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(gao)強度合金(jin)灰鑄鐵成分的設計(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(qiang)度低合(he)金化孕育鑄(zhu)鐵(tie)鑄(zhu)鐵(tie)平板(ban)的成分設(she)計，首先要(yao)考慮鐵(tie)液(ye)碳(tan)當量與冷卻速度的影響作用。碳(tan)當量過高，鑄(zhu)件厚(hou)壁(bi)處(chu)冷卻速度緩慢，鑄(zhu)件厚(hou)壁(bi)處(chu)易產生晶粒粗大、組織疏松，若碳(tan)當量過低，鑄(zhu)件薄壁(bi)處(chu)易形成硬(ying)點或(huo)局部硬(ying)區，導致切削性能(neng)變(bian)差(cha)。將碳(tan)當量控制在3.95％～4.05％，即可保證材(cai)質的力學性能(neng)，又接(jie)近共(gong)晶點，其鐵(tie)液(ye)的凝(ning)固溫度范圍較窄，為鐵(tie)液(ye)實現“低溫”澆注創造(zao)了條件；而(er)且有利(li)于削除平板(ban)鑄(zhu)件的氣孔(kong)、縮孔(kong)缺陷。
其(qi)(qi)次要考(kao)慮合(he)金元(yuan)素(su)的(de)作(zuo)用，鉻(ge)、銅(tong)元(yuan)素(su)在(zai)共晶轉變(bian)(bian)中(zhong)，鉻(ge)阻礙石墨(mo)化(hua)(hua)，促成碳化(hua)(hua)物(wu)、cujin白口；而(er)(er)銅(tong)則cujin石墨(mo)化(hua)(hua)作(zuo)用，減少斷面白口。兩元(yuan)素(su)相(xiang)互(hu)作(zuo)用在(zai)一定程度上(shang)得(de)到中(zhong)和(he)，避免在(zai)共晶轉變(bian)(bian)中(zhong)產生滲碳體(ti)而(er)(er)導(dao)致(zhi)鑄件薄壁處(chu)形(xing)(xing)成白口或硬(ying)度提高(gao)(gao)；而(er)(er)在(zai)共析轉變(bian)(bian)中(zhong)，鉻(ge)和(he)銅(tong)都可(ke)(ke)以起到穩定和(he)細化(hua)(hua)珠(zhu)光體(ti)的(de)復合(he)作(zuo)用，但各(ge)自(zi)的(de)作(zuo)用又不盡相(xiang)同。以恰當比例(li)配合(he)，能 發揮兩者各(ge)自(zi)的(de)作(zuo)用。在(zai)含wCr＝0.2％灰鑄鐵(tie)中(zhong)加(jia)入wCu＜2.0％，銅(tong)不僅cujin珠(zhu)光體(ti)轉變(bian)(bian)，提高(gao)(gao)并(bing)穩定珠(zhu)光體(ti)量和(he)細化(hua)(hua)珠(zhu)光體(ti)，cujinA型石墨(mo)產生和(he)均化(hua)(hua)石墨(mo)形(xing)(xing)態；銅(tong)還能少許(xu)提高(gao)(gao)含量，wCr＞0.2％灰鑄鐵(tie)的(de)流動性，這尤(you)其(qi)(qi)對(dui)殼體(ti)薄壁累鑄件有利。復合(he)加(jia)入鉻(ge)、銅(tong)可(ke)(ke)使鑄鐵(tie)平板鑄件致(zhi)密性進一步提高(gao)(gao)。
2．嚴把(ba)原輔料質(zhi)量(liang)關(guan)
入廠原輔材料(liao)須進行取(qu)(qu)樣分(fen)析，做到心中有數(shu)，不(bu)合(he)格的(de)原輔材料(liao)投入使(shi)用。要(yao)(yao)保證(zheng)工作量的(de)原鐵液，選用高碳、低磷、低硫、低干擾（生(sheng)鐵供(gong)應商要(yao)(yao)有微(wei)(wei)量元(yuan)素(su)分(fen)析報告(gao)單）元(yuan)素(su)的(de)生(sheng)鐵；選用純凈的(de)中碳鋼，對其(qi)所含成分(fen)Cr、mo、Sn、v、Ti、Ni、Cu等微(wei)(wei)量元(yuan)素(su)以化驗結果決定(ding)取(qu)(qu)舍，對能(neng)穩(wen)定(ding)珠光體的(de)廢鋼成分(fen)優先選用。生(sheng)鐵和廢鋼經過除(chu)銹處理后方能(neng)允許使(shi)用，附著油污(wu)的(de)要(yao)(yao)經250°烘烤。
對鐵合金(jin)、孕育劑同樣(yang)采用定點采購(gou)，力求(qiu)成(cheng)分穩定，塊(kuai)度(du)（粒度(du)）合格(ge)。分類堆放，避(bi)免受潮。這樣(yang)的(de)要求(qiu)避(bi)免了鑄鐵爐料“遺傳性”帶來的(de)缺陷。
（1）堅持把(ba)理(li)論(lun)配(pei)料（配(pei)料計(ji)算(suan)）和實踐經驗相結合。無論(lun)采取(qu)試算(suan)法(fa)還是(shi)圖(tu)解法(fa)，理(li)論(lun)上計(ji)算(suan)的(de)配(pei)料數據，不能確(que)定為(wei)終配(pei)比(bi)，還要掌握中頻爐熔化(hua)過(guo)程中元素(su)的(de)變化(hua)規律。如果爐襯屬(shu)酸性材料，鐵液溫(wen)度(du)＞1500℃，在Si的(de)加入(ru)量上只能取(qu)下(xia)限，而碳取(qu)上線。
（2）掌握(wo)各(ge)(ge)種入爐(lu)金屬材(cai)料的(de)化學成分和各(ge)(ge)元素燒(shao)損與還原(yuan)規律。對(dui)回爐(lu)鐵（澆冒口(kou)、報廢鑄件）的(de)分類堆放、編號(hao)記載，提(ti)出成分明確的(de)嚴格要求(qiu)。爐(lu)內(nei)還原(yuan)的(de)元素在配料時減去，爐(lu)內(nei)燒(shao)損的(de)元素配料時補上(shang)。
（3）合金元(yuan)素以一次性配入(ru)為原(yuan)(yuan)則，除Si以外其它配料時取中限，合金（Mo、Cr、Cu、Sn等）可(ke)(ke)在熔清扒(ba)渣(zha)后加(jia)入(ru)，在酸性爐(lu)中燒損少。C、Si在扒(ba)渣(zha)及孕育時還可(ke)(ke)以補充。 感應爐(lu)熔煉鑄件而言，遵循(xun)先增碳后加(jia)硅的(de)原(yuan)(yuan)則。
（4）對(dui)P、S含量的(de)控(kong)制，P、S量主要來(lai)源于(yu)xinsheng鐵，可以通過選擇爐(lu)料(liao)將P、S量控(kong)制在要求(qiu)范圍(wei)內，所(suo)以要使(shi)xinsheng鐵的(de)wP＜0.06％，wS＜0.04％，這樣在配(pei)料(liao)計算時P、S量 可以不于(yu)考慮。（因鑄(zhu)件(jian)的(de)技術要求(qiu)：wP≤0.06％，wS≤0.04％）。
（5）凡入爐(lu)的所有金屬材料均嚴格按照要求(qiu)準確計量(liang)。
3．電爐熔煉鑄鐵平板的控制
要根據中頻(pin)電爐的(de)(de)冶金(jin) 性編(bian)制(zhi)合(he)理的(de)(de)熔(rong)煉工藝，從裝料。溫度(du)控制(zhi)及在各(ge)不同溫度(du)下(xia)加(jia)入合(he)金(jin)、增碳(tan)劑、造渣(zha)劑以及出鐵溫度(du)各(ge)個環(huan)節嚴格控制(zhi)，力求用短的(de)(de)熔(rong)煉時間、小的(de)(de)合(he)金(jin)燒損與氧(yang)化，達到控制(zhi)和穩定(ding)金(jin)相組(zu)織(zhi)，提高鑄件(jian)質量(liang)的(de)(de)目的(de)(de)。
在(zai)生產實踐(jian)中，我們將整個熔煉全(quan)過程分為(wei)三期 溫(wen)度(du)進行控制。這里所謂的(de)三期溫(wen)度(du)指：熔清溫(wen)度(du)、扒渣溫(wen)度(du)和出鐵溫(wen)度(du)。
熔清溫(wen)(wen)(wen)度：即取(qu)樣溫(wen)(wen)(wen)度以前的(de)(de)熔化(hua)(hua)期(qi)，決定著合(he)(he)金(jin)元素(su)的(de)(de)吸(xi)收與化(hua)(hua)學(xue)成(cheng)分(fen)的(de)(de)平衡(heng)，因此要避(bi)(bi)免高(gao)溫(wen)(wen)(wen)熔化(hua)(hua)加料(liao)，避(bi)(bi)免搭棚(peng)“結殼(ke)”。否(fou)則(ze)鐵(tie)液(ye)處于沸騰或(huo)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)狀態、碳元素(su)燒(shao)損(sun)加劇，硅元素(su)不斷(duan)在還原(yuan)(yuan)，鐵(tie)液(ye)氧化(hua)(hua)加劇雜(za)質增加，按工藝要求(qiu)熔化(hua)(hua)溫(wen)(wen)(wen)度控制在1365℃以下(xia)，取(qu)樣溫(wen)(wen)(wen)度控制在（1420±10）℃。取(qu)樣溫(wen)(wen)(wen)度低(di)了存在鐵(tie)合(he)(he)金(jin)未熔化(hua)(hua)完，取(qu)的(de)(de)試(shi)樣化(hua)(hua)學(xue)成(cheng)分(fen)勢無代表性;溫(wen)(wen)(wen)度過高(gao)，合(he)(he)金(jin)燒(shao)損(sun)或(huo)還原(yuan)(yuan)，還會影響(xiang)到練期(qi)的(de)(de)成(cheng)分(fen)調整。取(qu)樣后(hou)應控制中(zhong)頻爐功率。在爐前質量管理(li)儀對化(hua)(hua)學(xue)成(cheng)分(fen)顯示出結果后(hou)恰好(hao)進入到扒渣(zha)溫(wen)(wen)(wen)度。
扒渣溫(wen)度(du): 扒渣溫(wen)度(du)是決定(ding)(ding)鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)質量(liang)的(de)重要(yao)環節，因為(wei)它與成分穩定(ding)(ding)、孕育(yu)處理(li)的(de)效果密切(qie)相關(guan)，并直接影響到出鐵(tie)(tie)溫(wen)度(du)的(de)控制。扒渣溫(wen)度(du)過高加劇鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)石墨晶(jing)核燒(shao)損和(he)硅(gui)(gui)的(de)還原(yuan)， 別對酸(suan)性爐襯，理(li)論(lun)上鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)含硅(gui)(gui)偏高后將(jiang)產生排碳(tan)(tan)作(zuo)用，影響按(an)溫(wen)度(du)系結晶(jing)，存在著產生反(fan)白(bai)口的(de)傾向；若溫(wen)度(du)過低，鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)長時(shi)間被(bei)裸露(lu)，碳(tan)(tan)、硅(gui)(gui)燒(shao)損嚴重。再次調整成分時(shi)，不僅延長熔煉時(shi)間使(shi)鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)過熱，而(er)且(qie)易使(shi)成分失控，zengda鐵(tie)(tie)液(ye)(ye)的(de)過冷(leng)度(du)，使(shi)正(zheng)常結晶(jing)受到破壞(huai)。
出(chu)(chu)鐵(tie)(tie)(tie)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)：為保證澆注(zhu)和孕(yun)育(yu)的(de)(de)佳溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)，我們一般(ban)控(kong)制在1520～1550℃。出(chu)(chu)鐵(tie)(tie)(tie)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)高和低(di)(di)(di)都(dou)會對(dui)鑄鐵(tie)(tie)(tie)的(de)(de)結晶和孕(yun)育(yu)效果帶來影響(xiang)，如果溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)過(guo)高（超(chao)過(guo)工藝規定溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)30℃以(yi)上），盡管爐(lu)(lu)前快速分(fen)析(xi)C、Si也(ye)適(shi)中(zhong),但試澆三角試片(pian)(pian)白(bai)口(kou)shendu會過(guo)大(da)或部(bu)(bu)位顯(xian)現(xian)麻(ma)口(kou)。出(chu)(chu)現(xian)此種情況即(ji)使采取措施向爐(lu)(lu)內(nei)補(bu)加碳(tan)zengda孕(yun)育(yu)量，筆者(zhe)的(de)(de)實踐經(jing)驗是效果欠佳，且需在調(diao)低(di)(di)(di)中(zhong)頻功率后，進行爐(lu)(lu)內(nei)降溫(wen)(wen)(wen)處理，即(ji)向爐(lu)(lu)內(nei)加入鐵(tie)(tie)(tie)液總(zong)量10-15經(jing)過(guo)烘烤的(de)(de)xinsheng鐵(tie)(tie)(tie)，這樣試片(pian)(pian)斷口(kou)心(xin)部(bu)(bu)麻(ma)口(kou) 轉為灰口(kou)，的(de)(de)白(bai)口(kou)shendu變(bian)小。若(ruo)持(chi)續高溫(wen)(wen)(wen)時(shi)間較長，采取如上方法后，仍須履行爐(lu)(lu)內(nei)補(bu)碳(tan)措施。出(chu)(chu)鐵(tie)(tie)(tie)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)按(an)澆注(zhu)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)控(kong)制，殼體類(lei)鑄鐵(tie)(tie)(tie)件合適(shi)的(de)(de)澆注(zhu)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)為（1440±20）℃，能夠實現(xian)“高溫(wen)(wen)(wen)出(chu)(chu)鐵(tie)(tie)(tie)，適(shi)溫(wen)(wen)(wen)澆注(zhu)”，嚴格掌握(wo)和控(kong)制住(zhu)當然好。因為出(chu)(chu)鐵(tie)(tie)(tie)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)低(di)(di)(di)將導致澆注(zhu)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)低(di)(di)(di)于1380℃，既不(bu)利于脫硫、除氣，而且 別影響(xiang)孕(yun)育(yu)處理效果。隨著溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)降低(di)(di)(di)，冷(leng)隔(ge)、輪廓不(bu)清(qing)晰等(deng)問題(ti)明顯(xian)增(zeng)加。
4．鐵液的孕育處理
對(dui)生產鑄(zhu)鐵平板(ban)用HT250進(jin)行孕育(yu)處理(li)，賴以提高(gao)材質的(de)(de)(de)耐磨性(xing)(xing)，使鑄(zhu)件的(de)(de)(de)組織和(he)性(xing)(xing)能得以明顯gaishan， 提高(gao)各斷(duan)(duan)面上的(de)(de)(de)硬度值，而且要在穩定厚斷(duan)(duan)面上的(de)(de)(de)珠光(guang)體量方面有相(xiang)同(tong)作(zuo)用，還可gaishan其壁厚的(de)(de)(de)mingan性(xing)(xing)和(he)鑄(zhu)件在機械(xie)加工時良好的(de)(de)(de)切削性(xing)(xing)能，尤(you)其是對(dui)防止殼體鑄(zhu)件的(de)(de)(de)疏松、滲漏有 殊作(zuo)用。
孕(yun)育(yu)劑的(de)(de)加入量(liang)依生產平板鑄(zhu)件的(de)(de)壁(bi)厚、化學成分和澆注溫度(du)等因素確(que)定，以壁(bi)厚處(chu)不出現疏松、滲漏(lou)，壁(bi)厚處(chu)不出現硬區為原則。生產實踐表(biao)明，Sr、Ba、Ca、Si-Fe孕(yun)育(yu)劑是提高強(qiang)(qiang)度(du)灰(hui)鑄(zhu)鐵(tie)為理想的(de)(de)孕(yun)育(yu)劑，此種孕(yun)育(yu)劑發(fa)揮鋇（Ba）的(de)(de)kangshuai退能力及提高A型石墨占有率(lv)，鍶（Sr）的(de)(de) 強(qiang)(qiang)xiaochu白(bai)口能力，鈣(gai)（Ca）和硅(gui)（Si）所起的(de)(de)輔助孕(yun)育(yu)和shentou作(zuo)用。這種強(qiang)(qiang)度(du)組合的(de)(de)孕(yun)育(yu)劑，是生產高強(qiang)(qiang)度(du)鑄(zhu)鐵(tie)孕(yun)育(yu)處(chu)理中(zhong)較為理想的(de)(de)選擇(ze)。
孕(yun)育(yu)(yu)(yu)次(ci)(ci)數與孕(yun)育(yu)(yu)(yu)效果的(de)(de)關系，隨(sui)孕(yun)育(yu)(yu)(yu)次(ci)(ci)數增(zeng)加，鑄鐵(tie)內部石(shi)墨分布均勻程度gaishan，A型(xing)石(shi)墨占(zhan)有(you)率和石(shi)墨長度區別較大，經(jing)兩次(ci)(ci)以上孕(yun)育(yu)(yu)(yu)的(de)(de)A型(xing)石(shi)墨占(zhan)有(you)率高，分布均勻，長度適中。 重要(yao)的(de)(de)是多次(ci)(ci)孕(yun)育(yu)(yu)(yu)促使非自發晶核數量(liang)增(zeng)多，強化了基(ji)體，從而(er)提(ti)高并穩(wen)定了鑄鐵(tie)的(de)(de)強度。
經隨流(liu)復合孕(yun)(yun)育處理，避免鐵液(ye)隨流(liu)孕(yun)(yun)育滯后(hou)于(yu)澆注是控制孕(yun)(yun)育效果(guo)的(de)關鍵(jian)。孕(yun)(yun)育處理后(hou)的(de)鐵液(ye)應在限定時間(jian)內澆注完(wan)畢，一般(ban)不超(chao)過8min，包內二次孕(yun)(yun)育3～5min孕(yun)(yun)育效果(guo)佳。
