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)鑄鐵成分的(de)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。
高強度低(di)合金化孕育鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)平(ping)板的(de)(de)成分設計(ji)，首先要考慮鐵(tie)液(ye)碳(tan)當量與冷卻速度的(de)(de)影(ying)響作用。碳(tan)當量過高，鑄(zhu)(zhu)件(jian)厚壁(bi)(bi)處冷卻速度緩(huan)慢(man)，鑄(zhu)(zhu)件(jian)厚壁(bi)(bi)處易(yi)產生(sheng)晶(jing)(jing)粒粗(cu)大(da)、組織(zhi)疏松，若(ruo)碳(tan)當量過低(di)，鑄(zhu)(zhu)件(jian)薄(bo)壁(bi)(bi)處易(yi)形成硬(ying)點或局部硬(ying)區，導致切削(xue)性能變差。將碳(tan)當量控制在3.95％～4.05％，即可保證材(cai)質的(de)(de)力學性能，又接(jie)近共晶(jing)(jing)點，其鐵(tie)液(ye)的(de)(de)凝固溫度范圍較窄，為鐵(tie)液(ye)實現“低(di)溫”澆注創(chuang)造(zao)了條件(jian)；而且(qie)有利于削(xue)除(chu)平(ping)板鑄(zhu)(zhu)件(jian)的(de)(de)氣孔、縮(suo)孔缺陷。
其次要考慮合(he)(he)金元(yuan)素的(de)作用(yong)(yong)，鉻(ge)、銅(tong)元(yuan)素在(zai)(zai)共(gong)晶(jing)轉(zhuan)(zhuan)變中(zhong)，鉻(ge)阻礙石(shi)(shi)墨化(hua)，促成(cheng)碳(tan)化(hua)物、cujin白(bai)(bai)口(kou)；而(er)(er)銅(tong)則cujin石(shi)(shi)墨化(hua)作用(yong)(yong)，減少斷面白(bai)(bai)口(kou)。兩元(yuan)素相互作用(yong)(yong)在(zai)(zai)一(yi)定程度上得到中(zhong)和，避免在(zai)(zai)共(gong)晶(jing)轉(zhuan)(zhuan)變中(zhong)產生滲碳(tan)體(ti)(ti)(ti)而(er)(er)導致鑄(zhu)(zhu)件薄壁處形成(cheng)白(bai)(bai)口(kou)或(huo)硬度提高；而(er)(er)在(zai)(zai)共(gong)析轉(zhuan)(zhuan)變中(zhong)，鉻(ge)和銅(tong)都(dou)可以起(qi)到穩定和細(xi)化(hua)珠光體(ti)(ti)(ti)的(de)復(fu)合(he)(he)作用(yong)(yong)，但(dan)各(ge)自的(de)作用(yong)(yong)又不盡相同。以恰(qia)當(dang)比例配合(he)(he)，能 發(fa)揮兩者各(ge)自的(de)作用(yong)(yong)。在(zai)(zai)含wCr＝0.2％灰鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)中(zhong)加入(ru)wCu＜2.0％，銅(tong)不僅cujin珠光體(ti)(ti)(ti)轉(zhuan)(zhuan)變，提高并穩定珠光體(ti)(ti)(ti)量(liang)和細(xi)化(hua)珠光體(ti)(ti)(ti)，cujinA型石(shi)(shi)墨產生和均化(hua)石(shi)(shi)墨形態；銅(tong)還能少許提高含量(liang)，wCr＞0.2％灰鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)的(de)流動性(xing)，這尤(you)其對殼體(ti)(ti)(ti)薄壁累鑄(zhu)(zhu)件有利。復(fu)合(he)(he)加入(ru)鉻(ge)、銅(tong)可使鑄(zhu)(zhu)鐵(tie)平(ping)板(ban)鑄(zhu)(zhu)件致密(mi)性(xing)進一(yi)步提高。
2．嚴把(ba)原(yuan)輔(fu)料質(zhi)量(liang)關
入廠(chang)原(yuan)輔(fu)材料須進(jin)行取樣(yang)分(fen)析，做到(dao)心(xin)中有數，不合格(ge)的(de)(de)原(yuan)輔(fu)材料投入使(shi)用。要(yao)(yao)保證(zheng)工作量的(de)(de)原(yuan)鐵液，選用高碳(tan)、低磷、低硫、低干擾（生鐵供應商要(yao)(yao)有微量元(yuan)素分(fen)析報告單）元(yuan)素的(de)(de)生鐵；選用純凈的(de)(de)中碳(tan)鋼(gang)，對(dui)其所含成(cheng)分(fen)Cr、mo、Sn、v、Ti、Ni、Cu等微量元(yuan)素以化驗結果(guo)決(jue)定取舍，對(dui)能穩定珠光體的(de)(de)廢(fei)鋼(gang)成(cheng)分(fen)優先選用。生鐵和廢(fei)鋼(gang)經(jing)過除(chu)銹處(chu)理后方能允許使(shi)用，附(fu)著油污的(de)(de)要(yao)(yao)經(jing)250°烘烤。
對鐵合金、孕育(yu)劑同樣采用定點(dian)采購，力求成分穩定，塊度（粒度）合格。分類堆(dui)放，避(bi)免受(shou)潮。這樣的要求避(bi)免了鑄鐵爐(lu)料“遺(yi)傳性(xing)”帶來的缺陷。
（1）堅持把理論配(pei)(pei)料(liao)（配(pei)(pei)料(liao)計(ji)算(suan)）和實(shi)踐(jian)經(jing)驗相結合(he)。無論采(cai)取試算(suan)法(fa)還是圖解法(fa)，理論上計(ji)算(suan)的(de)配(pei)(pei)料(liao)數據，不能確定為終配(pei)(pei)比，還要掌(zhang)握中頻爐熔化過(guo)程中元(yuan)素的(de)變化規律。如(ru)果爐襯屬酸性材料(liao)，鐵液(ye)溫度＞1500℃，在Si的(de)加入量上只能取下限，而(er)碳取上線。
（2）掌握(wo)各種(zhong)入爐(lu)(lu)金屬材料的(de)化學成分(fen)(fen)和各元素燒損與還原(yuan)規律。對回爐(lu)(lu)鐵（澆(jiao)冒口、報廢鑄(zhu)件）的(de)分(fen)(fen)類堆放、編號記載(zai)，提出成分(fen)(fen)明(ming)確(que)的(de)嚴格要求。爐(lu)(lu)內還原(yuan)的(de)元素在配(pei)料時減去，爐(lu)(lu)內燒損的(de)元素配(pei)料時補(bu)上。
（3）合金元素以(yi)一次性(xing)配入為原則(ze)(ze)，除Si以(yi)外其它配料時取中(zhong)限，合金（Mo、Cr、Cu、Sn等）可在(zai)熔(rong)清扒渣后(hou)加入，在(zai)酸性(xing)爐中(zhong)燒損少。C、Si在(zai)扒渣及孕育(yu)時還(huan)可以(yi)補充。 感應爐熔(rong)煉鑄件而言，遵循(xun)先(xian)增碳(tan)后(hou)加硅的原則(ze)(ze)。
（4）對P、S含量(liang)的控制，P、S量(liang)主(zhu)要來源于xinsheng鐵，可以(yi)通過選(xuan)擇爐料將P、S量(liang)控制在要求范圍內，所(suo)以(yi)要使xinsheng鐵的wP＜0.06％，wS＜0.04％，這樣在配料計算(suan)時P、S量(liang) 可以(yi)不于考慮。（因鑄件的技(ji)術要求：wP≤0.06％，wS≤0.04％）。
（5）凡入爐的所有金屬材料均嚴格按照要(yao)求準確(que)計量。
3．電爐熔煉鑄鐵平板的控制
要(yao)根據中頻(pin)電(dian)爐的冶(ye)金(jin) 性編制合(he)理的熔(rong)煉工(gong)藝(yi)，從裝料。溫(wen)度(du)控制及在各不同溫(wen)度(du)下加入合(he)金(jin)、增(zeng)碳劑、造渣(zha)劑以及出(chu)鐵(tie)溫(wen)度(du)各個環節(jie)嚴格控制，力求用短的熔(rong)煉時間、小的合(he)金(jin)燒損與氧化，達到控制和穩定金(jin)相組(zu)織，提高(gao)鑄件質量的目的。
在生產實踐中，我們(men)將整個熔煉全過程分(fen)為三期 溫(wen)度(du)進行控(kong)制。這里所謂的三期溫(wen)度(du)指(zhi)：熔清溫(wen)度(du)、扒(ba)渣溫(wen)度(du)和出鐵溫(wen)度(du)。
熔(rong)(rong)清溫度(du)：即(ji)取樣(yang)溫度(du)以前的(de)熔(rong)(rong)化(hua)期(qi)，決定著(zhu)合金元(yuan)(yuan)素的(de)吸收與化(hua)學(xue)成分(fen)的(de)平(ping)衡，因此(ci)要避(bi)免高溫熔(rong)(rong)化(hua)加料(liao)，避(bi)免搭棚(peng)“結殼”。否(fou)則鐵(tie)液(ye)處于沸騰(teng)或高溫狀態(tai)、碳元(yuan)(yuan)素燒(shao)(shao)損加劇，硅元(yuan)(yuan)素不斷(duan)在(zai)還(huan)原，鐵(tie)液(ye)氧化(hua)加劇雜質增(zeng)加，按工(gong)藝(yi)要求熔(rong)(rong)化(hua)溫度(du)控制(zhi)在(zai)1365℃以下，取樣(yang)溫度(du)控制(zhi)在(zai)（1420±10）℃。取樣(yang)溫度(du)低了存在(zai)鐵(tie)合金未熔(rong)(rong)化(hua)完，取的(de)試樣(yang)化(hua)學(xue)成分(fen)勢無代表性;溫度(du)過高，合金燒(shao)(shao)損或還(huan)原，還(huan)會影響(xiang)到練期(qi)的(de)成分(fen)調整(zheng)。取樣(yang)后應控制(zhi)中(zhong)頻爐功率。在(zai)爐前質量管理儀對化(hua)學(xue)成分(fen)顯(xian)示出(chu)結果后恰好進入到扒渣(zha)溫度(du)。
扒渣(zha)溫(wen)度(du)(du): 扒渣(zha)溫(wen)度(du)(du)是決定鐵(tie)(tie)液(ye)質量的(de)重(zhong)要環節，因(yin)為(wei)它與成分穩定、孕育處理的(de)效果密切相(xiang)關，并(bing)直接影響到出鐵(tie)(tie)溫(wen)度(du)(du)的(de)控制。扒渣(zha)溫(wen)度(du)(du)過(guo)高(gao)加劇鐵(tie)(tie)液(ye)石墨晶核燒損和硅(gui)的(de)還原， 別對酸性爐襯，理論上鐵(tie)(tie)液(ye)含硅(gui)偏(pian)高(gao)后將產(chan)生排(pai)碳(tan)作用，影響按(an)溫(wen)度(du)(du)系結晶，存在(zai)著產(chan)生反白口(kou)的(de)傾向；若(ruo)溫(wen)度(du)(du)過(guo)低，鐵(tie)(tie)液(ye)長(chang)(chang)時(shi)間被裸露，碳(tan)、硅(gui)燒損嚴重(zhong)。再次調整成分時(shi)，不(bu)僅延長(chang)(chang)熔煉時(shi)間使鐵(tie)(tie)液(ye)過(guo)熱，而且易(yi)使成分失控，zengda鐵(tie)(tie)液(ye)的(de)過(guo)冷度(du)(du)，使正(zheng)常(chang)結晶受到破壞。
出(chu)鐵(tie)溫(wen)(wen)(wen)度：為(wei)保證澆(jiao)(jiao)注(zhu)和孕育(yu)(yu)的(de)(de)佳溫(wen)(wen)(wen)度，我們一般控(kong)制在(zai)(zai)1520～1550℃。出(chu)鐵(tie)溫(wen)(wen)(wen)度的(de)(de)高和低(di)都會對鑄鐵(tie)的(de)(de)結(jie)晶和孕育(yu)(yu)效(xiao)果(guo)帶(dai)來影響，如果(guo)溫(wen)(wen)(wen)度過高（超過工藝規(gui)定溫(wen)(wen)(wen)度30℃以上(shang)），盡管爐(lu)前快速分析C、Si也適中,但試澆(jiao)(jiao)三角試片白口shendu會過大或部(bu)(bu)位顯(xian)現麻(ma)口。出(chu)現此種情況即使采取措施向(xiang)爐(lu)內補(bu)加碳zengda孕育(yu)(yu)量(liang)，筆者的(de)(de)實踐經驗是效(xiao)果(guo)欠佳，且需(xu)在(zai)(zai)調低(di)中頻功率(lv)后，進(jin)行爐(lu)內降(jiang)(jiang)溫(wen)(wen)(wen)處(chu)理(li)，即向(xiang)爐(lu)內加入鐵(tie)液總量(liang)10-15經過烘烤的(de)(de)xinsheng鐵(tie)，這樣試片斷口心部(bu)(bu)麻(ma)口 轉為(wei)灰口，的(de)(de)白口shendu變小。若持續高溫(wen)(wen)(wen)時間較長，采取如上(shang)方(fang)法后，仍須履行爐(lu)內補(bu)碳措施。出(chu)鐵(tie)溫(wen)(wen)(wen)度按澆(jiao)(jiao)注(zhu)溫(wen)(wen)(wen)度控(kong)制，殼體(ti)類鑄鐵(tie)件(jian)合適的(de)(de)澆(jiao)(jiao)注(zhu)溫(wen)(wen)(wen)度為(wei)（1440±20）℃，能夠實現“高溫(wen)(wen)(wen)出(chu)鐵(tie)，適溫(wen)(wen)(wen)澆(jiao)(jiao)注(zhu)”，嚴格掌握和控(kong)制住當然好。因為(wei)出(chu)鐵(tie)溫(wen)(wen)(wen)度低(di)將導致澆(jiao)(jiao)注(zhu)溫(wen)(wen)(wen)度低(di)于(yu)1380℃，既不(bu)利(li)于(yu)脫硫、除氣，而且 別(bie)影響孕育(yu)(yu)處(chu)理(li)效(xiao)果(guo)。隨(sui)著溫(wen)(wen)(wen)度的(de)(de)降(jiang)(jiang)低(di)，冷隔、輪廓不(bu)清晰等問(wen)題(ti)明顯(xian)增加。
4．鐵液(ye)的孕育處理
對(dui)生產(chan)鑄鐵平板用HT250進行孕育處理，賴(lai)以提高材質的(de)耐磨性，使鑄件的(de)組織(zhi)和(he)性能得以明顯gaishan， 提高各斷面(mian)上(shang)的(de)硬(ying)度值(zhi)，而且(qie)要在穩定厚斷面(mian)上(shang)的(de)珠光(guang)體(ti)量方面(mian)有(you)相(xiang)同(tong)作用，還可gaishan其壁厚的(de)mingan性和(he)鑄件在機械加工時良(liang)好的(de)切(qie)削性能，尤(you)其是對(dui)防止殼體(ti)鑄件的(de)疏松(song)、滲漏有(you) 殊作用。
孕育(yu)(yu)劑的(de)(de)(de)加入量依生產(chan)(chan)平板鑄件的(de)(de)(de)壁厚(hou)、化學成(cheng)分和澆注溫度等(deng)因素確定，以壁厚(hou)處不出現(xian)(xian)疏松、滲漏，壁厚(hou)處不出現(xian)(xian)硬區為(wei)原則(ze)。生產(chan)(chan)實踐表明，Sr、Ba、Ca、Si-Fe孕育(yu)(yu)劑是提高強度灰鑄鐵為(wei)理(li)想的(de)(de)(de)孕育(yu)(yu)劑，此種孕育(yu)(yu)劑發揮鋇(bei)（Ba）的(de)(de)(de)kangshuai退能力及提高A型石墨(mo)占有率，鍶（Sr）的(de)(de)(de) 強xiaochu白口能力，鈣（Ca）和硅（Si）所起的(de)(de)(de)輔助孕育(yu)(yu)和shentou作用。這種強度組合的(de)(de)(de)孕育(yu)(yu)劑，是生產(chan)(chan)高強度鑄鐵孕育(yu)(yu)處理(li)中較為(wei)理(li)想的(de)(de)(de)選擇。
孕(yun)育次(ci)數與孕(yun)育效果的關系，隨孕(yun)育次(ci)數增(zeng)加，鑄鐵內部石(shi)墨(mo)分(fen)布(bu)均勻程(cheng)度(du)gaishan，A型(xing)石(shi)墨(mo)占有率(lv)和石(shi)墨(mo)長度(du)區(qu)別較大，經兩次(ci)以上孕(yun)育的A型(xing)石(shi)墨(mo)占有率(lv)高，分(fen)布(bu)均勻，長度(du)適中。 重(zhong)要的是多(duo)次(ci)孕(yun)育促使非自發晶核(he)數量增(zeng)多(duo)，強化了基(ji)體，從而提高并穩定了鑄鐵的強度(du)。
經(jing)隨流復(fu)合孕(yun)育處理，避免鐵液隨流孕(yun)育滯(zhi)后(hou)于澆(jiao)(jiao)注是控制孕(yun)育效果(guo)的關(guan)鍵。孕(yun)育處理后(hou)的鐵液應在限(xian)定時間內(nei)澆(jiao)(jiao)注完畢，一般不超過8min，包(bao)內(nei)二次孕(yun)育3～5min孕(yun)育效果(guo)佳。
