PDF《O0—2球墨铸铁的生产 性工艺试验》

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0 0 3年第2期 铸态 QT

7 O

0 ―2球墨铸铁 的生产性 工艺试验 张树山(珠海市斗门区成 人 中专 学校 ) 摘要本文探 索QT7

0 0 - -2球墨铸铁 的 生产 工 艺及技 术,在强化 孕 育处 理、细化 石 墨球 、 减 少渗碳 体、击碎分散磷 共 晶的 前提 下,试验锰 +铜、锰+铜 +铬、锰+铜 +钼、锰+铜 +锑 合金 化对基体的强化 作用,最终选择" 锰 +铜 +锑"的合金 化方法,稳定地 达到了QT7

0 0 - -2牌 号的要 求.

关键 词铸态孕育处理 球墨 铸铁 球化处理 合金化Pr o d u c t i o n a l Te c h n o I o g i c a I Te s t s o f As - -c a s t QT7

0 0 ~2 Du c t i l e I r o n Zha ng Sh us h a n ( Zhu ha i Shi Do ume n Te c hni c a l Sc ho o

1 ) 铸态高性 能球 铁,对于降 低 能耗 , 缩短 生 产周 期、减轻劳动 强度、保护环境 、 提 高生 产 效率 等,具有 重要 意义.探索各种合金化条件下获得珠光体型 QT7

0 0 ― 2球铁的可 行性,以便 更经济地生产这类铸态球铁.1试验方 法1.1技术指 导思想在目前 的 条件 下,获得铸态 珠 光体基 体 球铁 的方 法不外乎 两类:其一是控制打箱时间,以达 到利用铸 件余热正火 的 目的 ;

其二是合金化,即加入 促使珠光体形成的元 素,如Mn 、 C u 、 Mo 、 S b 、 Ni 、 C r等元 素,通过控制加入量的办 法,来达到生产珠光体球铁的目的.对于合金 化 的方 法,其技 术 指导 思想 有这 样 几点 :

1 )必须 有较好的孕育处理效 果,避免基体 中 渗碳 体 的含量 大于3;

2)通过 各种低合金化 的办 法,强化基体 并 控制 基体 中珠 光体 的含 量,从而在 力学 性 能上 达 到高 强度的目的 ;

3 )在生产稳 定 的情 况下,利用 最 经济 的合 金 化办 法.1.2化学成份 的 选定 分 七个 基本 元 素及 合 金化 元素 两 方面考 虑:七个基 本元 素为:碳:3.6--3 .

8 % ;

终硅 :

2 .

0 ―2 .

3 % ;

锰:0.4--0 .

6 ;

磷:0.06%;

终硫:0.03%;

残镁 :

0 .

0 4 ―0 .

0 6 ;

残稀土:0.02―0 .

0 4 % 合金化元 素 的考 虑是 这样,由于前 期 提高 锰 含量 的试 验结果表明,锰有正偏 析于共晶团边界的特 点,延伸 率只有1.0―1 .

8 , 故 本次 试 验考 虑 的锰 +铜,锰+铜 +铬,锰+铜 + 钼,锰+铜 +锑 四种 合金化工 艺中, 固定 锰 含量 为0.4--0.6.为 了 减少 复杂性,参照有关 资料 , 将后 三 种合 金 化工 艺中,Cu的含 量固定在0.4―0 .

5 %之间,取Cr、Mo 、 S b三元素含量的变化 来做 试验.1.3熔炼及处理采用徐钢Q1 2生铁、A3或A5 #废钢,在5t/h酸性冲天 炉条 件 下熔 化,出铁 温度

1 4

6 0 ―1

5 0

0 C. 炉后配方为:生铁6O、回 炉铁3O、废钢10%.球化剂 的成 份:Mg

7 ―

9 0 A、 Re

3 ―5 、 粒度5―

1 5 r am , 加入 量1.3~1 .

5 , 采用堤坝 式 冲入 法处 理.为了强化 孕育 效果 , 采用二次 孕育:首先,铁水包 内采 用含钡4―6 Z孕 育剂 , 加人量为

0 .

3 , 粒度为3--10ram;

二次随流 孕育 采用

7 5 %S i - -F e孕 育剂 , 加 入量 为0.1,粒度小 于1.5ram.

1 .

4 试样毛坯的制备GB拉 伸试 棒取自Y型单 铸试 块、金相试 样取自铸件附铸试块 ;

单铸试块和附铸试块为湿型砂手工造 型,未经任 何 热处 理,直接 加工 成标 准试样,测定机械 性能和检 验 金相 组织 .

2 试验结果及分 析1)Mn - -C u合金化对铸态球 铁组织和性 能的影响铜能熔 解 于铁 水中,是一个促 进珠 光 体形 成 的元 素, 但Mn - -C u合金化在 自然冷却到室温条件下 , 不 能达 到QT7 o

0 ―2牌 号要 求.2)Mn - -C u - -C r 合 金化 对铸态球铁组织 和性 能影响当采 用Mn―C u―C r合 金化 时,锰的加 入量定为0.59,6,铜的加 入量定为0.4%左 右,改变Cr含 量时,对球铁 组 织和性 能 的影响 如表

1 所示.从表1可以看 出:(1)Mu - -C u - -C r合金化 , 在 自然冷却条件下 , 当Cr含 量达到0.2,珠光体含量即可急剧上升到9O,即达 到QT7

0 0 ―2牌号.39曙lt.维普资讯 http://www.cqvip.com 铸造工程 . 造型材料 表1Mn―Cu ―C r合金化对组织和性能的影响Cu Cr 0.1 Cu C r 0.1

5 C u Cr 0.

2 CuCr

0 .25 Cu C r 0.3 Cu C r 0.

35 O.1

2 0.1

57 0.

21 0.

26 O.3

1 0.3

7 l一21―

2 1 ―

2 1―

2 1―

2 1―

2 60

6 5 9O

95 9

5 9

5 <

2 <

2 <

2 3―

4 4―

5 4―

6 61

5 62

5 72 O

7 3O

7 25

73 O

8 7.

6 2.

4 1 .

8 1 .8

1 .4 注:表中每 一组都为一包铁 水中9根 度样的平均值.孕育处理 方式如前所述.(2)当C r 达到

0 .

2 5 %时, 出现超量的渗碳体 , 且机械 性 能变 化 不大 , 而延 伸 率却 急 剧下 降.(3)因此 , Mn ―C u ―C r 合金化可 达到 QT7

0 0 ―

2 牌 号要 求,但成份 范 围较 窄.3)Mn - -C u ―Mo合金 化 对铸 态 球铁 组织和性 能 的影 响 当采用 Mn - -C u ―Mo合金化 时, 锰、 铜 的加入 量 仍分 别 定为

0 .

5 %和0.4%,改变Mo的含 量,对球 铁组织和 性 能的影 响 如表

2 所示.表2Mn―C u ―Mo合金化对组织和性能的影响 金相组织力学 性能口. 血 曲量 . 球化等级 珠光体/ 渗碳体/ 抗拉 强度/ MP a 仲长率 / % Cu M o0 .1 C u M o 0.1

5 CuM o0 .2 O CuM o0 .25 CuM o0. 3O CuM o0.3

5 O.

11 0.1

4 0.2

2 O.2

5 2 O .3

2 O.

3 6

1 ―

2 1 ―

2 1―

2 1―

2 1―

2 1―

2 4

0 5 O

6 5

7 0

7 5

75 <

2 <

2 <

2 <

2 <

2 <

2 56 O

5 7

0 7

1 0

7 40

76 O

76 O

1 O

8 6 5.8

5 .6 5.

8 从表 2可 以持 出:(1)Mn―Cu ―Mo合金化时,在自然 冷却条件下,当Mo含量 大 于等 于0.2时,可达 到QT7

0 0 ―

2 牌号;

(2)在较低 的珠 光体含量的情 况下,如在试验条件下珠光体含量为65时,可达到QTT

0 0 ―2牌号要求 ;

(

3 )当Mo含量0.3%与

0 .

3 5 相 比珠 光体含量变 化 不大 , 机 械性 能也 无甚 差别 .

4 ) Mn - -C u ―S b合 金化 对铸 态球铁组织和性 能 的影 响 当采 用Mn ―C u - -S b合金化时,锰、铜的加 入量还是分别 定为0.5和0.4%,Sb含 量变 化 对球 铁组织和性 能 的影响 如表

3 所示.表3Mn ―C u - -S b合 金化 对组织和性能的影 响CuSb1.

0 CuSb1 .

2 Cu Sb1 .

4 Cu Sb1 .6 CuSb1 .8 CuSb2 .0 1―

2 1―

2 1 ―

2 1 ―

2 1―

2 1―

2 7 O 8O

8 O

9 O

9 5

9 5 <

2 <

2 <

2 <

2 <

2 <

2 67

0 7

15 7

21 72

4 78

0 76 O

6 4 3.

6 3.

2 1 .

8 1 .

4 锑对促进 球铁 基 体组 织珠 光体 的作用 显著 , 锑的资源又 很丰富,因此 产生成本相对钼来 讲要低得多,而且 锑 的加 入量 少,可以在稀 土镁 中随球 化处 理 时带 人铁 水,本次试 验是 锑 含量 在球 化剂 中的 比例 . 从表4可 以看 出:40(1)加锑 合金化,锑的含量范围很 敏感,且锑对珠光 体 的促进 作 用非 常强 烈.(2)稀 土镁中锑含量达1.2时,即能达到QT7

0 0 ―2牌 号要 求.(下转第36页) 维普资讯 http://www.cqvip.com 铸造工程 ・造 型材 料水冷炉喉钢砖 的外 观质量 要求.2.3防渗硫 涂料 的应 用据文献报导,作呋喃树脂固化 剂 的有 机磺酸,在浇注过程中受热分解而产生SO气体向钢液中扩 散,导致铸钢件表 层 的含 硫量明显增加,特别是 这些 硫化物呈片状分布于晶界上 , 降低 铸钢件的力 学性能,还经 常 在铸钢 件 的热节 处 出现龟 状 热裂 等铸 造缺陷.为了防止 铸钢 件 表层 增硫 , 我厂采用 了烧 结―― 反应 型复 合锆 英粉 防渗硫 涂料 . 由于 这种 涂料 在 钢水 浇注后 的烧 结层 中孔 洞、裂纹非 常少 , 十分 致密 , 并在涂料 中矿化 剂 和吸硫 剂 的共 同作用 下,取得 了较 好的防渗硫 效果 . 表 2列 出涂 料浇 结层 和铸 钢 件表 层 的含 硫量.从 表可 知,锆英 粉涂 料本身具 有一 定的防渗 硫作用,但是还满足不 了铸 钢件的质量 要求,而采 用防渗硫 锆英 粉 涂料 可使 铸 钢件 表层 的含硫 量 减少 到0.08以下 , 因此 , 采用 防 渗硫 锆英 粉涂 料,是减 少呋喃树 脂 砂铸 钢 件表 层渗 硫 的有 效 途径 之一 . 表2涂料烧结层和铸钢件表层的含硫/3铸造工艺 的改进3.1分型面的选择根据铸 件 结构 特点 , 我们采用 了三 箱造 型,进、出水管在做木 模时将其位置留出,下盖上 两半圆活 块,造型时先将 焊好的水 管放 入 的办 法,以保 证其 两水 管 之间 的相 对位 置的尺寸精 确度,铸件 主要 部 位全 部放 在中箱 .楔型砖利用其 自然斜度起模 , 而方型砖是两 侧用活块起模 , 不加拔模斜度 , 以保证其尺寸精度.

3 .

2 浇冒口系统 的设计根据我厂生产经验,采用一个 ~

7 0直浇道,分两侧4道~45内浇 口的阶梯 式 浇注 系统 形式,保证钢 水入型平 稳,减小其 对水 管及芯管 的 冲刷 .下部 放 5块 外冷铁100X100X40mm, 可不考虑补缩,冒口模 数是铸件模数的2.5倍 , 上部两侧放两只外保温冒口~350,高450,浇注时 间30s,浇注完后

1 0 s 点浇冒口.

3 .

3 冷铁 的设 置位于铸 件底 部芯 管凸台的 热节 处须 放 内冷 铁,保证没有 缩松 , 又不会 使 芯管 被熔 穿 .根 据 熔焊 内冷 铁的理论 进 行计 算,设浇注温 度1540C, 运 用公 式 d一

0 .

1 t u Mr .mm 诺谟图,求得板类内冷 铁最小尺寸20mm, 但考虑到芯管的铸 造情 况,取系数0.7,管壁的厚度 必须大于15mm 才会不被熔穿.可 是管壁只能取8mm 厚,所以必须放内冷 铁吸收热量,才能达到热平 衡.据计算,此处 冷 铁重 量应为15kg,而芯 管 重仅 约2kg,故还需 外加13kg内冷铁 .用20mm 厚 的钢 板切割成圆环 焊 在芯 管周 围.3.4浇注温度的确定浇注温 度 是确 保冷 却水 管 不被 熔穿的关 键,也是 获得 表 面质 量高的铸件 的重要 因素之 一,所以我 们将 浇注温度 降为

1 5

4 0 C, 浇注 时间30s.芯 管 内芯 砂舂 实,从而消 除 了铸 钢件表面粘砂及缩松,提高了它 的 内部 质量 .

4 效果采用上述改进 的造 型、制芯材料和铸造工艺,共生产了18件 套产品,虽然其铸件的废品率达到10,偏高一 些,充分说明了改 进后铸造工艺 的合 理性和可 行性,为我 厂 生产 出各 项技 术 指标 符 合设 计要 求 的水 冷炉喉钢 砖铸钢件,全面完成生产任 务,以及 为我 厂今 后 承担 要求 质量 高、技术难 度大的各种 复杂 商 品铸 钢件 打下 了扎实 的基 础,也使我 厂铸 钢件的生 产技 术 水平 跃上 了新 的台 阶.参考文献

1 . 孟艳敏 等,酯硬化改性 水玻 璃砂在铸 钢件上 的应 用, 造型材 料,2003(1)2.韩文静等,水玻璃砂残 留强 度的形成 及改善途径,铸造,2001 ( 12)

3 . 李世平 等, 防渗硫在 呋喃树脂 自硬砂铸钢件 上 的试验研 究, 铸造,2002(7)(上接第40页)(3)当稀 土镁 中锑 含量1.6以上 , 虽然 抗拉强度有所提高,但延伸率 下 降显 著.4结论1)Mn ―C u合金 化不能达到铸 态QT7

0 0 ―2牌 号要 求;

2)C u ―C r合金化虽然可以达 到QT7

0 0 ― 2牌号要求 , 但Cr的控 制范 围很 窄,在现有生产条件 下,36 难 以稳定 生产;

3)C u ―Mo合金化,在Mo含量大于0.2的情 况下,可以达 到QT7

0 0 ―2牌号要求,但由于钼 为稀有金属,成本 较高,经核算差不多与燃 油正火费用相 抵;

4)C u ―S b合金 化, 处理方式简单 , 性能较为稳 定,并且除需 加铜 外,不增 加 其他 成本 . 维普资讯 http://www.cqvip.com