| 中頻熔煉爐鑄鐵工藝特點及常見缺陷 |
中頻熔煉爐鑄鐵的工藝特點就在于鐵液重熔后合金過冷度增大，同時過熱溫度較高，隨之而來的鑄鐵質量控制遇到了新的問題。 電爐鐵水重熔后，所含的雜質物相比沖天爐要少，也就是說純凈度要高，在其凝固過程中缺少了異質結晶核心，凝固時的成分起伏和濃度起伏要弱些，這使得過冷度加大，合金沿介穩定系凝固結晶的可能性加大，也就是結晶產物中Fe3C(滲碳體)的含量增多，而沖天爐鐵水由于含較多的異質核心，凝固結晶時沿穩定系發展的傾向大，在鐵碳合金相圖上，穩定系結晶的產物就是鐵素體和石墨。 電爐鑄鐵的熔煉特點，要求鑄造工作者在鑄鐵的成分選擇、爐料配比、廢鋼用量、孕育工藝、增碳脫碳、增硫脫硫、球化工藝、蠕化工藝、溫度控制、澆注工藝等許多方面需要更新觀念，采取符合實際的手段來保證和提高產品質量。 國際鑄業技術專家夏振環先生，作客"百家鑄造論壇"，與網友、粉絲一起，探討"電爐熔煉鑄鐵工藝特點及常見缺陷的防治"。 夏振環先生根據三十年沖天爐生產和近十多年電爐生產實踐，就上述10大問題談談經驗教訓。 一、電爐鑄鐵爐料配比及合成鑄鐵 在鑄造行業，人們常說，鑄造材料的成分決定組織，組織左右性能;這句話其實并不全面。我們在生產實踐中發現許多鑄鐵，在相同成分時，機械性能卻有較大差異。鐵水的質量除與其成分有關聯外，還與爐料配比，熔化與出爐溫度，孕育工藝等有密切關系。所謂合成鑄鐵，就是指配料中使用50%以上的廢鋼，通過增碳合成的方法制取的鑄鐵材料，因為需要較高的熔化溫度，只宜在電爐中熔煉。目前合成鑄鐵主要有合成灰鐵和球鐵。 通過大量實踐，對于HT250、HT300等高強度灰鑄鐵來說，廢鋼左右強度、生鐵影響組織. 1、配料禁忌： 、高比例廢鋼與高比例回爐料搭配，合成灰鐵的廢鋼加入量不宜超過50%; 、高比例廢鋼與含硫磷高的生鐵搭配; 、回爐料超過40%。 2、配料優化組合(%) 組成生鐵廢鋼回爐料 配比A403030 配比B304030 配比C204040 配比D205030 3、錳硫含量 需要提高硬度時錳的含量可達1.0-1.2%，但不要求相應提高硫的含量。 某公司為了節約成本，多用廢鋼，在兩個月內試制合成高牌號灰鑄鐵，廢鋼用量一度達60%，有一段時間除加入廢鋼外另加回爐料和少量鐵屑，最初質量不錯，但一段時間后發現鑄件批量縮孔、縮松和有白色硬斑，并且持續不斷越來越嚴重。 此缺陷成因：初步判斷是鐵水中MnS的含量過高而引起的鑄件顯微縮孔、縮松，MnS富集形成白色硬斑。這是由于高牌號灰鐵HT300成分要求Mn含量較高，加之廢鋼自身錳也高，而廢鋼中的S以及回爐鐵中的S和錳反應產生的MnS在爐料中的積累達到一定程度，就會產生過量，從而產生上述缺陷。 為了減少鐵水中的MnS含量，一般用加入一定量的優質新生鐵來調整，另外提高孕育效果，可使MnS細化，減弱其不良影響。 廢鋼加入量過大時，由于廢鋼熔點在1530度左右，而生鐵和回爐料的熔點只是1230度左右，多用廢鋼增加了電耗，加大了鐵水的過冷傾向，還吸附大量的氮氣，一般來說合成鑄鐵工藝并不適用于灰鑄鐵，而比較適用于球鐵 二、關于電爐灰鑄鐵增硫問題 前面已經說過，中頻感應電爐熔煉鑄鐵工藝對比沖天爐熔煉，除了具有熔化溫度高的優勢外，卻有不少缺點，主要有三個方面的問題：一是鐵水過冷傾向較大，極易產生影響材料機械性能的D、E型石墨;二是鐵水純凈，異質結晶核心較少，導致孕育效果差，在同等成分條件下，鑄件強度偏低鐵質偏硬;三是收縮傾向較大，在高牌號灰鑄鐵中錳含量較高時，容易產生顯微縮孔、縮松。 針對上述問題，應對的措施是： 1、在熔化后期增加一個高溫保持時間，盡可能使各種爐料熔化的鐵水晶粒均勻，尤其是細化石墨; 2、適量增加外來異質核心，強化孕育效果，促進A型石墨的形成; 3、控制高牌號灰鑄鐵的硫、錳含量及其比例，控制回爐料比例，達到合適成分。 這些措施，對不同結構的鑄件產品是有差別的，需在實踐中掌握。 某公司某日，用電爐熔煉6爐灰鐵HT300鐵水，澆鑄液壓閥G03、G02等產品，經解剖內部組織發現大面積顯微縮孔、縮松、縮裂，共830只全部報廢。檢測布氏硬度HBS241，化學成分C3.27，Si1.78，Mn0.83，S0.087，P0.04。珠光體98%，E形石墨達80%，石墨長度5級。據有關人員研究分析，應是鐵水材質出了問題。 化學成分分析的結果，對一般的薄壁HT300鑄件來說似乎是正常的，然而對于液壓閥鑄件卻出了問題。此缺陷成因：初步判斷是鐵水中MnS的含量過高而引起的鑄件顯微縮孔、縮松、縮裂，也就是說鐵水中的S、Mn含量超出鑄件所適應的范圍。 由于在熔煉中加入了一定量的增S劑，鐵水中的S、Mn含量積累達到一定程度，就會導致鐵水含S量超出鑄件自身正常凝固結晶的要求，從而產生此類缺陷。對策：停止加入增S劑，調整Mn的含量，保證HT300灰鐵的五元素的正常含量，調整后，缺陷全部消除。 在電爐灰鐵鐵水中通過加入增S劑形成一定量的MnS，作為異質核心，提高孕育效果，這從理論來說是正確的，但是近年來大多數文獻資料所說，電爐高牌號灰鐵的含S量需控制在0.05-0.10%比較合適，然而許多工廠的實踐證明，當含Mn量在1%左右時，若鑄件成分分析含S量超過0.05%，鑄件就開始產生縮孔缺陷，當含S量超過0.07%時就會發生批量縮孔，這種現象如何解釋呢? 灰鑄鐵中的S有兩種存在形式，一種是單質，另一種是化合狀態的MnS，灰鐵中起結晶核心作用的硫，主要是化合狀態的MnS，我們現在的化驗手段，都只能分析出鑄件和鐵水中單質狀態的S，而以化合狀態存在的S是化驗不出來的。當單質S含量超過0.05%時，化合態的S含量就比較高了，此時的鐵水中： MnO+FeS=MnS+FeO，FeO+C=Fe+CO,或2FeO+C=2Fe+CO2 這時鐵水在凝固過程中就在析出CO或CO2的同時產生部分棕色的MnS粉沫，形成鐵渣反應氣縮孔。只要具備一定的條件，這種氣縮孔，不僅在電爐鐵水也在沖天爐鐵水中發生。其實我們在電爐熔化過程中，已經增加了一部分硫，這些硫來自于： 1、由回爐的澆注系統帶來，澆注系統中的硫磷含量遠高于鑄件中的含量; 2、生鐵中的硫，一般生鐵中的硫含量是不高的，而我們購買的普通生鐵上面都攜帶不同程度的爐渣，我們是不會化驗的，但這些拉圾卻含有較高的硫磷，會帶入爐內; 3、廢鋼和生鐵等爐料的鐵銹，氧化鐵含量較高，進入鐵水中會增加硫的吸收率。在這樣的情況下，如果我們再補加硫化鐵來增S,就過分了。實際生產高牌號灰鑄鐵件時，鐵水中的單質S控制在0.03-0.05%之間為妥。 三、電爐高牌號灰鐵的孕育和變質處理 關于高牌號灰鐵的孕育工藝，傳統的孕育量是處理鐵水量的0.3-0.4%，近年來隨著電爐的普及，孕育量逐漸增加，最新資料推薦0.5-0.6%，本人通過長期實踐，選擇孕育量在0.8%左右，取得強度硬度和切削加工性能的全面提高，鑄件加工后的內部缺陷大幅度減少。 某公司生產高牌號的電磁閥，技術要求鑄件硬度大于HB200，強度大于300N/mm2,該產品主要壁厚超過50mm，通過多次試驗，在加大一次孕育量的同時，采取二次隨流孕育，消除了厚壁帶來組織粗大的缺陷，提高了鑄件致密度，保證了產品質量。 關于鐵水二次隨流孕育，在澆注前加入粒度0.2-0.7mm的均勻的孕育劑，比較適用于厚件，而用于小件時反而增大了鐵水的收縮性能。 有一個時期，某公司部分產品加工后表面呈現白色亮斑硬度很高，刀具打滑，經分析，原來是孕育劑的塊度過大，與鐵水包容量不相適合，致使孕育劑在鐵水澆注時未能完全熔解,鑄件局部硅量富集形成硬化相;當在鐵水溫度偏低進行二次隨流孕育時，也會產生同樣的缺陷。 有一家專業生產HT300灰鐵液壓件的工廠，澆注一種KP泵體，鑄件壁厚30mm左右，按照HT300的經驗成分配料，鐵水成分：C3.0-3.1%，Si1.7-1.8%，Mn0.95-1.05%，P0.05%，S0.04%，鑄件本體解剖抗拉達300N/mm2，但是連續多批產品在內澆口附近發生縮陷和縮裂，無論對澆注系統如何調整，就是不見效果， 沒有辦法，只能提高碳當量降低強度，調整到C3.2-3.3%，Si1.8-2.0%時，缺陷消失，但產品經加工后試壓，大部分產生膨脹滲漏，本體測試抗拉也不合格，造成主機廠批量退貨。聯想到以往有一批同類泵體，由于聽了別人的建議，用硫鐵增S，鐵水含S在0.07%以上時，鑄件大面積縮孔，積存大量廢品，為了處理這批廢品，根據稀土脫硫的原理，當加入此類廢品時，在孕育過程中補加少量稀土鎂硅鐵，有效地降低了硫含量，解決了縮孔問題。 針對當時KP泵存在的縮陷和縮裂，雖然原鐵水含硫并不高，在孕育時同樣試加了少量稀土鎂硅鐵，也取得了理想的結果，縮孔問題完全解決。分析其機理，鑄鐵產生縮陷，主要還是鐵水中的氣體作怪，這些氣體在凝固后期析出時，鐵水無法補充，產生了缺陷，而稀土鎂硅鐵作為一種灰鐵變質劑，卻好是脫除氣體的能手，鐵水含氣量大幅度減少，缺陷也就消除了。 |
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