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高牌號灰鑄鐵熔煉的技術經驗

发布日期:2019-07-02 内容来源于:/

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一、孕育鑄鐵

在灰鑄鐵中,石墨是以片狀形式存在的,片狀石墨的存在,嚴重地破壞了鐵基體的性能。爲了提高機械性能,就必須減少石墨片的數量。孕育鑄鐵實質上就是通過減少石墨片數量並加入適量的孕育劑使共晶團細化的方法來獲得較高的力學性能。

灰鑄鐵中,主要元素爲C、Si、Mn、S、P。其中C、Si、P是促進石墨化元素,而Mn、S爲阻礙石墨化元素。爲了減少石墨片的數量,就必須降低C、Si、P的含量,同時提高Mn、S的含量,故其碳當量CE=C+1/3(Si+P)一般來說都較低,都屬于亞共晶鑄鐵Sc<1,但是由于碳在鑄鐵中以兩種形式存在,一種是遊離態的石墨;另一種是化合態的滲碳體,如果碳當量過低,那麽鑄鐵在冷卻過程中碳就會全部形成滲碳體,而使鑄鐵成爲白口鑄鐵,力學性能不佳。所以在生産孕育鑄鐵過程中,首先要進行化學成分分析,來選擇合適的碳當量,使碳元素在凝固過程中除形成滲碳體外,還要有少量石墨存在,以便使鑄鐵的內部組織出現珠光體,而獲得高的力學性能。

在實際生産孕育鑄鐵時,由于在原鐵液中還要加入矽基孕育劑,故在選擇原鐵水成分時一般是選擇其碳當量CE在白口區或麻口區邊緣的附近,這就要視所生産的孕育鑄鐵的牌號而定,然後稍加入孕育劑就會使灰口鑄鐵基體呈現細致的珠光體。

對于Mn和S元素,它們都是有利于形成珠光體的元素,在鐵液中Mn和S元素還會發生反應,生成MnS渣滓,故在生産孕育鑄鐵時,還需要增加Mn元素的含量。而對于S元素,就要視鑄件的實際結構狀況,在鑄件不産生裂紋的情況下,可以放寬對其的控制範圍,某些情況下,甚至于是人爲提高其含量。

至于孕育劑的加入方式,一種是在出鐵時加入,還有在澆注過程中隨流孕育或型內孕育,這就要視具體情況靈活掌握。由于孕育方式的不同,孕育劑的加入量也會有所變化。

孕育過程是對原鐵水短時間的一種作用,故對鐵水的澆注時間必須加以限制,如果澆注時間過長就會失去孕育效果,使鑄件的力學性能降低。

二、稀土合金鑄鐵

在生産孕育鑄鐵時,需配入大量的廢鋼,如果利用沖天爐進行熔煉有時可能會有困難,況且由于鑄造業的發展,廢鋼供不應求,有時會直接影響生産。爲此我們必須考慮一種新的生産方案,在不用或少用廢鋼的情況下生産高牌號灰口鑄鐵,那麽這種工藝就是利用稀土合金進行對高牌號灰口鑄鐵的熔煉。首先我們來了解一下稀土合金的作用:

(1)稀土元素是強脫硫劑。

(2)殘留在鐵水中的稀土元素會使灰口鑄鐵的石墨形態發生明顯改變。

(3)稀土能使鑄鐵結晶過冷度加大,妨礙凝固過程石墨化,增加白口傾向。

孕育鑄鐵碳當量較低,均屬于亞共晶鑄鐵,而稀土灰鐵則不然,其屬于是共晶或過共晶鑄鐵。因爲在亞共晶鑄鐵中加入稀土元素,凝固時共晶石墨要在奧氏體枝晶間析出,由于稀土對鑄鐵結晶時的過冷作用大,這種枝晶間石墨常以過冷石墨析出,故機械性能惡化。而對于共晶或過共晶鑄鐵情況就有所不同,稀土元素在加入後會使鑄鐵組織發生明顯的變化。在加入少量稀土合金時,石墨仍爲片狀,只不過分布稍均勻而已,繼續增加稀土合金達到一定數值時,石墨形狀會發生急劇的變化。變成短而粗的蠕蟲狀,並有少量球團狀石墨,繼續增加稀土元素,則蠕蟲狀石墨比例將會減少,而球團狀石墨逐漸增多。達到一定程度時,則由于它的過冷作用強,在基體中會出現部分萊氏體組織,這種組織上的變化必然引起機械性能的變化。如果在此基礎上增加稀土量,則基體中萊氏體量就會增多,機械性能將有所下降。

綜上所述,要想利用稀土元素熔煉高牌號灰口鑄鐵,其所必備的兩個條件是:

其一,原鐵液必須是共晶或過共晶成分,其碳當量CE=4.3%-4.8%。

其二,用稀土合金處理後的鐵水中,必須殘留一定量的稀土元素,經多次測定,殘留Re=0.06%-0.1%。

因爲稀土是強脫硫劑,故加入稀土合金處理後的鐵水一般含S量都比較低,大約在0.01%-0.02%左右。

此外在熔煉稀土灰鐵時,爲了增加基體中珠光體的含量,通常還需要配以一定數量的Mn,Mn一般取在0.5%-1.5%之間。

實際生産中,爲了確保稀土灰鐵的質量,必須要對處理後的鐵水進行爐前取樣檢驗,通常采用三角試塊。試樣斷口以頂部及兩側有輕微縮凹,斷口呈銀灰色,組織致密,中心有輕微縮松並且試樣尖端有一定白口寬度者爲最佳。如果三角試塊頂部及兩側有較大縮凹,中心縮松明顯,斷口呈銀灰色,白口寬度亦很大,則說明稀土合金加入過量,應降低其加入量,同時要強化孕育;反之,則說明稀土合金加入量不足,應適當加大稀土合金加入量,以便使斷口的白口寬度達到一定的數值。

經過多次試驗,利用稀土合金熔煉高牌號灰口鑄鐵是完全可行的,其抗拉強度一般均≥350MPa。

以上是生産高牌號灰口鑄鐵的兩種方法,當然還有其他熔煉高牌號灰口鑄鐵的方法,如加入一定量的Cu、Ni、Cr等合金元素對鑄鐵實施合金化。不管怎樣,我們只有在工作中不斷探索,不斷認識新事物,才能提高我們的專業知識水平,更好地爲生産服務。

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