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大斷面球墨鑄鐵件的質(zhì)量控制措施 球墨鑄鐵自從1947年問(wèn)世以后，大體經(jīng)歷了十年的過(guò)程，便以一種新型的工業(yè)金屬材料投人了工業(yè)生產(chǎn)，并得到了快速的發(fā)展，生產(chǎn)比例不斷增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2005年度世界球鐵件產(chǎn)量已達(dá)到1959萬(wàn)噸，我國(guó)球鐵件產(chǎn)量達(dá)到583萬(wàn)噸。美國(guó)雜志《M0dernCasting》預(yù)測(cè)，從2004到2008，全球球墨鑄鐵件產(chǎn)量的年增長(zhǎng)率達(dá)到3.8％，高于全球金屬鑄件產(chǎn)量的年平均增長(zhǎng)率，位居第二。球鐵產(chǎn)量之所以能迅速發(fā)展的一個(gè)重要原因是，隨著制造業(yè)的發(fā)展，厚大斷面球鐵在冶金、機(jī)械、交通運(yùn)輸及核燃料儲(chǔ)運(yùn)等方面得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，需求量迅猛增加。 一般認(rèn)為，鑄件壁厚l00mm以上的球墨鑄鐵件稱為大斷面球墨鑄鐵件。大斷面球鐵件尺寸大，重量大，壁厚大，鑄造時(shí)的熱容量大，凝固緩慢，極易造成球化衰退與孕育衰退，從而導(dǎo)致鑄件的組織和基體發(fā)生變化，特別是在鑄件的心部更加嚴(yán)重。主要表現(xiàn)為石墨球粗大，石墨球數(shù)量減少，石墨漂浮，石墨球產(chǎn)生畸變，形成各種非球狀石墨，主要有偽片狀、蠕蟲狀。爆裂狀和碎塊狀。同時(shí)由于凝自時(shí)溶質(zhì)元素的再分配還會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的元素偏析及晶間碳化物、反白口等一系列問(wèn)題，其結(jié)果使得球墨鑄鐵的力學(xué)性能變差，特別是延伸率和塑性明顯降低，從而制約了大斷面球墨鑄鐵的推廣使用。隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，在技術(shù)條件上，對(duì)大型球鐵件的內(nèi)外在質(zhì)量要求越來(lái)越高，鑄造工作者面臨新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。 針對(duì)大斷面球鐵生產(chǎn)中存在的問(wèn)題，鑄造工作者提出了多種質(zhì)量控制措施，現(xiàn)從以下幾方面進(jìn)行介紹。 1加快冷卻速度 鑄造大型球墨鑄鐵件的關(guān)鍵工藝措施之一是加快鑄件的冷卻。通過(guò)各種冷卻手段，縮短凝固時(shí)間，有效控制大斷面球鐵鑄件的質(zhì)量。一些研究結(jié)果認(rèn)為，鐵液的凝固時(shí)間應(yīng)控制在2h之內(nèi)。對(duì)大斷面球鐵鑄件，各種型砂都難于滿足快速冷卻的要求。提高冷卻速度的常規(guī)辦法是加冷鐵，強(qiáng)制冷卻、冷鐵和強(qiáng)制冷卻配合應(yīng)用。 1)加冷鐵冷鐵的熱導(dǎo)率大，蓄熱能力強(qiáng)，是應(yīng)用最廣的加強(qiáng)冷卻材料。冷鐵工作面第一次使用前要加工，不得有氣孔、砂眼等缺陷，重復(fù)使用時(shí)必須把工掰彩作面磨光且干燥處理，根據(jù)實(shí)際情況控制冷鐵使用次數(shù)。實(shí)驗(yàn)表明，冷鐵只能在一定范圍內(nèi)起作用，鑄件壁厚尺寸太大時(shí)，仍然不能消除碎塊狀石墨。 2)強(qiáng)制冷卻強(qiáng)制冷卻是指使用水冷或水、汽冷或空氣冷等強(qiáng)制措施，強(qiáng)化鑄件凝固，減少凝固時(shí)間，保證需要的結(jié)晶組織。但在使用時(shí)，一定要注意強(qiáng)制水冷的安全性。 3)冷鐵與強(qiáng)制冷卻配合為了能夠充分發(fā)揮冷鐵的冷卻作用，特別是石墨冷鐵的冷卻作用，可在冷鐵的內(nèi)部或外表面采用強(qiáng)制冷卻措施。最常用的冷卻介質(zhì)是空氣、霧化水、液氧和水，選用哪種介質(zhì)進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，需依具體條件而定。例如，齊齊哈爾二機(jī)床企業(yè)集團(tuán)鑄造分廠，在進(jìn)行大斷面高伸長(zhǎng)率球墨鑄鐵制造研究過(guò)程中，采用在冷鐵中間放置通氣管，造型時(shí)將冷鐵按位置安放好并接通管路，澆注時(shí)將壓縮空氣通人管道中連續(xù)供氣，顯著加快鑄件的冷卻速度并保證石墨形態(tài)，取得了良好的效果。 4)加懸浮劑澆注時(shí)加入懸浮劑均勻分布于鐵水內(nèi)部，起到“內(nèi)冷鐵”的作用。通常的懸浮鑄造工藝應(yīng)考慮介質(zhì)的顆粒大小、比重、成份等物化性能，鐵液的溫度、流動(dòng)性以及采用的懸浮劑性能等工藝參數(shù)，其加入量一般不超過(guò)5％，但對(duì)于厚大斷面球鐵，由于保持液態(tài)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，在選擇合適微型鐵的基礎(chǔ)上，加入量可以增加至10％。有實(shí)驗(yàn)證明，粒度為5.7mm，成分接近大斷面球鐵模擬試樣的化學(xué)成分的白口組織的鐵丸作為微型冷鐵加人到金屬液中，可有效地抑制大斷面球鐵的球化衰退，改善組織的均勻性及其雜質(zhì)元素的分布形態(tài)，提高機(jī)械性能。 2嚴(yán)格控制化學(xué)成分 大斷面球墨鑄鐵件的生產(chǎn)要求嚴(yán)格控制化學(xué)成分。 1)碳當(dāng)量碳當(dāng)量高易產(chǎn)生石墨漂浮，但過(guò)低又易產(chǎn)生縮孔縮松等缺陷。從改善鐵液鑄造性能考慮。盡量使鐵液的碳當(dāng)量接近共晶點(diǎn)。而由于球化元素的影響，球鐵的共晶點(diǎn)右移至4.6％--4.7％。有人認(rèn)為，控制碳當(dāng)量在4.1％一4.3％較為適宜。一般控制w(c)在3.4％～3.7％，例如文獻(xiàn)介紹，在Φ6001500mm大斷面球墨鑄鐵件試制過(guò)程中，速擇w(c)為3.5％-3.7％，也取得了良好的效果。2)Si硅一方面具有促進(jìn)石墨化、提高鐵索體含量的作用，另一方面又有促進(jìn)球化衰退、導(dǎo)致低溫脆性、促進(jìn)碎塊狀石墨形成的作用。多數(shù)研究認(rèn)為厚大斷面球鐵中，硅量應(yīng)限制在1.8％一2.2％。 3)Mn錳是促進(jìn)碳化物形成元素且易產(chǎn)生偏析，尤其是在厚大斷面中，偏析非常嚴(yán)重，富集在晶界上，降低厚大斷面的機(jī)械性能，須加控制。一般在厚大斷面球鐵中錳量應(yīng)控制在0.1％～0.4％，鐵素體球墨鑄鐵取下限，珠光體球墨鑄鐵取上限。 4)P磷易產(chǎn)生偏析，形成磷共晶，引起鑄件的脆性，降低韌性，因而其含量應(yīng)越低越好，最好在0.02％以下。 5)S硫是公認(rèn)的有害元素，應(yīng)盡量低。需要采取一定的鐵液預(yù)脫硫措施來(lái)降低鐵液的含硫量。但也有研究表明，為保證球化良好，原鐵液w(s)不宜過(guò)低。 6)Mg和RE鎂和稀土都屬球化元素。鎂是主要的球化元素，過(guò)量出現(xiàn)白口，在保證球化質(zhì)量的前提下，應(yīng)控制殘留余量在0.08％以下，一般取0.044％一0.06％；稀土具有和鎂一樣的球化能力，同時(shí)還具有脫氧、去硫、除氣，中和球化干擾元素鉛、欽、啼、銻、秘等的作用，凈化鐵水，促進(jìn)石墨化。殘余量過(guò)高會(huì)引起白口化，惡化石墨形狀，一般控制在0.025％以下。 3添加微量合金元素 大量的研究表明，在大斷面球鐵中，與稀土元素按一定比率加人鉍、銻，可有效地改善石墨形態(tài)，增加石墨球數(shù)，減少或消除大斷面球鐵鑄件心部的變異石墨，改善球鐵性能。 1)Bi眾多文獻(xiàn)認(rèn)為：微量鉍和適量的稀土合理搭配，能顯著提高大斷面球鐵球化率，增加石墨球數(shù)。一項(xiàng)研究表明，加入0.002％Bi并采用型內(nèi)孕育處理，可顯著增加石墨球數(shù)。另外，文獻(xiàn)介紹，大斷面球鐵中，加入0.005％Bi可有效地細(xì)化石墨、提高球化率和石墨球數(shù)，改善球化級(jí)別，防止和減少異形石墨的形成。加Bi后球鐵基體中鐵素體量增多，因此可用于生產(chǎn)以鐵素體基體為主的高韌性球鐵鑄件。 2)Sb大斷面球鐵中，銻對(duì)球化率和石墨球數(shù)的影響與鉍相同。有研究證明，向鐵水中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(2010-6--5010-6)的Sb，即使w(si)高達(dá)2.5％也不會(huì)出現(xiàn)碎塊狀石墨。與鉍不同的是，銻強(qiáng)烈促使基體中形成珠光體。加入微量銻后，基體中珠光體量大幅增多，強(qiáng)度、硬度明顯增加。因此可用在以珠光體基體為主的高強(qiáng)度球鐵鑄件的生產(chǎn)中。 4合適的球化處理和孕育處理 適用于大斷面球鐵的球化劑與通常使用的球化劑沒有什么本質(zhì)上的區(qū)別。文獻(xiàn)認(rèn)為，處理大斷面球墨鑄鐵的球化劑加入量應(yīng)較普通球墨鑄鐵多，但這將帶來(lái)一些副作用。球化劑中需加入有生核及抗衰退的微量元素。重稀土球化能力較輕稀土強(qiáng)，抗衰退能力強(qiáng)，但比使用輕稀土成本要高一些，根據(jù)我國(guó)原材料資源條件及熔煉條件來(lái)看，采用輕、重稀土并用是合理的選擇。但如果對(duì)材質(zhì)要求不是特別高時(shí)，單獨(dú)合理使用普通稀土球化劑也可以滿足要求。例如，一汽無(wú)錫柴油機(jī)廠，在高質(zhì)量注塑機(jī)模板類厚大斷面球鐵件生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)中，采用輕稀土加銻球化劑，取得了良好的效果。球化處理時(shí)要控制起爆時(shí)間、反應(yīng)速度和反應(yīng)時(shí)間。球化處理采用沖人法，是簡(jiǎn)便、靈活且最經(jīng)濟(jì)的方法，國(guó)外也廣泛采用。 合理的孕育處理是增加石墨球數(shù)的重要而有效的途徑，因此當(dāng)前球鐵生產(chǎn)中十分重視瞬時(shí)孕育技術(shù)的開發(fā)。孕育劑的選擇應(yīng)與相應(yīng)的球化劑配合。孕育劑中也應(yīng)有抗衰退元素。據(jù)文獻(xiàn)介紹，鍶、鋇的加入對(duì)加強(qiáng)孕育、減緩球化衰退的作用較大，長(zhǎng)效孕育劑適用于厚大件。一般認(rèn)為，多級(jí)大劑量孕育有利于提高普通球墨鑄鐵質(zhì)量，但文獻(xiàn)認(rèn)為，多級(jí)大劑量孕育不僅不能消除碎塊狀石墨，反而助長(zhǎng)了碎塊狀石墨的產(chǎn)生。近年來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是減少孕育量，減少孕育次數(shù)，孕育時(shí)間盡量短(即瞬時(shí)孕育)。孕育方法則應(yīng)以最臨近澆注為原則，采用型內(nèi)孕育、澆口杯孕育絲孕育以及隨流孕育效果最佳。此外，要采取合理的澆注工藝，鐵液進(jìn)入鑄型應(yīng)平穩(wěn)充滿，澆注溫度不宜太高。 大斷面球鐵的凝固結(jié)晶特點(diǎn)對(duì)其鑄造工藝提出了獨(dú)特的要求，要想獲得到尺寸精確、內(nèi)部致密、球化良好、石墨及晶粒細(xì)化的大斷面鑄件，在已有質(zhì)量控制措施的基礎(chǔ)上，還需進(jìn)行不斷探討 第 6 頁(yè) 共 6 頁(yè)