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鑄造技術

灰鑄鐵孕育的幾個問題

發布日期:2019-06-06來源:編輯瀏覽次數:150
 1 孕育量的確定 

  孕育量一般是根據產品的金相組織確定的, 要考慮的金相組織主要有石墨形態及長短、是否出現滲碳體、珠光體含量等。 濕型砂是所有砂型中冷卻速度最快的砂型, 含水量一般在 3.0%左右, 有些達到 4.0%, 因此, 濕型砂生產灰鐵件最容易導致薄壁部位出現滲 碳體, 在其它條件不變的情況下, 這成為判定孕 育量加入多少最重要的依據。 我公司曾經遇到這樣的問題, 同樣的原鐵 液、同樣的孕育劑在不同的產品上用量相差很 大, 從 0.15%到 0.9%不等, 而且加 0.9%孕育量的 產品薄壁部位還經常出現滲碳體。即使零件形狀 差別再大, 如此大的偏差也是不合常理的, 為此, 我們進行了現場調查, 結果如表 1。
     由表 1 可知, 產品二每型鐵液的澆重比產品 一要少 13 kg, 因此, 同樣多的鐵液澆注時間必須 要延長一倍多。每型鐵液的澆重是沒法改變的, 而不管何種孕育劑, 要保持 37 min 內不衰退也 是不可能的, 問題就出在出鐵量這個環節上了。 如果減少每包出鐵量并多出兩次鐵, 孕育衰 退就可以避免; 或者將孕育后移, 即加大隨流孕 育量, 也能解決這個問題。
     由于出鐵和吊爐料上爐臺是同一臺吊車, 要 改變出鐵方式對生產和物流勢必產生較大影響, 于是我們選擇了加大隨流孕育的方式。根據各方 面資料介紹, 一般灰鑄鐵孕育量在 0.2%左右就 足可以保證孕育良好, 我們則嘗試進行了加大隨 流孕育量的試驗, 試驗結果見表 2。 

 由表 2 可知, 增加隨流孕育加入量后, 出鐵 槽孕育劑加入量大大降低, 因此, 隨流孕育是解 決孕育衰退最好的辦法。但隨流孕育加入量太 大, 孕育劑有不能完全溶解的危險, 因此, 我們最 后選擇了出鐵槽 0.3%+隨流 0.18%的方式。 相對濕型砂, 樹脂砂對灰鐵件的激冷要小得 多, 白口產生的可能性也要少很多, 因此, 確定孕育量主要應該考慮石墨形態及長短, 珠光體含量 等。
     我公司產品經常出現白口, 白口對產品加工 性能影響很大, 如何預防和消除一直是我們日常 工作的重點。 產生白口的原因很多, 我們在此拋開零件本 身的形狀和型砂水份的影響, 僅就鐵液和孕育方 面進行一些探究。 2.1 鐵液質量的影響 

   如果原鐵液白口深度深則產品白口也深, 這 是眾所周知的。原鐵液白口深度與生鐵白口的遺 傳性、廢鋼加入量的多少以及 w( S) 量的高低有 關。在生產過程中, 曾經有一段時間, 由于生鐵緊 張, 我們只能用球鐵生鐵來生產灰鐵鑄件, 其 w( Si) 量特別低, 采用原有的孕育方式, 產品白口 多且深, 只能用增加孕育量的辦法來消除白口。 

   多用廢鋼也會導致產品白口增加。而 S 對孕育的 作用已經比較清楚, w( S) 在 0.05%~0.1%, 對孕育 是有好處的, 當然對減少白口也是有益的; 如果 w( S) 低了, 可以用加硫鐵精礦的辦法來補充, 但 w( S) 是不是低于 0.05%孕育就一定有問題呢? 我 公司曾經在很長一段時間內, 產品中 w( S) 量在 0.02%~0.04%, 也沒有出現孕育不良的問題, 分 析認為, 這可能與我公司使用的孕育劑有關。

   我 公司使用的 SiBaCa 孕育劑對高、低 w( S) 量鐵液 均有良好的孕育作用, 不過, 為了保證良好的孕 育, w( S) 量還是稍高一點好。 2.2 孕育的影響 現有的消除白口能力強的孕育劑主要有含 Sr、RE、Ca 等元素的孕育劑, 一般可確保在 15~ 20 min 內三角試片不出現白口, 這對大多數產品來說已經足夠。不過再強的孕育劑都存在衰退問 題, 所以預防白口的關鍵是鐵液孕育后如何盡快 澆注的問題, 而加強隨流孕育無疑又是其中最好 的辦法。

   我們的經驗, 只要隨流孕育加入量在 0.15% 左右, 對大多數產品而言, 白口問題基本可以得 到解決。 

  關于孕育劑

 市場上銷售的孕育劑品種很多, 應該選擇性 價比高又適合自己的孕育劑產品。

  3.1 75SiFe 75 SiFe 是最常采用的孕育劑, 其中的 Al、Ca 對孕育效果有重要的作用。但 75 SiFe 孕育的鐵 液衰退很快, 大件生產和流水線澆注爐生產時, 一般不宜選擇。要有效促進 A 型石墨形成, 防止 薄壁處白口的產生, 必須加大 75 SiFe 加入量, 有 時要達到 1.0%, 但加入量 1.0%不僅增加成本, 而且有可能導致鑄件縮松。因此, 不建議將其作 為首選孕育劑。

  3.2 含 Sr 孕育劑 含 Sr 孕育劑消除白口的能力很強, 有利于 改善薄壁鑄件中石墨的形態和分布狀況, 使不同 厚度處組織的差別更小, 理論上還有預防縮松的 作用[1] 。含 Sr 孕育劑對鋁 w( Al) 、w( Ca) 量有很高 的要求, 因為 Al、Ca 的孕育作用與 Sr 的作用剛 好相反。一般要求 w( Al) ≤0.1%, w( Ca) ≤0.3%, 要達到這樣的 w( Al) 、w( Ca) 量, 必須對 SiFe 進 行精煉, 勢必增加含 Sr 孕育劑的生產成本, 所以 含 Sr 孕育劑都比較貴, 差不多是 75SiFe 的 2 倍。 不過含 Sr 孕育劑的加入量約為 75SiFe 的三分之 一, 因而總體來說, 相比 75SiFe 的孕育效果有提 高, 經濟上也是劃算的。 有資料介紹含 Sr 孕育劑能夠解決產品縮松 問題[1] , 然而我公司的生產實踐證明并非如此。 我公司生產的一種冰箱壓縮機零件, 在產品 的厚大部位偶爾出現縮松( 如圖 1) 。我們曾試過 修改澆注系統以增加對產品的補縮, 降低澆注溫 度減少產品的液態收縮, 但效果均不明顯。試用 含 Sr孕育劑, 加入量為出鐵槽 0.25%+隨流0.15%, 產品石墨等級為 5 級, 薄壁部位無白口, 但解剖 厚大部位, 仍存在縮松。產品共晶團數量為 200個/mm2 左右, 比 SiBaCa 的 500 個/mm2 左右確實 要少, 說明含 Sr 孕育劑沒有問題, 同時說明含 Sr 孕育劑解決縮松效果是比較有限的, 不可期望太 高。

 3.3 含 Ba 孕育劑 

 含 Ba 孕育劑最重要的作用是減緩孕育衰 退, 具有很強的促進石墨化的能力, 可改善薄壁 鑄件中石墨的形態和分布狀況, 進而減少厚薄部 位的硬度差。w( Ba) 在 20%~30%的 SiBa 孕育劑, 能顯著降低鑄鐵的白口傾向, 可保持孕育效果的 時間增至 30 min 左右, 特別適用于大型鑄件, 而 用于小件可能導致產品珠光體量不夠。目前比較 廣泛使用的是 w( Ba) 在 2%~3%的含 Ba 孕育劑, 加入量 0.3%左右, 鐵液在 20 min 內孕育基本不 衰退, 其價格僅比 75SiFe 貴 1 000 多元, 用量約 為 75SiFe 的三分之一, 是值得廣泛推廣的孕育 劑。

  3.4 稀土復合孕育劑 稀土孕育劑一般不單獨使用, 經常和 Ba、Ca 合成一種稀土- Ba- Ca 孕育劑, 在保留含 Ba 孕育 劑優點的基礎上, 脫氧能力更強, 對高 w( S) 鐵液 特別有效。但這種孕育劑加入量不能過高, 否則 產品中 w( RE 殘) 量過高, 可能使鑄鐵結晶時產生 過冷, 出現滲碳體組織。使用時必須嚴格控制用 量, 最高用量不超過 0.4%。稀土孕育劑價格也不 是太貴, 只比含 Ba 孕育劑稍高, 是值得選擇的一 種孕育劑。 

 4 如何控制購買的孕育劑質量

 孕育劑的質量在生產過程中是有波動的, 而 供應商往往是將質量好的和差的摻在一起賣給  我們, 那么我們應該如何控制好購買的孕育劑質 量呢? 

 4.1 化學檢測 通過檢測孕育劑中的 Si、Al、Ca、Ba、稀土等 的質量分數可以初步判定孕育劑是否合格, 但這 些元素的檢測比較復雜, 需要時間比較長, 一般 鑄造廠并沒有這種能力, 因而, 下面的方法更加 實用。

  4.2 目測 開袋檢查孕育劑顏色是否正常? 黑渣是否 多? 不符合粒度要求的、太粗的或太細的是否過 多? 這些問題最經常出現, 每次進貨之后一定要 開袋檢查。我公司曾經購買過一批孕育劑, 化學 檢測元素合格, 便投入使用, 結果導致 20 多爐產 品出現白口及石墨異常。經過檢查發現是孕育劑 中黑渣太多, 孕育劑顏色發暗造成的。 

 4.3 現場試用 每批孕育劑到廠后, 經上述檢查合格, 我們 還要現場試用 3~5 爐, 通過金相分析產品的石 墨、白口、珠光體等組織, 與正常生產的產品進行 對比, 發現異常立即停用, 可避免批量產品報廢。 

 4.4 供應商的選擇 在選擇供應商時, 一般選擇規模大一些并有 一定信譽的供應商, 這樣, 質量比較有保證。有些 供應商沒有自己的冶煉爐, 也沒有產品的化學檢 驗手段, 只是從他人手中購買大塊的原料進行破 碎, 這樣的供應商的質量保證能力很弱。 

 5 孕育不良或過量的危害

  孕育不良將導致石墨異常, 薄壁部位出現白 口, 力學性能低下等問題; 而孕育過量則導致石 墨粗大, 珠光體量不足, 力學性能低下等問題。孕 育過量一般在工藝試制過程中容易出現, 在正常 生產條件下則一般不會出現。2006 年, 我公司把 75SiFe 孕育劑更換成 SiBa 孕育劑, 雖然工藝試 驗時已經把孕育量從 1.0%降為 0.6%, 然而客戶 反應加工后產品厚大部位仍出現石墨粗大, 直到 將孕育量降至 0.4%后產品才恢復正常, 這說明 孕育過量或不足對不同的孕育劑是不同的。

 正常生產條件下孕育不良不會出現, 但在設 備出現問題時, 尤其在流水線生產過程中, 用澆 注爐澆注鐵液的工藝則經常出現孕育不良。因為在出現設備故障時, 澆注爐中還存放有已經孕育 但沒有澆注的鐵液, 隨著故障時間的延長, 這些 鐵液將因為孕育衰退而導致孕育不良。在鐵液量 不太多時, 我們一般采取在下包鐵液中適當多加 孕育劑的辦法來重新孕育; 而如果鐵液量太多, 則只能把澆注爐中的鐵液重新回爐處理。

  6 孕育劑的貯存與干燥 

 孕育劑必須放在干燥通風的地方, 回潮的孕 育劑必須烘干后方可使用。每年 3~5 月, 是南方 的梅雨季節, 越是通風的地方空氣反而越潮濕, 因此, 這個季節使用孕育劑要更加小心。加在出 鐵槽或轉運包的孕育劑不必烘干, 只須在出鐵前 幾分鐘把孕育劑放在出鐵槽或轉運包內, 利用余 熱把孕育劑烘干即可, 特別注意的是, 加入轉運 包的孕育劑不可過早, 否則孕育劑有被氧化或粘 在包底的危險, 影響孕育效果。隨流孕育裝置和 澆注機在一起, 每天可提前把隨流孕育劑放在澆 注機的爐臺上自然干燥 1~2 h, 然后再加入到隨 流孕育裝置中, 一般不需要專門烘干。有些工廠 用壓縮空氣來帶動隨流孕育劑, 一定要注意壓縮 空氣的干燥問題, 否則, 壓縮空氣的水份可能對 孕育產生影響。

 7 結束語 灰鑄鐵的孕育對產品質量起著至關重要的 作用, 因此要慎重選擇孕育劑種類, 并且要特別 注意使用方法, 盡可能把孕育置后以增加孕育效 果, 減少孕育劑用量, 穩定產品質量。

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