件在鄭州紡織機械廠以及機床、缸套、液壓件三個行業部分廠中生產,取得較好的效果。  近年來,很多單位研究并發展了適應具體生產條件和不同鑄件要求(包括薄壁高強度灰鑄鐵件)的高強度灰鐵的生產方法,歸納起來,有以下四種。
  1、強化孕育鑄鐵爐料中加入較多的廢鋼,采用優質鑄造焦,以得到出爐溫度大于1500℃和高碳當量的鐵水,用高效孕育劑強化孕育從而得到高強度灰鑄鐵。過去生產孕育鑄鐵依靠加入較多廢鋼,降低碳量來提高強度,但這種方法工藝性能不好,白口傾向大,尤其是對薄壁鑄件(最小壁厚3~10mm)。近代高強度孕育鑄鐵不用這種方法,靠高效孕育劑來強化孕育,提高性能。一般的方法是:碳當量在3.9~4.1%左右,溫度1480℃左右,要求鐵水氧化少,采用Si-Ca、Cr-Si-Ca、Re-Ca-Ba、Si-Ca、Si-Fe復合、稀土復合等高效孕育劑,進行孕處理。例如某廠5噸沖天爐,利用鑄造焦,爐料中加入40%以上廢鋼,總焦比為7時,鐵水溫度1520℃~1540℃,爐渣中氧化鐵含量低(1.8~3.0%)。經特種孕育劑孕育處理,當碳當量為4.28%時,試棒抗拉強度可達250MPa,相對強度RG=1.28,HB229,珠光體含量大于98%.又如某單位通過提高鐵水過熱溫度,然后采用Re-Ca-Ba孕育劑對鐵水進行孕育處理,燒注一批缸蓋鑄件,當碳當量為3.9~4.05%時,抗拉強度285~304MPa,相對強度RG=1.1~1.21,石墨形態好,加工后水壓試驗沒發現縮松和漏水現象。
  2、合成鑄鐵所謂合成鑄鐵工藝,就是用感應電爐熔煉,爐料中用50%以上的廢鋼,其余為回爐鐵和鐵屑,經增碳處理得到的鐵液。這種方法的優點是:(1)爐科采用大量廢鋼,不用生鐵,降低了鑄鐵成本;(2)可獲得含磷量低的鐵水,減少磷量對缸體、缸蓋等薄壁高強度灰鐵縮松和滲漏缺陷的影響;(3)可避免生鐵遺傳性影響,鑄鐵石墨形態好,珠光體含量高,機械性能好,在同樣當量時強度可比沖天爐鑄鐵提高1~2個牌號。
  我國某汽車廠利用合成鑄鐵工藝熔煉高強度灰鑄鐵生產缸體,效果很好,生產結果表明:(1)采用合成鑄鐵熔煉工藝澆注的缸體機械性能高,當碳當量為4.0%時,抗拉強度大于250MPa,比沖天爐熔煉提高一個牌號;(2)鐵水斷面敏感性小,缸體不同厚度斷面及階梯試塊斷面硬度分布均勻;(3)鑄鐵含磷量低,含雜質少,克服鑄件滲漏缺陷;(4)成本低;(5)熔煉工藝簡單易行,容易撐握。
  3、低合金化孕育鑄鐵調整原鐵水的化學成份使其達到較高碳當量,在爐內(或包內)加入少量鉻、銅、鉬等合金元素,獲得高溫低合金化鐵水,再經孕育處理,得到石墨細小、珠光體含量高、片間距小的組織,從而獲得高強度鑄鐵。用這種方法生產高強度灰鑄鐵,國外用得較廣泛,效果比較穩定,合金元素多是Cu,Cr、Mo、Ni等。其最大優點是可使缸體、缸蓋薄壁部分的基體組織得到95%以上珠光體,硬度差小。我國某些單位用0.3~0.7%Cr,瞬時孕育,控制鉻/硅比值,解決了缸體、缸蓋的生產問題。
  4、調整鑄鐵常規化學成份及比例,獲得高強度、低應力灰鑄鐵在碳當量保持不變的情況下,適當提高Si/C比值是提高機床鑄件強度和剛度重要途經之一。北京機床研究所等單位在這方面作了系統的研究工作,他們認為:通過調整化學成份,特別是改變硅/碳比值,使Si/C在0.5~0.9,再加上適當的孕育和合金化,可以獲得具有良好綜合性能的高強度灰鑄鐵件。
  有關硅/碳比值的規律是:(1)在相同碳當量下,Si/C比值高,抗拉強度可提高30~60MPa,相對強度高,相對硬度低,彈性性能好;(2)在相同碳當量下,Si/C比值增加,殘余應力有除低趨勢,應力傾向也較小;(3)提高Si/C比值,白口傾向小,斷面敏感性小,而對鐵水流動性,線收縮率無影響。
  調整錳、硅含量,使含Mn量比含Si量高0.2~1.3%以上,得到另一種高強度低應力鑄鐵。灰鑄鐵含Mn在1.5~3.0%范圍內,提高含Mn量,尤其是當Mn量大于Si量后,能顯著細化共晶團,易于獲得D、E型石墨和細珠光體基體。另外,控制灰鑄鐵中Mn、Si差值和Mn的絕對值,使Mn、Si差值在0~0.5%,Mn大于2%,還可以在灰鑄鐵中得到不同類型的硬化相。
  因此,控制Mn、、Si差值和Mn絕對值,就能獲得機械性能高,硬度均勻,耐壓致密性好和耐磨性能好的高強度灰鑄鐵。這種高錳灰鑄件在鄭州紡織機械廠以及機床、缸套、液壓件三個行業部分廠中生產,取得較好的效果。

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