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如何預防中頻爐熔煉鐵液易産生的鑄造缺陷?

作者:本站      時間:2019-07-29

江蘇常發集團鑄造事業部成功地對熔煉工藝進行了技術改造,拆除了高能耗高污染的沖天爐,安裝了48t65t中頻爐。不僅提高了生産效率、鑄件質量和成品率,而且改善了環境,降低了工人勞動強度。在工藝改造的過程中,發現中頻爐鐵液與沖天爐鐵液的特性存在許多差異。中頻爐熔煉的鐵液純淨度高,鐵液溫度和成分容易控制,但也存在很多不良的特性。我們對實際生産過程中存在的問題進行研究,分析了産生缺陷的原因,提出了解決對策。

 

中頻爐熔煉鐵液不良特性:中頻爐鐵液與沖天爐鐵液相比晶核數量少,過冷度增加,白口傾向大;在亞共晶灰鑄鐵中,A型石墨數量極易減少,D,E型石墨增加,并且使DE型石墨伴生的鐵素體數量增加,珠光體數量減少;具有較大的收縮傾向,鑄件厚壁處易産生縮孔或縮松現象,薄壁處易産生白口和硬邊開裂等鑄造缺陷。具體鑄件的缺陷表現:單缸機機體、拖拉機箱體壁厚較大處出現縮裂,而且上下型硬度差大于30HBS以上,鑄件應力增大;多缸機缸體出現厚壁處與薄壁處裂紋,齒輪箱蓋、排氣管等小件白口嚴重,料硬、裂紋比例增大;飛輪鑄件上表面有縮凹與内澆道反縮現象;大部分鑄件不同程度出現石墨形态不良,珠光體含量低、力學性能不合格缺陷;球墨鑄鐵件拖拉機前橋、末端殼體等厚壁處出現反白口等。

 

正常生産HT200HT250以上牌号鑄鐵,廢鋼配比正常30%~40%以上,所以硫含量正常為0.02%~0.04%,此時由于硫低共晶團數減少,即成核率很小。随着硫量增加,共晶團數急劇增加,含硫量為0.06%~0.08%左右時共晶數增加減緩,分析認為由于硫化物含量低,形核能力弱、晶核數量少,白口增大,A型石墨少,DE型石墨增加。所以使用增硫劑能有效克服鐵液形核能力弱、晶核數量少的發生。一般增硫含量至0.06%~0.08%,此時鑄件金相組織全部為A型石墨,且長度為2~3級經孕育後為4~5級,珠光體含量為90%以上,由于成分穩定,石墨形态與基體組織改善,減少了裂紋、縮松、縮孔等缺陷,力學性能也得到相應的提高。在不加其他合金元素的前提下,準30mm試棒抗拉強度均在250MPa左右,布氏硬度在185~220HB之間,高于HT200要求.

 

為了确保鑄件力學性能必須按合成鑄鐵配料,大量使用廢鋼與回爐鐵,少用新生鐵,同時還要保證化學成分,因此增碳比例一般在30%以上,對增碳劑選用與使用方法[1]必須謹慎。增碳劑必須選用高溫處理過的石墨型,如使用非石墨型增碳劑,很有可能改變形核能力。形核能力可能過量或不足緻結晶過程發生變化,碳化物改變鑄鐵金相組織,石墨化度降低,白口深度加大。特别是球墨鑄鐵件必須選用低硫石墨型增碳劑,因為硫不但阻礙球墨化,而且阻礙增碳劑吸收,從而影響球墨數量。增碳劑的使用必須遵循3個原則:(1)鐵液過熱溫度增碳劑大量吸收一般在1420以上,所以鐵液過熱溫度不能太低,一般在1500~1550,此時各種化合物基本分解。鑄件力學性能達最高值。(2)鐵液攪拌增碳劑與鐵液接觸表面積增大,吸收率又快又高,因此,正常情況增碳劑應在熔煉前加入。鐵液表面加入或吊包加入效果非常不理想。(3)時間增碳劑吸收率與時間延長成正比,一般在高溫保溫10min左右就能完全吸收。

 

中頻爐熔煉往往會出現鐵液等造型的現象,使鐵液保溫時間過長,從而帶來了不良的影響,即鐵液過純而形核能力差,由此帶來的鑄件易産生縮孔、縮裂等現象。所以在工藝要求中特别強調快熔快出方法,一旦出現鐵液保溫時間過長就使用提前石墨質點方案,即向保溫鐵液中加入少量按化學成分配比好的爐料如:新生鐵和廢鋼重新熔煉,讓保溫鐵液提前産生新的石墨質點,促進形核能力,避免鑄件缺陷的産生。在相同的化學成分下,中頻爐熔煉的鐵液容易産生DE型石墨。因為中頻爐鐵液形核能力差、過冷度大、白口傾向大,所以鑄件易産生上下型硬度差值大,加工發現硬邊,鑄件窗口處或薄壁處易開裂。金相分析結果發現該處均為E型石墨,E型石墨方向性較強、強度低、抗沖擊力性小、硬而脆。特别是亞共晶鑄鐵,強調加強孕育,并适當提高Si/C比。如生産HT200以上4~6mm薄壁件時可略提高“C”含量,同時可以依據未溶石墨質點理論即在吊包内先加1%~2%新生鐵,有效增加石墨質點,但一般不提倡此種方法,因易降低鑄件強度,石墨過于粗大。

 

拖拉機前橋、末端殼體等球鐵件均為QT450-10牌号,其壁厚不均勻,通常在壁厚處出現反白口導緻加工不動缺陷,該處金相組織為針狀滲碳體。(1)産生原因由于球墨鑄鐵凝固方式為糊狀,非厚大件一般Si含量為2.4%~3.0%,同時中頻爐熔煉球墨鑄鐵過熱溫度都升至1550以上,消除各種化合物與雜質,提高球化率為目的,所以促進形核能力是由Si含量多少來決定的。上述2種産品厚壁處上表面先凝固,内表面後凝固出現Si偏析。缺陷鑄件取樣化驗,上表面Si含量為3.0%,内部孔徑處Si含量為2.4%Si嚴重偏析導緻反白口缺陷産生。(2)采取對策控制原鐵液Si含量,通常在1.1%~1.4%。球化處理時做二次孕育,澆注時做随流瞬時孕育,終矽量控制在2.8%之内;改變澆注工藝,細緻研究其鐵液流動場與過熱場,縮小型腔内鐵液溫度差,不創造Si偏析條件。

 

)中頻爐鐵液要得到合格健全的鑄件,廢鋼要有一定的配比,并且增碳比例在30%以上,CE要略高于沖天爐。)選用石墨型增碳劑,鐵液過熱溫度1500~1550,加強攪拌在高溫保溫10min左右。正确使用增硫劑,使鑄件硫含量在0.06%~0.08%之間,形核能力達到峰值。消除鑄件硬度差值大、硬邊、開裂等缺陷,應加強孕育并适當提高Si/C比,生産HT200以上薄壁灰鑄鐵件可以試行未溶石墨質點理論;保溫時間過長的鐵液處理,實行提前石墨質點理論。消除球墨鑄鐵件反白口缺陷,必須控制原鐵液Si含量,并加強孕育,改變澆注工藝,不創造Si偏析條件。