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      高強度灰鑄鐵的收縮傾向技術

      點擊次數:570發布時間:2021-11-20

      高強度與收縮一直是矛盾存在,分享高強度灰鑄鐵的收縮傾向技術

      高強度與收縮一直是一對矛盾,生產高強度的鑄件,收縮傾向大,收縮問題如果不能很好解決,應付產生大量的收縮廢品缺陷。解決材料的收縮問題,總的原則是要有較高的碳硅當量。高碳硅當量加合金化的工藝比低碳硅當量少加合金的工藝收縮傾向小,因此,應當在選擇高碳硅量前提下,開發提高性能的新技術。

      減少收縮具體的措施可以從以下方面考慮:

      ⑴促進石墨化的工藝措施是減少鐵液收縮措施。

      電爐熔煉:增碳技術的應用是解決鐵液收縮的關鍵技術。由于鐵液凝固過程中的石墨析出產生石墨化膨脹作用,良好的石墨化會減少鐵液的收縮傾向,因此,增碳技術工藝。

      由于加入增碳劑提高了鐵液的石墨化能力,因此,采用全廢鋼熔煉加增碳劑的工藝,鐵液的收縮傾向反而更小。這是非常重要的一個觀念轉變,傳統的觀念是認為多加廢鋼會增大鐵液的收縮傾向,這樣我們就容易走入一個誤區,不愿意多用廢鋼,而喜歡多用一些生鐵。

      多用生鐵的缺點是:生鐵中有許多粗大的過共晶石墨,這種粗大的石墨具有遺傳性,如果低溫熔煉,粗大的石墨難以消除,粗大的石墨從液態遺傳到了固態,使凝固過程中本來由于石墨析出應該產生的膨脹作用削弱,因此使鐵液凝固過程中的收縮傾向增大,粗大的石墨又必然降低了材料的性能。因此,與用廢鋼增碳工藝相比,大量用生鐵的缺點就是:

      ①強度性能低。

      同樣成分做過對比試驗,性能低半個排號。

      ②收縮傾向大。

      同樣條件下,比廢鋼增碳工藝收縮大。

      對于電爐熔煉,增碳技術的核心是使用高品質的增碳劑。采用廢鋼增碳工藝,增碳劑就成為增碳工藝中重要的環節。增碳劑質量的好壞決定了鐵液質量的好壞,增碳工藝能否獲得好的石墨化效果,減少鐵液收縮,主要取決于增碳劑:

      ① 增碳劑一定要選用經過高溫石墨化處理的增碳劑。。

      只有經過高溫石墨化處理,碳原子才能從原來的無序排列變成片狀排列,片狀石墨才能成為石墨形核的核心,促進石墨化。

      ②好的增碳劑含硫都非常低,w(S)小于0.03%是一個重要的指標。

      對于沖天爐熔煉:高溫熔煉關鍵的技術指標,高溫熔煉可以有效消除生鐵粗大石墨的遺傳性。高溫熔煉可以提高滲碳率,減少配料中的生鐵加入量。以滲碳方式獲得的碳活性好,要比多加生鐵帶來的碳有更好的石墨化作用,反映在鑄件上,就是石墨的形態更好,分布更均勻。石墨的形態好,就會提高材料的性能,包括切削性能,而 石墨化效果好,就能減少鐵液的收縮傾向。

       

      ⑵提高原鐵液的硅量,控制孕育量。

      灰鑄鐵中的硅一部分是原鐵液中的硅,一部分是孕育帶入的硅。

      許多人喜歡原鐵液中的硅低點,然后用很大的孕育量孕育,這種做法并不科學:大量的孕育是不可取的,這會增大收縮傾向。孕育是為了增加結晶核心的數量,促進石墨化,少量的孕育(0.2%~0.4%)就可以達到這個目的。從工藝控制來說,孕育量應該相應穩定,不能有過大的變化。這就要求原鐵液的硅量也要相應穩定。提高原鐵液的硅量,既可以減少白口和收縮傾向,又能發揮硅固溶強化基體的作用,性能反而不降低。目前比較科學的做法是提高灰鑄鐵原鐵液的含硅量,孕育量控制在0.3%左右,這樣可以發揮硅的固溶強化作用,對提高強度有利,也對減少鑄件收縮有利 。

      ⑶合金化的方法對鐵液收縮有很大影響。

      合金化能有效提高鑄鐵的性能,我們常用的合金元素是鉻、鉬、銅、錫、鎳。

      鉻:鉻能有效地提高灰鑄鐵的性能,隨著加入量的增加,性能會一直提高。鉻的白口傾向比較大,這是大家顧忌的問題。加入量太大,會出現碳化物。至于鉻量的上限如何控制,不同的加鉻工藝,上限有所不同,如果鉻加入到原鐵液中,其上限不要超過0.35%,提高原鐵液中的鉻量會使鐵液白口傾向和收縮傾向加大,非常有害。

      另一種加鉻的工藝不是提高 原鐵液鉻是,而是將鉻加入到鐵液包中,用沖入法沖入,這種工藝會大大減少鐵液的白口和收縮傾向,同前一種工藝相比,同樣的鉻量,白口和收縮傾向會減少一半以上,這種加鉻方式,鉻的上限可以控制到0.45%。

       

      鉬:鉬的特性與鉻非常相似,不再作具體描述。由于鉬的價格昂貴,加鉬會大幅度增加成本。因此,應盡可能少加鉬,多加一些鉻。

      用沖入法加鉻、加鉬是減少合金化收縮的有效措施。

       

      ⑷鐵液澆注溫度對收縮的影響。

      溫度高鐵液收縮傾向大,這是大家都有的經驗。要控制澆注溫度在合理的范圍內是非常重要的,澆注溫度如果高于工藝規定的合理的溫度20~30℃,收縮傾向就會大幅增加。生產中要注意這樣一種現象,沒有自動保溫功能的電爐,可能會使鐵液溫度升高,di一包鐵液的澆注溫度會低一些,隨后溫度會越來越高,如果不加以控制,就有可能產生收縮廢品。生產中di一包鐵液要燙包,燙好的包再用,而且di一包鐵液澆注溫度要控制在下限,不要在上限,防止溫度不斷升高。電爐熔煉控制好澆注溫度,是防止鑄件產生收縮廢品的關鍵措施。

       

      ⑸鐵液氧化傾向不容忽略:氧化大、收縮大。

      鐵液氧化傾向大是非常有害的,也會增大收縮傾向。為了降低鐵液氧化,沖天爐熔煉就要實現快速熔煉?,F在國外的電爐熔煉技術可以做到加入的鐵料在幾分鐘內快速熔化,大大縮短了鐵料在高溫氧化階段的時間,氧化傾向大幅降低,同時由于電爐增碳技術的應用,使鐵液的氧化進一步降低,所以電爐熔煉也可以生產出低氧化、低收縮的鐵液。只要嚴格控制好澆注溫度,用電爐熔煉生產復雜的缸體、缸蓋鑄件也很有優勢。

       

      HT250及高牌號灰鑄鐵的生產技術

      隨著柴油機功率的增大,對灰鑄鐵缸體、缸蓋材料的性能要求也不斷提高,從HT250的牌號,提高到HT300,甚至達到HT350,以滿足大功率的需要。這給生產帶來了相當大的難度。常規的提高材料性能的一些工藝措施會增大鑄鐵的收縮傾向,產生過高的廢品率。

      蠕墨鑄鐵是大功率柴油機缸體、缸蓋材料的發展方向,但蠕墨鑄鐵的切削性能差,同灰鑄鐵相比相差2~3倍,這是制約蠕墨鑄鐵應用的很關鍵的問題。另外,如何保鑄件不同壁厚都能有很好的蠕化率,這方面還沒有過關,仍需研究。

      HT300灰鑄鐵缸體我們已經可以穩定生產,對HT350及更高牌號灰鑄鐵的生產技術,我們也正在進行開發研究,采取的措施是在保持高碳硅量的基礎上,采用變質處理技術,不增加合金用量,但可以獲得非常高的強度,鐵液的收縮傾向仍然很小。

      具體做法是:原工藝碳硅當量(CE)約為4.0%,合金含量(wB)為0.2%Cr,0.3%Mo,0.5%Cu,0.04%Sn,試棒性能可以達到HT350。

      由于鉬成本太高,我們開發了新的變質處理技術,用GF3580變質劑進行處理,在不加鉬鐵的情況下,試棒性能超過加鉬,性能達到了HT400以上。同時考察了鐵液的白口和收縮傾向,由于碳硅量較高,而合金量并沒有增加,所以鐵液白口和收縮傾向不大,這就很好地解決了強度和收縮的矛盾。

      該技術目前正在進行批量生產驗證試驗,許多方面需要進行考核,還不能說是成熟的技術。但從現有的技術指標來看,灰鑄鐵在不增加鐵液收縮傾向的前提下,提高性能仍然有很大的潛力,當HT350及更高牌號灰鑄鐵生產技術可以生產復雜缸體、缸蓋時,鑄鐵的生產技術將會產生重大飛躍。

       



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