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(he)金(jin)灰鑄(zhu)鐵(tie)成分的(de)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(gao)強度低(di)合金化孕育鑄鐵(tie)鑄鐵(tie)平板(ban)的(de)成分設計，首(shou)先要考慮鐵(tie)液碳(tan)(tan)當量(liang)(liang)與冷(leng)卻(que)速(su)度的(de)影響作用。碳(tan)(tan)當量(liang)(liang)過(guo)高(gao)，鑄件(jian)厚壁處冷(leng)卻(que)速(su)度緩慢，鑄件(jian)厚壁處易產(chan)生(sheng)晶(jing)粒粗大、組織疏松(song)，若碳(tan)(tan)當量(liang)(liang)過(guo)低(di)，鑄件(jian)薄壁處易形成硬點或(huo)局部(bu)硬區，導致切削(xue)性能(neng)變差。將碳(tan)(tan)當量(liang)(liang)控制(zhi)在3.95％～4.05％，即(ji)可(ke)保證材(cai)質的(de)力學性能(neng)，又接近共晶(jing)點，其鐵(tie)液的(de)凝固溫(wen)度范圍較窄，為(wei)鐵(tie)液實現“低(di)溫(wen)”澆注創造了條(tiao)件(jian)；而且有利于削(xue)除平板(ban)鑄件(jian)的(de)氣孔(kong)、縮孔(kong)缺陷(xian)。
其(qi)次要考慮(lv)合(he)(he)金元素(su)的作用，鉻、銅(tong)元素(su)在(zai)(zai)(zai)(zai)共晶轉變(bian)(bian)中(zhong)，鉻阻礙石墨(mo)化，促成碳化物、cujin白口；而銅(tong)則cujin石墨(mo)化作用，減(jian)少斷面白口。兩(liang)元素(su)相互作用在(zai)(zai)(zai)(zai)一(yi)定(ding)(ding)程度上得到(dao)中(zhong)和(he)(he)，避(bi)免(mian)在(zai)(zai)(zai)(zai)共晶轉變(bian)(bian)中(zhong)產(chan)生滲碳體(ti)而導(dao)致(zhi)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)薄壁處形(xing)成白口或硬度提高；而在(zai)(zai)(zai)(zai)共析轉變(bian)(bian)中(zhong)，鉻和(he)(he)銅(tong)都可以(yi)起到(dao)穩定(ding)(ding)和(he)(he)細(xi)(xi)化珠(zhu)(zhu)光(guang)體(ti)的復合(he)(he)作用，但各自(zi)的作用又(you)不盡相同(tong)。以(yi)恰當比例(li)配(pei)合(he)(he)，能(neng) 發(fa)揮兩(liang)者各自(zi)的作用。在(zai)(zai)(zai)(zai)含(han)wCr＝0.2％灰(hui)鑄(zhu)(zhu)鐵中(zhong)加(jia)入wCu＜2.0％，銅(tong)不僅cujin珠(zhu)(zhu)光(guang)體(ti)轉變(bian)(bian)，提高并穩定(ding)(ding)珠(zhu)(zhu)光(guang)體(ti)量和(he)(he)細(xi)(xi)化珠(zhu)(zhu)光(guang)體(ti)，cujinA型石墨(mo)產(chan)生和(he)(he)均化石墨(mo)形(xing)態；銅(tong)還能(neng)少許提高含(han)量，wCr＞0.2％灰(hui)鑄(zhu)(zhu)鐵的流動(dong)性，這(zhe)尤(you)其(qi)對殼(ke)體(ti)薄壁累鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)有利。復合(he)(he)加(jia)入鉻、銅(tong)可使鑄(zhu)(zhu)鐵平板鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)致(zhi)密(mi)性進(jin)一(yi)步(bu)提高。
2．嚴把原輔(fu)料(liao)質量(liang)關
入廠原(yuan)(yuan)輔(fu)材料須進行取(qu)樣分析(xi)，做到心中(zhong)有(you)數，不合格的(de)原(yuan)(yuan)輔(fu)材料投入使用(yong)。要保證工作量的(de)原(yuan)(yuan)鐵(tie)(tie)液(ye)，選用(yong)高碳(tan)、低(di)磷、低(di)硫、低(di)干擾（生(sheng)(sheng)鐵(tie)(tie)供應商要有(you)微(wei)(wei)量元(yuan)(yuan)素(su)分析(xi)報告(gao)單）元(yuan)(yuan)素(su)的(de)生(sheng)(sheng)鐵(tie)(tie)；選用(yong)純凈的(de)中(zhong)碳(tan)鋼，對其所含成分Cr、mo、Sn、v、Ti、Ni、Cu等微(wei)(wei)量元(yuan)(yuan)素(su)以化驗結(jie)果決定取(qu)舍(she)，對能(neng)穩定珠光體的(de)廢鋼成分優先選用(yong)。生(sheng)(sheng)鐵(tie)(tie)和廢鋼經過(guo)除銹(xiu)處理(li)后方(fang)能(neng)允許使用(yong)，附著油污的(de)要經250°烘烤。
對(dui)鐵(tie)合金、孕育劑同樣(yang)采用定點采購，力求(qiu)成分穩定，塊度（粒度）合格。分類堆放，避免(mian)受潮。這(zhe)樣(yang)的要求(qiu)避免(mian)了鑄鐵(tie)爐料“遺傳性”帶(dai)來的缺陷。
（1）堅持把理(li)論配(pei)料（配(pei)料計算）和(he)實踐經驗相結(jie)合。無論采取(qu)(qu)試算法還(huan)是圖解法，理(li)論上(shang)計算的配(pei)料數(shu)據，不能確(que)定為終配(pei)比，還(huan)要掌握(wo)中頻爐(lu)熔化過(guo)程(cheng)中元素的變化規律。如果爐(lu)襯屬酸性材料，鐵液溫(wen)度＞1500℃，在Si的加入量上(shang)只能取(qu)(qu)下限，而碳取(qu)(qu)上(shang)線。
（2）掌握各(ge)種(zhong)入(ru)爐(lu)(lu)金(jin)屬材料的(de)(de)(de)化學(xue)成分和各(ge)元素燒損與還(huan)原(yuan)規律。對回(hui)爐(lu)(lu)鐵（澆冒口、報廢鑄件）的(de)(de)(de)分類堆放、編(bian)號記載(zai)，提出成分明確(que)的(de)(de)(de)嚴格要(yao)求。爐(lu)(lu)內還(huan)原(yuan)的(de)(de)(de)元素在(zai)配料時減去，爐(lu)(lu)內燒損的(de)(de)(de)元素配料時補上。
（3）合(he)金(jin)元素(su)以一次(ci)性配入(ru)(ru)為原則(ze)，除Si以外其它配料(liao)時取中(zhong)限，合(he)金(jin)（Mo、Cr、Cu、Sn等）可(ke)在(zai)熔清扒渣(zha)后加(jia)入(ru)(ru)，在(zai)酸性爐中(zhong)燒損(sun)少。C、Si在(zai)扒渣(zha)及孕育時還可(ke)以補充。 感應爐熔煉鑄件而言，遵循(xun)先增碳(tan)后加(jia)硅的原則(ze)。
（4）對P、S含量(liang)(liang)的(de)(de)控(kong)制，P、S量(liang)(liang)主要來源于(yu)xinsheng鐵(tie)，可以通過選(xuan)擇(ze)爐料將(jiang)P、S量(liang)(liang)控(kong)制在要求范圍(wei)內，所以要使xinsheng鐵(tie)的(de)(de)wP＜0.06％，wS＜0.04％，這樣在配(pei)料計(ji)算時(shi)P、S量(liang)(liang) 可以不于(yu)考慮。（因(yin)鑄(zhu)件(jian)的(de)(de)技術要求：wP≤0.06％，wS≤0.04％）。
（5）凡入爐的所有金屬材(cai)料均嚴格按照要求準確計量。
3．電爐熔煉鑄鐵平板的(de)控制
要(yao)根據中頻(pin)電爐的(de)冶金 性編(bian)制(zhi)合理(li)的(de)熔煉(lian)工(gong)藝，從(cong)裝料。溫度(du)控(kong)制(zhi)及在各不同(tong)溫度(du)下加入(ru)合金、增碳(tan)劑、造渣劑以及出鐵溫度(du)各個環節嚴(yan)格控(kong)制(zhi)，力求用短(duan)的(de)熔煉(lian)時間、小的(de)合金燒損與氧(yang)化(hua)，達到控(kong)制(zhi)和穩定(ding)金相組(zu)織，提高鑄件質量的(de)目的(de)。
在生產實踐中，我們將整個熔煉全過程分(fen)為三期 溫(wen)度進行控制。這里所謂(wei)的三期溫(wen)度指：熔清溫(wen)度、扒渣溫(wen)度和出(chu)鐵溫(wen)度。
熔清(qing)溫(wen)(wen)度：即(ji)取(qu)樣(yang)(yang)溫(wen)(wen)度以(yi)前(qian)的(de)熔化期，決定著合金(jin)元素的(de)吸收與化學成(cheng)分的(de)平衡(heng)，因此要(yao)避(bi)免高溫(wen)(wen)熔化加料，避(bi)免搭棚(peng)“結(jie)殼(ke)”。否(fou)則(ze)鐵液處于(yu)沸騰(teng)或高溫(wen)(wen)狀態、碳元素燒(shao)損(sun)加劇，硅元素不斷在還原，鐵液氧化加劇雜質(zhi)增加，按工藝要(yao)求熔化溫(wen)(wen)度控制在1365℃以(yi)下，取(qu)樣(yang)(yang)溫(wen)(wen)度控制在（1420±10）℃。取(qu)樣(yang)(yang)溫(wen)(wen)度低了存(cun)在鐵合金(jin)未(wei)熔化完，取(qu)的(de)試(shi)樣(yang)(yang)化學成(cheng)分勢(shi)無代表性;溫(wen)(wen)度過高，合金(jin)燒(shao)損(sun)或還原，還會影響到(dao)練期的(de)成(cheng)分調整(zheng)。取(qu)樣(yang)(yang)后應控制中頻爐(lu)功(gong)率。在爐(lu)前(qian)質(zhi)量管理儀對化學成(cheng)分顯示(shi)出結(jie)果后恰好進入到(dao)扒渣(zha)溫(wen)(wen)度。
扒渣溫(wen)度(du)(du)(du): 扒渣溫(wen)度(du)(du)(du)是決定鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)質量的重(zhong)要(yao)環節，因為它與成分穩定、孕(yun)育(yu)處(chu)理(li)的效果密(mi)切相關，并(bing)直接影(ying)響到出鐵(tie)(tie)(tie)溫(wen)度(du)(du)(du)的控(kong)制。扒渣溫(wen)度(du)(du)(du)過高(gao)加劇鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)石墨晶(jing)核(he)燒損(sun)和硅的還原(yuan)， 別對酸性爐(lu)襯，理(li)論上鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)含硅偏高(gao)后將(jiang)產生排碳作用，影(ying)響按(an)溫(wen)度(du)(du)(du)系(xi)結晶(jing)，存在著產生反白口的傾向；若溫(wen)度(du)(du)(du)過低，鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)長(chang)時間被裸(luo)露，碳、硅燒損(sun)嚴重(zhong)。再(zai)次調整成分時，不僅延長(chang)熔煉時間使(shi)鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)過熱，而且易使(shi)成分失控(kong)，zengda鐵(tie)(tie)(tie)液(ye)的過冷度(du)(du)(du)，使(shi)正常結晶(jing)受(shou)到破壞(huai)。
出(chu)(chu)鐵(tie)(tie)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)：為(wei)保證澆(jiao)注(zhu)和(he)孕(yun)育的(de)(de)佳溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)，我們(men)一般控(kong)制在1520～1550℃。出(chu)(chu)鐵(tie)(tie)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)的(de)(de)高(gao)(gao)和(he)低(di)都(dou)會對鑄鐵(tie)(tie)的(de)(de)結(jie)晶和(he)孕(yun)育效(xiao)果(guo)(guo)帶來影響，如果(guo)(guo)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)過(guo)高(gao)(gao)（超過(guo)工(gong)藝規定(ding)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)30℃以上），盡管爐(lu)前(qian)快速分(fen)析C、Si也(ye)適中,但試澆(jiao)三角試片白口(kou)(kou)(kou)shendu會過(guo)大或(huo)部(bu)位顯(xian)現(xian)麻(ma)口(kou)(kou)(kou)。出(chu)(chu)現(xian)此種情(qing)況即使采取(qu)措(cuo)施(shi)向(xiang)(xiang)爐(lu)內補(bu)(bu)加碳(tan)zengda孕(yun)育量，筆者的(de)(de)實踐經(jing)驗(yan)是(shi)效(xiao)果(guo)(guo)欠佳，且需在調低(di)中頻功率后(hou)，進行爐(lu)內降(jiang)溫(wen)處理，即向(xiang)(xiang)爐(lu)內加入鐵(tie)(tie)液總量10-15經(jing)過(guo)烘烤的(de)(de)xinsheng鐵(tie)(tie)，這樣試片斷口(kou)(kou)(kou)心部(bu)麻(ma)口(kou)(kou)(kou) 轉為(wei)灰(hui)口(kou)(kou)(kou)，的(de)(de)白口(kou)(kou)(kou)shendu變小(xiao)。若持續(xu)高(gao)(gao)溫(wen)時間較長，采取(qu)如上方法后(hou)，仍(reng)須履行爐(lu)內補(bu)(bu)碳(tan)措(cuo)施(shi)。出(chu)(chu)鐵(tie)(tie)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)按澆(jiao)注(zhu)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)控(kong)制，殼體類鑄鐵(tie)(tie)件合適的(de)(de)澆(jiao)注(zhu)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)為(wei)（1440±20）℃，能(neng)夠實現(xian)“高(gao)(gao)溫(wen)出(chu)(chu)鐵(tie)(tie)，適溫(wen)澆(jiao)注(zhu)”，嚴格掌握和(he)控(kong)制住當然好(hao)。因為(wei)出(chu)(chu)鐵(tie)(tie)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)低(di)將導致澆(jiao)注(zhu)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)低(di)于(yu)1380℃，既不(bu)利(li)于(yu)脫硫、除(chu)氣，而且 別影響孕(yun)育處理效(xiao)果(guo)(guo)。隨著溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)的(de)(de)降(jiang)低(di)，冷隔、輪(lun)廓不(bu)清晰等(deng)問(wen)題明顯(xian)增加。
4．鐵液的孕(yun)育處理(li)
對生產鑄(zhu)鐵(tie)平(ping)板(ban)用HT250進(jin)行孕育(yu)處理，賴以(yi)提(ti)(ti)高材(cai)質的(de)耐磨性(xing)，使鑄(zhu)件(jian)的(de)組(zu)織和性(xing)能(neng)得以(yi)明(ming)顯gaishan， 提(ti)(ti)高各斷面(mian)上(shang)的(de)硬(ying)度值，而(er)且要在穩定厚斷面(mian)上(shang)的(de)珠(zhu)光(guang)體量方面(mian)有相同作用，還可(ke)gaishan其壁厚的(de)mingan性(xing)和鑄(zhu)件(jian)在機(ji)械(xie)加工時良好的(de)切削(xue)性(xing)能(neng)，尤其是對防止(zhi)殼體鑄(zhu)件(jian)的(de)疏松、滲漏有 殊作用。
孕育劑(ji)的(de)(de)(de)加入量(liang)依生(sheng)(sheng)產平板鑄(zhu)件的(de)(de)(de)壁厚、化學成分和澆注溫度(du)等因素確定，以壁厚處不出現(xian)疏松(song)、滲(shen)漏，壁厚處不出現(xian)硬區為(wei)原則。生(sheng)(sheng)產實踐表明(ming)，Sr、Ba、Ca、Si-Fe孕育劑(ji)是提高強(qiang)(qiang)度(du)灰(hui)鑄(zhu)鐵為(wei)理(li)(li)想的(de)(de)(de)孕育劑(ji)，此種孕育劑(ji)發揮鋇（Ba）的(de)(de)(de)kangshuai退能力及提高A型石(shi)墨占有率(lv)，鍶（Sr）的(de)(de)(de) 強(qiang)(qiang)xiaochu白口能力，鈣（Ca）和硅（Si）所起的(de)(de)(de)輔助孕育和shentou作用。這種強(qiang)(qiang)度(du)組合的(de)(de)(de)孕育劑(ji)，是生(sheng)(sheng)產高強(qiang)(qiang)度(du)鑄(zhu)鐵孕育處理(li)(li)中較為(wei)理(li)(li)想的(de)(de)(de)選擇。
孕(yun)(yun)(yun)育(yu)(yu)次數(shu)與孕(yun)(yun)(yun)育(yu)(yu)效果的關系，隨孕(yun)(yun)(yun)育(yu)(yu)次數(shu)增加，鑄(zhu)鐵(tie)內部(bu)石墨(mo)分布均勻程度(du)(du)gaishan，A型石墨(mo)占有(you)率和石墨(mo)長度(du)(du)區(qu)別較大，經(jing)兩次以(yi)上孕(yun)(yun)(yun)育(yu)(yu)的A型石墨(mo)占有(you)率高(gao)，分布均勻，長度(du)(du)適中。 重要的是(shi)多(duo)次孕(yun)(yun)(yun)育(yu)(yu)促(cu)使(shi)非自(zi)發晶核數(shu)量增多(duo)，強化了(le)基體，從而(er)提高(gao)并穩定了(le)鑄(zhu)鐵(tie)的強度(du)(du)。
經(jing)隨流復合孕育(yu)處理，避免(mian)鐵液隨流孕育(yu)滯后于澆(jiao)注是(shi)控(kong)制(zhi)孕育(yu)效果(guo)的關鍵。孕育(yu)處理后的鐵液應在限定(ding)時間內澆(jiao)注完畢，一般不超過8min，包內二次孕育(yu)3～5min孕育(yu)效果(guo)佳(jia)。
