铸态球墨铸铁的生产[1]


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铸态球墨铸铁的生产

安徽省康达制动器有限公司

(涡阳

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王金铎





郑继飞

张敏霞

【摘要】 生产铸态铁素体球墨铸铁件,根据多年来的生产实践,我们总结了四句话: “较高碳当量为前
提,强化孕育为核心,铁液质量是基础,原材料合格是关键。 ”

铸态铁素体球墨铸铁是指未经热处理达到铁素体化 的球墨铸铁。采用此种工艺,能减少热处理设备的投 资,简化工艺,缩短生产周期,节约能耗,节省工时, 减少热处理对环境的污染,避免热处理过程中铸件的氧 化及变形,减少废品,提高铸件尺寸精度。通过十几年 来的生产实践证明,由于严格的操作工艺,使球墨铸铁 的综合性能大大提高。

($)其他材料 "废钢:采用碳素钢或铸钢,不应 混入合金钢,不得锈蚀。# 回炉铁:尽量使用同牌号回 炉铁,生产铁素体球墨铸铁的回炉铁不得混入合金球墨 铸铁回炉铁。 #" 化学成分的选择 (!)碳和硅 选择含碳量应从保证球墨铸铁具有良 好的力学性能和铸造性能两方面考虑。选择高碳量有助 于获得健 全 铸 件,对 于 铸 态 铁 素 体 球 墨 铸 铁 件 来 说, ! - 一般控制在 45(6 7 45’6 。碳高则析出的石墨球数 目多,球径尺寸小,圆整度增加。提高含碳量可减少缩 孔体积和缩松面积,使铸件致密。原铁液中 ! ,8 控制在 !5%6 7 !526 ,通过大剂量强化孕育,促使基体铁素体 化,终 ! ,8控制在 %5(6 7 4536 。铸态铁素体球墨铸铁 碳当量控制在 $526 7 $5’6 。碳当量确定的原则是上限 不出现石墨漂浮,下限不出现渗碳体,保证完全球化, 在该范围内尽量提高碳当量,且采取高碳、低硅。 (%)锰 锰起合金化作用,由于含锰量增加,基体 中珠光体数量增加,所以在铁素体球墨铸铁中,特别是 铸态铁素体球墨铸铁 ! )* 应控制在 35%6 7 35$6 。只要 锰含量低,适当放宽磷含量( ! + 9 353’6 ) ,仍可生产 铁素体球墨铸铁 :;$33—!( 及 :;$(3—!3。 (4)磷、硫 生产铸态铁素体球墨铸铁希望硫、磷 越低越好。硫高易造成球化元素残留量少而导致球化不 良,还易形成皮下气孔、夹渣等缺陷。原铁液应控制 ! , 9 353(6 ,处理后 ! , 9 35346 。磷在铸态铁素体球墨 铸铁中的主要危害是在晶界形成磷共晶,使材料的伸长 率下降,增加脆性。另外,磷还提高球墨铸铁的脆性转 机械工人
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一、铸态球墨铸铁的生产
!" 原材料的选择 生产铸态球墨铸铁用的原材料包括新生铁、回炉 铁、废钢、焦炭、球化剂和孕育剂等。原材料质量的好 坏是保证稳定生产的关键,其中最主要的是新生铁、焦 炭、球化剂及孕育剂。 (!) 生 铁 生 产 铸 态 铁 素 体 球 墨 铸 铁 时, 按 "#!$!%—!&’(《球墨铸铁用生铁》的要求,生产铁素体 基体球墨铸铁用生铁 )*、+ 和 , 的含量应分别不高于二 组、二 级 和 二 类。对 易 形 成 珠 光 体 的 元 素( -.、 -/、 ,*、,0)和影响生铁纯净度的干扰元素含量要尽量降 低。 (%)焦炭 冲天炉应选用高固定碳、低硫分、低灰 分和低挥发分的焦炭,并且焦炭的强度要高,块度要 大。采用铸造焦应符合 "#’1%&—!&’’《铸造焦炭》 ! 级 的要求,采用冶金焦应符合 "#!&&2—!&’3《冶金焦炭》 !级的要求。 (4)球化剂、孕育剂 含铁的球化剂、孕育剂适用 于生产铸态铁素体球墨铸铁件,处理后的球墨铸铁件石 墨球数增加,球形圆整,白口小,铸件伸长率高。

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变温度,因此 ! ! 应 " #$#%& 。 (’)球化元素镁和稀土 铸铁中有一定数量的镁和 稀土元素的残留量才能保证石墨成球。实践证明,低稀 土含钡球化剂适用于生产铁素体球墨铸铁件,它具有球 化能力强,使石墨球细小圆整,消除或减少白口倾向, 抗衰退能力强,以及反应平稳等优点。对一定厚度的铸 件,镁和稀土的残留量有一合适的值,见下表。
镁和稀土残留量与铸件壁厚的关系
铸件壁厚 ( )) /0残 ( & ) " *# #$#* + #$#’ " #$#. *# + ,# #$#* + #$#’1 #$#. + #$#* ,# + -*# #$#*1 + #$#1 #$#* + #$#’ -*# + .## #$#2 + #$#% #$#’ + #$#1

不得有残铁、残渣。 (.)球化剂放入堤坝内,上面加覆盖剂。一般覆盖 硅铁的粒度应小于球化剂的粒度,然后用覆盖剂覆盖。 若铁液含硫高时,可加入脱硫剂脱硫;若铁液温度低, 严禁使用粉状球化剂;若铁液温度高,可覆盖一定厚度 的覆盖剂,或盖上一层厚度为 * + -#)) 的铁板。 (*)冲入铁液 铁液冲向球化剂的另一侧,不得直 冲球化剂。当冲入包内铁液达 . ( * 时,暂停冲入铁液, 以防因球化反应剧烈而引起飞溅,造成球化剂的损失。 球化处理沸腾时间不宜过早或过迟,一般情况在出铁达 - (* 时开始沸腾,时间 . + *)89 为宜。当反应平稳后再 补加其余 - ( * 铁液,这时进行孕育处理,处理完毕加集 渣剂,搅拌后彻底扒渣,再覆盖保温剂即可进行浇注。 (’)浇注时间不宜过长,最好在 -1)89 内浇完,如 时间过长,易产生球化衰退及孕育衰退。 (1)在制定工艺和生产过程的控制中,不同类别的 铸件在砂箱中停留的时间不同,时间的控制其实质是控 制铸件出砂的温度。铸态铁素体球墨铸铁件要在共析转 变温度以下开箱,薄壁件要延长在箱内的保温时间,使 铸件缓冷,充分铁素体化。 (2)球化情况判断可用火苗观察法、炉前三角试块 法、炉前快速金相法等。 表面结皮及火苗判断法:稀土镁球墨铸铁含镁量较 低,又有稀土元素,铁液表面和纯镁球墨铸铁不一样, 表面没有那么多氧化皮,火苗也没有那么多而有力。但 是当补加 - ( * 铁液时液面会逸出镁光及白黄色火苗,形 如烛火。根据火苗数量、高度判断球化情况以及残留镁 量,火苗越高、越有力,说明球化良好。尤其是在浇注 时,从 铁 液 流 中 可 以 看 到 黄 色 烛 火,如 高 度 达 .1 + 1#)),即球化良好,火苗低于 -1)),球化较差。从处 理后的铁液表面看,如形成氧化膜,并有银白色滚动的 亮点,即为球化良好。但氧化膜太厚,则表示铁液温度 低。 三角试块法:铁液处理完毕后,用取样勺从铁液表 面以下 .##)) 处取出铁液,浇成试块且在冷至暗红色时 方可水淬冷却。球化良好的试块,外廓圆角比灰铸铁大 得多,外观清洁、光亮,很少有粘砂。通常立浇的三角 试块两侧有缩陷,卧浇的顶面或两侧有缩陷。试块冷却 敲断后,球化良好的试块,有银白色或银灰色瓷状断 口,尖端白口清晰,中间有疏松。若断口是银白色,并

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!" 孕育处理 孕育处理的作用主要是消除球化元素造成的白口倾 向,促使石墨析出,增加石墨球数,细化石墨球,提高 石墨球分布的均匀性。目前国内各厂采用孕育剂及孕育 方法的选择各有不同,有的采用一次孕育,也有的为了 克服因孕育衰退导致的孕育效果随时间减弱而采用二次 孕育(或叫瞬时孕育,也叫退后孕育) ,但不管采用何 种孕育,应着重采用各种瞬时孕育的方法。目前我厂采 用的孕育剂是硅钡孕育剂,孕育方法是采用小剂量瞬时 孕育及大块浮硅孕育。 #" 熔炼 用冲天炉熔化铁液生产铸态铁素体球墨铸铁件,必 须严格做到以下几点: (-)严格炉料管理,必须清楚并掌握新生铁、回炉 铁、焦炭和废钢等主要原材料的化学成分,严格配料。 (.)严格熔炼过程控制,确保原铁液化学成分稳 定,碳当量 54 的波动值应控制在 6 #$-& 以内,铁液出 炉温 度 一 般 要 求 -’.# + -1##7 , 浇 注 温 度 不 低 于 -*##7 。 (*)根据铸件质量要求,尽可能熔炼出低硫、磷及 低含气量的铁液,防止铁液氧化。 $" 球化处理工艺 (-)铁液包底修成凹坑式或堤坝式,堤坝高度要合 适,放入的球化剂和覆盖剂堆积高度与堤坝高度相等。 铁液包必须烘干、烘透,首包不得使用冷包,以后包次

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机床类铸件石墨粗大缺陷的 产生原因及解决措施

北京交通大学机械与电子控制工程学院

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赵文海

崔世海

韩建民

我厂自 !""# 年开始承揽机床类铸件的生产,主要 的工艺条件是采用呋喃树脂砂造型和制芯,并采用冲天 炉进行熔炼。在刚开始生产机床类铸件的过程中,厚大 的工作台面及导轨面等部位易产生石墨组织粗大缺陷, 加工后因表面粗糙而使铸件批量报废,造成了较大的经 济损失。为此,我们迅速成立由工程技术人员和技师组 成的攻关组,就机床铸件产生石墨粗大的原因进行反复 的分析和试验生产,并逐渐摸索出一些解决问题的办 法,取得了满意的效果。

有成片灰黑色形似针孔或“苍蝇脚”状且内含石墨粉的 微孔。加工过程中在表面上会有大量石墨粉撒落,并沾 污加工表面。另外,我们在废品件的机加工表面上直接 取样作金相分析,显微镜下观察其断面含有粗大石墨 片。根据上述分析,就可与铸铁件的缩孔、疏松、表面 针孔、夹渣及渣气孔等缺陷区别开来,使缺陷的解决有 针对性。 #" 缺陷产生原因 ($)结构设计方面 机床类铸件因其壁厚差较大, 重要的承载工作台面及导轨面的壁厚比其他处壁厚大 % & ’ 倍,因此,铸件凝固时各部位冷却速度的差异较大, 厚大部分冷却速度慢,凝固时间长,有利于石墨充分长 大,易产生石墨组织粗大缺陷。 (!)铸造工艺设计方面 铸造工艺和浇冒口系统设 计不当,造成铸件厚大部分冷却过慢。内浇道过于集 中,补缩冒口设置不当,以及厚大工作台面及导轨面部 分加工量偏大等均易造成石墨粗大缺陷。 (%)熔炼过程方面 ! 原材料选用不当,使用高牌 号生铁、高碳废钢,以及熔炼中化学成分控制不当,造

一、石墨粗大缺陷的分析及产生原因
!" 缺陷的分析 缺陷的定性分析是解决铸件质量问题的关键,如果 缺陷的定性错误,其解决问题的方法将截然相反。 石墨粗大又称为石墨集结或石墨针孔,多出现在铸 铁件厚大部位且均匀分布,为充满石墨粉的空洞。其金 相组织特征表现为粗大石墨片,通常在机加工后发现, 在加工面上表现为充满石墨粉的边缘粗糙的孔洞,呈灰 墨色,其断口晶粒粗大,常出现在铸件的上表面。 通过对废品件的机加工表面进行肉眼检查,可发现

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 有放射状花纹,则表明球化剂加入量偏高,产生的碳化 物较多,此时试块入水时发出“啪啪”的脆裂声,试片 轻击即断,且新击断的断口有很浓的电石气味,因此最 好在浇注时进行浮硅孕育;若断口呈银灰色,并有均匀 分布的小黑点,表明有蠕虫状石墨存在,需根据黑点的 多少补加球化剂;若断口呈黑色粗粒状,则表明球化失 败。 上述两种方法皆是利用球墨铸铁某一特性间接判断 球化情况,而生产中各种条件变化甚大,所述方法都有 局限性。而炉前快速金相观察可避免许多因素的干扰, 直接观察球化情况。

二、结语
铸态球墨铸铁是在铸态下不经热处理工序来获得所 要求的性能。在冲天炉熔炼条件下,必须重视和加强各 个环节、各道工序的管理,严格操作规程和工艺纪律, 加强炉前、炉后 的 质 量 监 督 和 理 化 检 测,只 要 做 到 这 些,就能稳定地获得各种基体组织的铸态球墨铸铁。
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