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树脂砂造型浇注球铁件如何防止渗硫导致的球化衰退

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发表于 2019-9-18 04:15:18 |显示全部楼层
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  随着我国进入WTO和工业飞速的发展,厚大断面球墨铸铁件如风力发电铸件、大功率柴油机曲轴、冶金轧辊铸件等的需求量不断增加,厚大断面球铁件在生产时,由于断面过厚,冷却速度缓慢,因而凝固时间过长,在铸件厚壁中心或热节处容易造成石墨畸变、球数减少、组织粗大、石墨飘浮、化学成分偏析和晶间碳化物等问题。因而导致铸件的机械性能下降,尤其是韧性更为明显,给大断面铸件的生产带来困难。因此我司依据中国特有的实际状况开发了厚大断面铸件专用球化剂、孕育剂。
  Mg使球墨圆整,对大断面球铁能减缓球化衰退,Mg阻碍石墨析出,残Mg量高,增加收缩和脆性,Mg易氧化,在铁水表面形成氧化膜,进入砂型易使铸件产生夹渣和皮下气孔。残Mg量应控制在保证球化的前提下越低越好,但我们考虑大件凝固时间长,应提高抗衰退能力,Mg量应高些,使最终铁液控制在0.05-0.06%。
  RE是通过抵消干扰元素的有害作用,而间接地起球化作用,但在厚大铸件中,RE留量高容易造成碎块状石墨增多,我们一般控制在0.03%以下。为了提高抗衰退能力,我司特别设计专用球化剂,既可以保证起球化作用的Mg的含量,同时也可以保持较高的抗衰退能力,高碳孕育良好时,亦不会出现渗碳体。另外,这专用球化剂可使磷共晶减少并弥散,从而进一步提高球铁的延伸率。在球化处理时,为了提高镁的吸收率,控制反应速度及提高球化效果,采用特有的球化工艺。对球化处理的控制,主要是在反应速度上进行控制,控制球化反应时间在2-3分钟左右,综合范围1.5-2.5%,原则是低稀土,依据炉料的组成及纯净度调整其含量。
  厚大断面铸件的特点是低温处理、低温浇注, Ca元素可以比常规产品较低,在冲天炉和电弧炉熔炼的条件下,可控制在2.0%以下,以适当地脱氧、脱硫,而在感应电炉条件下,Ca元素可以更低,因为我司的专用球化剂反应时比较平稳,同时Ca的溶解性差,很容易形成夹渣等铸造缺陷;因此,必须有针对性的成份考虑,一方面延缓球化衰退,另一方面促进异质形核。
  孕育剂要求具有强烈的促进石墨化作用,并能维持时间较长,吸收率高而稳定,所以孕育分为炉前孕育和瞬时孕育,两者缺一不可。炉前使用含Ba的防衰退,长效孕育剂,浇注随流使用特殊成分的孕育剂,主要是表面活性元素的应用,其中应用于风力发电铸件时配入适量Bi元素,即改善断面中心部位的球化状况,使得球径小,球数多,并能提高铁素体含量,提高铸态性能。当应用于大功率柴油机曲轴、冶金轧辊等珠光体型铸件时,配入适量Sb元素,即改善断面中心部位的球化状况,使得球径小,球数多,提高铸态性能。粒度根据铁水量而定,炉前使用一般有3-8mm和5-12mm的两种粒度,而随流使用一般有0.5-1.2mm和1-3mm的两种粒度。
  风力发电球铁件的材质为欧洲标准EN-GJS-400-18LT,抗拉强度≥400Mpa,屈服强度≥240Mpa,延伸率≥18%,低温冲击值-20℃,三个试样平均值12 J/cm2,个别值允许9 J/cm2,铸件重量一般在10吨以上,壁厚大约在100-180mm渐变, 金相基体组织要求: 球化率应在90%以上;球状石墨数应大于100个/mm2;100%的铁素体,生产中选择高纯的原材料是非常必要的,原材料中的Si、Mn、S、P含量要少(Si1.0%, Mn0.2% S0.02%, P0.025%),对Cu、Cr、Mo、Ti、Sn、V、W等一些合金元素要严格控制含量。钛对球化影响很大应加以控制在0.01%以下,钛高是我国生铁的特点,解决的方法是在炉料中配入一定比例的QIT生铁,来稀释铁水的钛含量,同时也稀释所有促进碳化物的正偏析元素,为增加铁素体的含量,添加适量的镍元素,同时消除低硅的副作用。化学成分方面,必须是低CE量,大致成分为:C3.2-3.4%,Si1.6-2.3%,Mn≤0.2%,S≤0.02%,P≤0.03%, Mg0.04-0.06%,RE≤0.03%,,以及适量Bi。
  备注:瞬时孕育剂中的微量RE是与Bi元素复合,起增加形核,细化石墨的作用;
  球化处理前,用清渣剂进行扒渣处理,并进行原铁水成分化验。将15-35mm粒度的球化剂放入用15吨的处理包底的一侧的凹槽内,加入量1.1%,略加紧实,上面覆盖铁屑覆盖剂。铁水冲入另一侧,处理温度在1400℃-1450℃,冲入约2/3的铁水,进行球化处理,反应时间应在3分钟以上,待反应结束后将再冲入剩余1/3的铁水,同时将粒度为5-12mm炉前孕育剂随铁水流入冲入铁水包,加入量0.4%,进行铁水孕育,然后扒渣2-3次,用保温覆盖剂覆盖。
  在铸件设置设置浇口杯,开设了2个浇口进行浇注,浇注温度:1320℃-1360℃,一边浇注,一边将粒度为1-3mm瞬时孕育剂通过特制的漏斗随流加入,加入量0.2%,依据浇注时间控制瞬时孕育剂的加入速度,浇注结束后在48小时,即铸件温度约500℃以下开箱。
  冶金轧辊铸件一般QT600-3,抗拉强度≥600Mpa,屈服强度≥370Mpa,延伸率≥3%,铸件壁厚大约在100mm以上, 金相基体组织要求: 球化级别应在2-3,石墨大小6-7级,75%以上的珠光体,20%左右的铁素体,允许极少数的碳化物,但应呈弥散状、棒状,颗粒状分布,生产的重点是强化孕育,多次孕育。
  ②熔炼铁液共计4.4吨,6吨的铁水处理包,铸件最大直径300mm,重量4吨;
  球化处理前,用清渣剂进行扒渣处理,并进行原铁水成分化验。将15-35mm粒度的球化剂放入用15吨的处理包底的一侧的凹槽内,加入量1.4%,略加紧实,上面覆盖铁屑覆盖剂,铁水冲入另一侧,处理温度在1400℃-1450℃,冲入7.5吨的铁水,进行球化处理,反应时间应在3分钟以上,待反应结束后将铁水包吊至5吨的电炉前,冲入5吨的铁水,同时将粒度为5-12mm炉前孕育剂随铁水流入冲入铁水包,加入量0.5%,进行铁水孕育,然后扒渣2-3次,用保温覆盖剂覆盖。
  浇注温度:1350℃-1400℃,一边浇注,一边将粒度为1-3mm瞬时孕育剂通过特制的漏斗随流加入,加入量0.2%,依据浇注时间控制瞬时孕育剂的加入速度,浇注结束后在600℃左右开箱风冷。
  球化等级2-3级、石墨大小6级、珠光体76%、铁素体22%、碳化物约2%,而且呈细条状、棒状,极少数呈颗粒状;
  (2) 铁水成分方面:生产风力发电铸件时,控制要点是低CE、低Mn、S、P以及尽可能低的Cu、Cr、Mo、Ti、Sn、V等,残余Mg要高、残余RE要低;生产厚大断面珠光体铸件时,控制要点是低CE、低S、P、Cr、Ti、Sn、V等,残余Mg要高、残余RE比风力发电铸件略高,适量的的Mn 、Cu、Mo等元素;
  (4) 厚大断面铸件专用球化剂、孕育剂比使用单一的轻稀土球化剂以及常规孕育如硅铁,球化率、石墨数量提高,尤其是中心部位的石墨畸变几率大大减少,组织相对致密,铸件综合机械性能相应提高;
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