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安陽(yáng)市海鋼冶金耐材有限公司
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高強(qiáng)度與收縮一直是矛盾存在,高強(qiáng)度灰鑄鐵的收縮傾向技術(shù)解讀
高強(qiáng)度與收縮一直是一對(duì)矛盾,生產(chǎn)高強(qiáng)度的鑄件,收縮傾向大,收縮問(wèn)題如果不能很好解決,應(yīng)付產(chǎn)生大量的收縮廢品缺陷。解決材料的收縮問(wèn)題,總的原則是要有較高的碳硅當(dāng)量。高碳硅當(dāng)量加合金化的工藝比低碳硅當(dāng)量少加合金的工藝收縮傾向小,因此,應(yīng)當(dāng)在選擇高碳硅量前提下,開發(fā)提高性能的新技術(shù)。
減少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(yīng)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)觀念轉(zhuǎn)變,傳統(tǒng)的觀念是認(rèn)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(qū),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(yīng)該產(chǎn)生的膨脹作用削弱,因此使鐵液凝固過(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?gòu)?qiáng)度性能低。
同樣成分做過(guò)對(duì)比試驗(yàn),性能低半個(gè)排號(hào)。
②收縮傾向大。
同樣條件下,比廢鋼增碳工藝收縮大。
對(duì)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(jié)。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(biāo)。
對(duì)于沖天爐熔煉:高溫熔煉是最關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo),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。
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(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(jié)晶核心的數(shù)量,促進(jìn)石墨化,少量的孕育(0.2%~0.4%)就可以達(dá)到這個(gè)目的。從工藝控制來(lái)說(shuō),孕育量應(yīng)該相應(yīng)穩(wěn)定,不能有過(guò)大的變化。這就要求原鐵液的硅量也要相應(yīng)穩(wěn)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(qiáng)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(qiáng)化作用,對(duì)提高強(qiáng)度有利,也對(duì)減少鑄件收縮有利 。
⑶合金化的方法對(duì)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(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(xiàn)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(yīng)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(duì)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(yàn)。要控制澆注溫度在合理的范圍內(nèi)是非常重要的,澆注溫度如果高于工藝規(guī)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(xiàn)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(xiàn)快速熔煉。現(xiàn)在國(guó)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(nèi)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(yīng)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(yán)格控制好澆注溫度,用電爐熔煉生產(chǎn)復(fù)雜的缸體、缸蓋鑄件也很有優(yōu)勢(shì)。