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如何減小鑄鐵平臺等灰鐵鑄件的收縮傾向

發(fā)表時(shí)間:2023年02月14日【

 減少鑄鐵平臺等灰鐵鑄件收縮具體的措施可以從以下方面考慮:

⑴促進(jìn)石墨化的工藝措施是減少鐵液收縮的最好措施。
電爐熔煉:增碳技術(shù)的應用是解決鐵液收縮的關(guān)鍵技術(shù)。由于鐵液凝固過(guò)程中的石墨析出產(chǎn)生石墨化膨脹作用,良好的石墨化會(huì )減少鐵液的收縮傾向,因此,增碳技術(shù)是最好的工藝。
由于加入增碳劑提高了鑄鐵平臺等灰鐵鑄件鐵液的石墨化能力,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(gè)觀(guān)念轉變,傳統的觀(guān)念是認為多加廢鋼會(huì )增大鐵液的收縮傾向,這樣我們就容易走入一個(gè)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(diǎn)是:生鐵中有許多粗大的過(guò)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(tài)遺傳到了固態(tài),使凝固過(guò)程中本來(lái)由于石墨析出應該產(chǎn)生的膨脹作用削弱,因此使鑄鐵平臺等灰鐵鑄件鐵液凝固過(guò)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(diǎn)就是:
①強度性能低。
同樣成分做過(guò)對比試驗,性能低半個(gè)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(shù)的核心是使用高品質(zhì)的增碳劑。采用廢鋼增碳工藝,增碳劑就成為增碳工藝中最重要的環(huán)節。增碳劑質(zhì)量的好壞決定了鐵液質(zhì)量的好壞,增碳工藝能否獲得好的石墨化效果,減少鑄鐵平臺等灰鐵鑄件鐵液收縮,主要取決于增碳劑:
① 增碳劑一定要選用經(jīng)過(guò)高溫石墨化處理的增碳劑。。
只有經(jīng)過(guò)高溫石墨化處理,碳原子才能從原來(lái)的無(wú)序排列變成片狀排列,片狀石墨才能成為石墨形核的最好核心,促進(jìn)石墨化。
②好的增碳劑含硫都非常低,w(S)小于0.03%是一個(gè)重要的指標。
對于沖天爐熔煉:高溫熔煉是最關(guān)鍵的技術(shù)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(lái)的碳有更好的石墨化作用,反映在鑄鐵平臺等灰鐵鑄件上,就是石墨的形態(tài)更好,分布更均勻。石墨的形態(tài)好,就會(huì )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。
鑄鐵平臺等灰鐵鑄件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(diǎn),然后用很大的孕育量孕育,這種做法并不科學(xué):大量的孕育是不可取的,這會(huì )增大收縮傾向。孕育是為了增加結晶核心的數量,促進(jìn)石墨化,少量的孕育(0.2%~0.4%)就可以達到這個(gè)目的。從工藝控制來(lái)說(shuō),孕育量應該相應穩定,不能有過(guò)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(fā)揮硅固溶強化基體的作用,性能反而不降低。目前比較科學(xué)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(fā)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(zhù)加入量的增加,性能會(huì )一直提高。鉻的白口傾向比較大,這是大家最顧忌的問(wèn)題。加入量太大,會(huì )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(guò)0.35%,提高原鐵液中的鉻量會(huì )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(huì )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(huì )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(jià)格昂貴,加鉬會(huì )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鑄鐵平臺等灰鐵鑄件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(jīng)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(huì )大幅增加。生產(chǎn)中要注意這樣一種現象,沒(méi)有自動(dòng)保溫功能的電爐,可能會(huì )使鐵液溫度升高,第一包鐵液的澆注溫度會(huì )低一些,隨后溫度會(huì )越來(lái)越高,如果不加以控制,就有可能產(chǎn)生收縮廢品。生產(chǎn)中第一包鐵液要燙包,燙好的包再用,而且第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(chǎn)生收縮廢品的關(guān)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(huì )增大收縮傾向。為了降低鐵液氧化,沖天爐熔煉就要實(shí)現快速熔煉?,F在國外的先進(jìn)電爐熔煉技術(shù)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(shí)間,氧化傾向大幅降低,同時(shí)由于電爐增碳技術(shù)的應用,使鐵液的氧化進(jìn)一步降低,所以電爐熔煉也可以生產(chǎn)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(chǎn)復雜的缸體、缸蓋鑄件也很有優(yōu)勢。
 
(5)HT250及高牌號鑄鐵平臺等灰鐵鑄件的生產(chǎn)技術(shù)
隨著(zhù)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(mǎn)足大功率的需要。這給生產(chǎn)帶來(lái)了相當大的難度。常規的提高材料性能的一些工藝措施會(huì )增大鑄鐵的收縮傾向,產(chǎn)生過(guò)高的廢品率。
蠕墨鑄鐵是大功率柴油機缸體、缸蓋材料的發(fā)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(guān)鍵的問(wèn)題。另外,如何保證鑄鐵平臺等灰鐵鑄件不同壁厚都能有很好的蠕化率,這方面還沒(méi)有完全過(guò)關(guān),仍需研究。
HT300灰鑄鐵缸體我們已經(jīng)可以穩定生產(chǎn),對HT350及更高牌號灰鑄鐵的生產(chǎn)技術(shù),我們也正在進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究,采取的措施是在保持高碳硅量的基礎上,采用變質(zhì)處理技術(shù),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(kāi)發(fā)了新的變質(zhì)處理技術(shù),用GF3580變質(zhì)劑進(jìn)行處理,在不加鉬鐵的情況下,試棒性能超過(guò)加鉬,最高的性能達到了HT400以上。同時(shí)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(méi)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(shù)目前正在進(jìn)行批量生產(chǎn)驗證試驗,許多方面需要進(jìn)行考核,還不能說(shuō)是成熟的技術(shù)。但從現有的技術(shù)指標來(lái)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(chǎn)技術(shù)可以生產(chǎn)復雜缸體、缸蓋時(shí),鑄鐵平臺等灰鐵鑄件鑄鐵的生產(chǎn)技術(shù)將會(huì )產(chǎn)生重大飛躍。
 
 
 
 
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