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生产高强度灰铸铁件可采取哪些工艺措施?

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生产高强度灰铸铁件可采取哪些工艺措施?

发布日期:2019-05-14 作者: 点击:

  近年来,铸造材料很多单位研究并发展了适应具体生产条件和不同铸件要求(包括薄壁高强度灰铸铁件)的高强度灰铁的生产方法,归纳起来,有以下四种。


包头铸造

  

  1、强化孕育铸铁炉料中加入较多的废钢,采用铸造焦,以得到出炉温度大于1500℃和高碳当量的铁水,用高效孕育剂强化孕育从而得到高强度灰铸铁。过去生产孕育铸铁依靠加入较多废钢,降低碳量来提高强度,但这种方法工艺性能不好,白口倾向大,尤其是对薄壁铸件(最小壁厚3~10mm)。近代高强度孕育铸铁不用这种方法,靠高效孕育剂来强化孕育,提高性能。一般的方法是:碳当量在3.9~4.1%左右,温度1480℃左右,要求铁水氧化少,采用Si-Ca、Cr-Si-Ca、Re-Ca-Ba、Si-Ca、Si-Fe复合、稀土复合等高效孕育剂,进行孕处理。例如某厂5吨冲天炉,利用铸造焦,炉料中加入40%以上废钢,总焦比为7时,铁水温度1520℃~1540℃,炉渣中氧化铁含量低(1.8~3.0%)。经特种孕育剂孕育处理,当碳当量为4.28%时,试棒抗拉强度可达250MPa,相对强度RG=1.28,HB229,珠光体含量大于98%.又如某单位通过提高铁水过热温度,然后采用Re-Ca-Ba孕育剂对铁水进行孕育处理,烧注一批缸盖铸件,当碳当量为3.9~4.05%时,抗拉强度285~304MPa,相对强度RG=1.1~1.21,石墨形态好,加工后水压试验没发现缩松和漏水现象。

  

  2、合成铸铁所谓合成铸铁工艺,就是用感应电炉熔炼,炉料中用50%以上的废钢,其余为回炉铁和铁屑,经增碳处理得到的铁液。这种方法的优点是:(1)炉科采用大量废钢,不用生铁,降低了铸铁成本;(2)可获得含磷量低的铁水,减少磷量对缸体、缸盖等薄壁高强度灰铁缩松和渗漏缺陷的影响;(3)可避免生铁遗传性影响,铸铁石墨形态好,珠光体含量高,机械性能好,在同样当量时强度可比冲天炉铸铁提高1~2个牌号。

  

  我国某汽车厂利用合成铸铁工艺熔炼高强度灰铸铁生产缸体,效果很好,生产结果表明:(1)采用合成铸铁熔炼工艺浇注的缸体机械性能高,当碳当量为4.0%时,抗拉强度大于250MPa,比冲天炉熔炼提高一个牌号;(2)铁水断面敏感性小,缸体不同厚度断面及阶梯试块断面硬度分布均匀;(3)铸铁含磷量低,含杂质少,克服铸件渗漏缺陷;(4)成本低;(5)熔炼工艺简单易行,容易撑握。

  

  3、低合金化孕育铸铁调整原铁水的化学成份使其达到较高碳当量,在炉内(或包内)加入少量铬、铜、钼等合金元素,获得高温低合金化铁水,再经孕育处理,得到石墨细小、珠光体含量高、片间距小的组织,从而获得高强度铸铁。用这种方法生产高强度灰铸铁,国外用得较广泛,效果比较稳定,合金元素多是Cu,Cr、Mo、Ni等。其最大优点是可使缸体、缸盖薄壁部分的基体组织得到95%以上珠光体,硬度差小。我国某些单位用0.3~0.7%Cr,瞬时孕育,控制铬/硅比值,解决了缸体、缸盖的生产问题。

  

  4、调整铸铁常规化学成份及比例,获得高强度、低应力灰铸铁在碳当量保持不变的情况下,适当提高Si/C比值是提高机床铸件强度和刚度重要途经之一。北京机床研究所等单位在这方面作了系统的研究工作,他们认为:通过调整化学成份,特别是改变硅/碳比值,使Si/C在0.5~0.9,再加上适当的孕育和合金化,可以获得具有良好综合性能的高强度灰铸铁件。

  

  有关硅/碳比值的规律是:(1)在相同碳当量下,Si/C比值高,抗拉强度可提高30~60MPa,相对强度高,相对硬度低,弹性性能好;(2)在相同碳当量下,Si/C比值增加,残余应力有除低趋势,应力倾向也较小;(3)提高Si/C比值,白口倾向小,断面敏感性小,而对铁水流动性,线收缩率无影响。

  

  调整锰、硅含量,使含Mn量比含Si量高0.2~1.3%以上,得到另一种高强度低应力铸铁。灰铸铁含Mn在1.5~3.0%范围内,提高含Mn量,尤其是当Mn量大于Si量后,能显著细化共晶团,易于获得D、E型石墨和细珠光体基体。另外,控制灰铸铁中Mn、Si差值和Mn的绝对值,使Mn、Si差值在0~0.5%,Mn大于2%,还可以在灰铸铁中得到不同类型的硬化相。

  

  因此,控制Mn、、Si差值和Mn绝对值,就能获得机械性能高,硬度均匀,耐压致密性好和耐磨性能好的高强度灰铸铁。这种高锰灰铸件在郑州纺织机械厂以及机床、缸套、液压件三个行业部分厂中生产,取得较好的效果。  近年来,很多单位研究并发展了适应具体生产条件和不同铸件要求(包括薄壁高强度灰铸铁件)的高强度灰铁的生产方法,归纳起来,有以下四种。

  

  1、强化孕育铸铁炉料中加入较多的废钢,采用铸造焦,以得到出炉温度大于1500℃和高碳当量的铁水,用高效孕育剂强化孕育从而得到高强度灰铸铁。过去生产孕育铸铁依靠加入较多废钢,降低碳量来提高强度,但这种方法工艺性能不好,白口倾向大,尤其是对薄壁铸件(最小壁厚3~10mm)。近代高强度孕育铸铁不用这种方法,靠高效孕育剂来强化孕育,提高性能。一般的方法是:碳当量在3.9~4.1%左右,温度1480℃左右,要求铁水氧化少,采用Si-Ca、Cr-Si-Ca、Re-Ca-Ba、Si-Ca、Si-Fe复合、稀土复合等高效孕育剂,进行孕处理。例如某厂5吨冲天炉,利用铸造焦,炉料中加入40%以上废钢,总焦比为7时,铁水温度1520℃~1540℃,炉渣中氧化铁含量低(1.8~3.0%)。经特种孕育剂孕育处理,当碳当量为4.28%时,试棒抗拉强度可达250MPa,相对强度RG=1.28,HB229,珠光体含量大于98%.又如某单位通过提高铁水过热温度,然后采用Re-Ca-Ba孕育剂对铁水进行孕育处理,烧注一批缸盖铸件,当碳当量为3.9~4.05%时,抗拉强度285~304MPa,相对强度RG=1.1~1.21,石墨形态好,加工后水压试验没发现缩松和漏水现象。

  

  2、合成铸铁所谓合成铸铁工艺,就是用感应电炉熔炼,炉料中用50%以上的废钢,其余为回炉铁和铁屑,经增碳处理得到的铁液。这种方法的优点是:(1)炉科采用大量废钢,不用生铁,降低了铸铁成本;(2)可获得含磷量低的铁水,减少磷量对缸体、缸盖等薄壁高强度灰铁缩松和渗漏缺陷的影响;(3)可避免生铁遗传性影响,铸铁石墨形态好,珠光体含量高,机械性能好,在同样当量时强度可比冲天炉铸铁提高1~2个牌号。

  

  我国某汽车厂利用合成铸铁工艺熔炼高强度灰铸铁生产缸体,效果很好,生产结果表明:(1)采用合成铸铁熔炼工艺浇注的缸体机械性能高,当碳当量为4.0%时,抗拉强度大于250MPa,比冲天炉熔炼提高一个牌号;(2)铁水断面敏感性小,缸体不同厚度断面及阶梯试块断面硬度分布均匀;(3)铸铁含磷量低,含杂质少,克服铸件渗漏缺陷;(4)成本低;(5)熔炼工艺简单易行,容易撑握。

  

  3、低合金化孕育铸铁调整原铁水的化学成份使其达到较高碳当量,在炉内(或包内)加入少量铬、铜、钼等合金元素,获得高温低合金化铁水,再经孕育处理,得到石墨细小、珠光体含量高、片间距小的组织,从而获得高强度铸铁。用这种方法生产高强度灰铸铁,国外用得较广泛,效果比较稳定,合金元素多是Cu,Cr、Mo、Ni等。其最大优点是可使缸体、缸盖薄壁部分的基体组织得到95%以上珠光体,硬度差小。我国某些单位用0.3~0.7%Cr,瞬时孕育,控制铬/硅比值,解决了缸体、缸盖的生产问题。

  

  4、调整铸铁常规化学成份及比例,获得高强度、低应力灰铸铁在碳当量保持不变的情况下,适当提高Si/C比值是提高机床铸件强度和刚度重要途经之一。北京机床研究所等单位在这方面作了系统的研究工作,他们认为:通过调整化学成份,特别是改变硅/碳比值,使Si/C在0.5~0.9,再加上适当的孕育和合金化,可以获得具有良好综合性能的高强度灰铸铁件。

  

  有关硅/碳比值的规律是:(1)在相同碳当量下,Si/C比值高,抗拉强度可提高30~60MPa,相对强度高,相对硬度低,弹性性能好;(2)在相同碳当量下,Si/C比值增加,残余应力有除低趋势,应力倾向也较小;(3)提高Si/C比值,白口倾向小,断面敏感性小,而对铁水流动性,线收缩率无影响。

  

  调整锰、硅含量,使含Mn量比含Si量高0.2~1.3%以上,得到另一种高强度低应力铸铁。灰铸铁含Mn在1.5~3.0%范围内,提高含Mn量,尤其是当Mn量大于Si量后,能显著细化共晶团,易于获得D、E型石墨和细珠光体基体。另外,控制灰铸铁中Mn、Si差值和Mn的绝对值,使Mn、Si差值在0~0.5%,Mn大于2%,还可以在灰铸铁中得到不同类型的硬化相。

  

  因此,控制Mn、、Si差值和Mn绝对值,就能获得机械性能高,硬度均匀,耐压致密性好和耐磨性能好的高强度灰铸铁。这种高锰灰铸件在郑州纺织机械厂以及机床、缸套、液压件三个行业部分厂中生产,取得较好的效果。

  

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