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石墨冷铁 解决小型球墨铸铁件具体问题的途径

时间:2023-04-03 16:04:36 点击:200次

小型球墨铸铁件的种类很多,例如:小型汽油机、大型轮胎、大型轧机端盖、高炉冷却壁、大型炼钢机架、大型冲压机模板、大型汽轮机轴承座、风电轮胎设备和核电设备中的底座和废液罐等。这类零件除了标准规定的热性能外,还有一些特殊的性能要求,如风电铸件需要高温冲击韧性,核渣罐有许多额外的特殊初始检查标准,等等。 为此,生产此类锻件必须事前慎重考虑。

1)首先要考虑的是如何获得完美、致密、尺寸合格的铸钢

生产小型球墨铸铁件的工艺流程与灰铸铁件基本相同,仅需结合球墨铸铁的特点,在尺度的选择和砂箱的设计上略作改动。

2)其次,应对小型球墨铸铁件的共性特点做相应的工作

小型球墨铸铁件的共同特点是很厚,大多需要铁素体碳化物。 热性能必须满足标准数据,有时还会增加高温冲击性能要求。

1 小型球墨铸铁件生产中特有的问题

由于小型球墨铸铁件的冷却速度平缓,晶界熔化期持续数小时,而球墨铸铁的主要组织就是在此期间产生的,所以出现了大截面球墨铸铁或小型球墨铸铁特有的一系列问题铁件出现:球墨数量少,球墨半径大,球墨变形,石墨漂浮,化学成分碳化物,晶间基体和碎石墨()等,此类问题已交注意。 虽然发生机制不统一,但针对具体问题已有初步解决方案。

另一个重要的问题是如何满足和解决高温冲击韧性要求? 问题的巧合在于,解决这两个困境的方向和措施大致相同。

2 解决小型球墨铸铁件特有问题的方法

冷铁对高硅球铁石墨的影响_石墨冷铁_铸造用石墨冷铁

1)加强冷却加速熔化

关于鳞片石墨的成因,有两种普遍接受的说法:一是丝状石墨断裂;二是丝状石墨断裂。 另一个是奥氏体壳的稳定性由于热流或个别合金元素的烧蚀而增加,尤其是Ce和La。,导致球墨生长方式的改变。 不管理论还是说法,可以肯定的是,晶界阶段熔化时间过长(即温和冷却)是破碎球形石墨产生的直接客观原因。 因此,无论采用哪种方法,只要能够缩短熔融阶段的时间,就可以有效地防止鳞片石墨的产生。

文献中还强调,球墨变形具有临界冷却速率(0.8°C/min)[1]。 石墨变形有时是一个突变过程,因此加快冷却,缩短熔化时间,尤其是缩短晶界阶段的熔化时间,力图将晶界熔化阶段缩短到2h以下,疗效明显。 围绕这个原则有很多举措:强制冷却; 在金属模具上挂砂; 使用冷铁等。

冷铁的导热系数大,尤其是蓄热能力强,一般认为是可以使用的有力方法。 石墨的导热系数低于带砂的冷硬铁(分别为45W/m•°C和17W/m•°C),但其储热容量小于冷硬铁。 如果有强制冷却的条件,石墨是比较适合的。 对于小型或特小型球墨铸铁件,强制冷却仍然是一个有力的措施。 通常可以采用水冷、雾冷或空冷装置,甚至可以采用液氮冷却来加快钢坯的熔化速度。 据资料显示,20t级球墨铸铁废容器毛坯熔化时,其传质效果为:金属型放热占58%,石墨和型腔(型芯部分)放热占3.5%,砂型其他设备部件放热占3.5%,水冷导热占3.5%。 可以看出,金属模具可以传导毛坯50%以上的热量,型芯部分传质很少,即使强制冷却也是必要的。

2)改进工艺技术

(1) 精心挑选原料

为了生产高质量的小型球墨铸铁件,无论如何选择炉料都是值得的。 原材料的干扰元素应尽可能低,特别要注意生铁的来源、废钢的种类和增碳剂的选择。

(2)物理构成设计

CE不能太低(4.2%~4.3%),如w(C)选择3.6%~3.7%,w(Si)必须低至1.8%~2.0%; 此外,w(Mn)<0.3%,w(P)、w(S)也应严格限制。 除特殊情况外,通常不使用合金,因此必须严格挑选废铝。

冷铁对高硅球铁石墨的影响_铸造用石墨冷铁_石墨冷铁

必须做到低w(Si),否则易出现破碎的球形石墨,高温性能达不到要求。 形成了一个共同的问题。 台湾100吨乏燃料容器的成分为:w(C)3.6%、w(Si)2.01%、w(Mn)0.27%、w(P)0.025%、w(S)0.004%、w(Ni) )0.78%,w(镁)0.065%。

(3)选择双相熔炼

二次熔炼可充分发挥冲天炉铁水成核能力强和电炉热效率高的特点。 铁水必须暴露在低温下,有条件的可以进行脱硫,在电炉中的时间不宜过长。 视情况确定球化温度,既不能太高也不能太低。

笔者提倡对于小零件的球化不要采用冲洗法,因为时间太长。 至少要用套袋法,最好用特殊的方法或喂丝法,定点喂丝,甚至喂丝和养丝一起。 不要使用普通的球化剂。 重稀土球化剂和轻稀土球化剂最好混合使用。 若采用冲洗法,球化剂中w(Mg)6%、w(RE)1.0%~1.5%即可; 如果生铁比较纯,w(RE)0.5%~1.0%也是可以的。 如果采用送丝法,可采用w(Mg)量高的球化剂,但w(RE)要低,加一点Ca即可。

浇注温度要合适(1300-1350℃),不能太高,否则液体收缩过大; 球墨铸铁自熔焊宜采用分散内流道的中速铸造,尽量采用大变形型腔,充分利用石墨化膨胀,减轻冒口负担,保证内钢坯的密度。

(4)注意养殖问题

栽培是最重要的工艺技术措施之一。 只有解决了这个问题,才能保证低w(Si)含量没有问题,保证高温性能。 栽培的问题无非就是选择栽培药剂和栽培处理方法。 可选择保温时间较长的保温箱,如含Ba剂(含Sr剂对灰口铸铁效果较好,但Ca较低)、含石墨保温剂或在保温剂中适当混合。

目前很多公司都有自制孕育剂,估计都是遵循这个原理的。 事实上,运运“须缓而行,而要瞬时”,不仅疗效好,而且用量可大大减少。 老办法如治疗时遮盖,疗效不佳,但w(Si)增加。 现在的问题是,如果w(Si)低,疗效好,唯一的出路就是换方法。 事实证明可以达到2.0%w(Si),成功的标志是石墨要少而多。 小则多,小则球化率高。 小则无氮化物,小则碳化程度轻。 如果小件的石墨球数量在200个/mm2以上,尺寸在5-6个,球化率和铁素体量自然不成问题。 其实一句话,对抗石墨,争取小而丰富的石墨,主要的方法就是通过孵化来对付它。 w(Si)低,但无自由淬火体,故常温、低温塑性和冲击韧性均易通过。 对于小钢坯,很容易在浇口杯中孵化大块,在浇口处放置一个孵化块,问题是要有正确的概念。

(5)合金和微量元素的辅助

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在超小型球墨铸铁件中唯一可以考虑的合金元素是Ni,因为它具有独特的作用。 从技术角度看,w(Ni)<1%是有利的,但是否使用要根据具体情况,从经济角度考虑。

Bi、Sb在微量元素小片使用方面有成熟的经验。 我认为将 w(Bi) 0.008% 添加到 0.010% 会使 w(RE)/w

(Bi)=1.4~1.5的比例有利于减少球数,降低球状石墨破碎的风险。 Sb也可用于厚片和小片。 有人认为它会减少珠光体体积,但也有人将它用于铁素体球墨铸铁。 可能是量的问题,的量应该没有问题。 周继阳院长曾强调,用w(Sb)0.005%~0.007%也能抑制铁水中过量Ti和RE的害处[2]。

虽然业界对添加Bi和Sb的作用和机理尚未达成一致,但对Ni的添加已达成共识。

(6)预处理很关键

在球化前用石墨预处理剂对球墨铸铁掩模进行预处理,对提高和稳定钢坯质量有积极作用[3]。 方法如下:

调整成分后【预处理会降低w(C)0.2%】→去除S→返回电炉→加入0.2%~0.25%预处理剂至用量的1/4→全部返回电炉略升温至1470~1480℃→球化处理→孕育处理(可用)→浇注。

(7)抗沙眼剂QKS的使用

发明人认为,在球墨中心有1μm的外掺杂,形成单层核; 外层为MgS、CaS(0.5 μm),内层为MgO、SiO和硅酸盐。 因此,发明人在培养箱中加入一定量的O和S,使其与培养箱中的金属元素结合,形成更多的硫醇和氧化物,进而生成更多的石墨核,从而形成了一种含硅锰孕育剂开发了 Ca、Ce、S 和 O。 这些可以显着减少石墨球的数量,但它们是在结晶后期析出的,后期的石墨化膨胀可以有效抵消熔化后期的收缩。 特别是对于局部热点的收缩更有效[4]。 实验强调:对于5-40mm的阶梯试块,石墨球数量由300个/mm2减少到150个/mm2; 使用Ca-Ce-OS剂时,石墨球的数量不受壁厚的影响。 与之相比,情况就是如此。 十字试块热接缝缩孔缺陷表明,Ba、Sr掺杂断面热接缝处有沙眼,但无Ca-Ce-OS剂存在。