譚 鐸 王偉東
中車齊齊哈爾車輛有限公司
鑄鋼過(guò)濾技術(shù)實(shí)踐與創(chuàng)新
譚 鐸 王偉東
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隨著工業(yè)科技和生產(chǎn)工藝的不斷發(fā)展,機(jī)械制造業(yè)及工程界對(duì)鑄件質(zhì)量尤其是鑄件表面質(zhì)量的要求越來(lái)越高,經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)潔凈的鑄鋼件也變得越來(lái)越重要。基于此,本文將著重分析探討鑄鋼過(guò)濾技術(shù)應(yīng)用,以期能為以后的實(shí)際工作起到一定的借鑒作用。
鑄鋼;過(guò)濾技術(shù);HOLLOTEX
在商品鑄鋼件中觀察到的宏觀氧化物夾雜的尺寸范圍從直徑3mm到大于50mm,在鑄件表面形成一個(gè)深達(dá)6mm或更深的坑。由于上浮作用,宏觀氧化物夾雜幾乎總是位于鑄件上箱表面或皮下。過(guò)去35年來(lái),眾多的研究者研究了氧化物夾雜的形成問(wèn)題。由美國(guó)鑄鋼協(xié)會(huì)(SSFA)和聯(lián)合碳化物公司的研究者的研究結(jié)果是這一問(wèn)題的權(quán)威總結(jié)。
早在上世紀(jì)60年代初期的BatetneMemioral學(xué)院,由美國(guó)鑄鋼協(xié)會(huì)贊助的研究工作得出宏觀氧化物夾雜主要來(lái)源于鋼水澆注期間的再氧化和熔融的澆包耐火材料的結(jié)論。來(lái)自于商品鑄件和實(shí)驗(yàn)鑄件的宏觀氧化夾雜物的組成描給在isq一1A2O3一Mno+eFo偽三元系相圖中。這些宏觀氧化夾雜物的化學(xué)成分受到鋼水成分(主要是M磷i比)和加入的強(qiáng)脫氧劑(從,iT,Z:)的強(qiáng)烈影響。研究者的結(jié)論是宏觀氧化物夾雜形成于型腔外及澆注期間存在于澆注系統(tǒng)中的硅砂的卷人。一但進(jìn)入型腔,夾雜物上浮至上箱鑄件表面導(dǎo)致嵌入的表面缺陷?;诔煞值牟煌?,這些夾雜物大致在11490一1260oC之間凝固。
早期的研究得到兩個(gè)重要的結(jié)論:l)宏觀氧化夾雜物只要存在氧的情況下,不管是空氣中的氧還是與鋼液有接觸的耐火材料,就會(huì)產(chǎn)生;2)問(wèn)題的解決需在在鋼液進(jìn)人型腔前的澆注系統(tǒng)中將宏觀氧化夾雜物去除。
聯(lián)合碳化物公司的aFrrel,iBlek和iHvlt研究了脫氧夾雜物和再氧化夾雜物的形成機(jī)制。他們的結(jié)論是大尺寸的氧化物夾雜是澆注期間再氧化的結(jié)果。有關(guān)人員認(rèn)為再氧化產(chǎn)物要明顯大于脫氧產(chǎn)物,并且在硅錳等較弱脫氧劑的情況下數(shù)量較多。在鋁脫氧鋼中最初生成的再氧化夾雜物是串狀或叢狀的氧化鋁。隨著再氧化的進(jìn)行,夾雜物中氧化鋁所占的百分比不斷下降,而硅、錳所占的百分比不斷上升。aFrrel等人提出的再氧化夾雜物和脫氧夾雜物的形成機(jī)制示于圖3中。得于的結(jié)論之一是問(wèn)題的解決將更多的是一個(gè)機(jī)械的而非化學(xué)的問(wèn)題。改變脫氧工藝將使再氧化產(chǎn)生的夾雜物的成分發(fā)生改變,但不能阻止其產(chǎn)生。
2.1 過(guò)篩原理
這是一個(gè)純物理原理,大于過(guò)濾孔直徑的顆粒物被阻擋住,只阻擋較大的顆粒物,雖然在鐵液中這種大顆粒物量較少,但其對(duì)鑄件的質(zhì)量影響較大。
2.2 過(guò)濾物堆積
后面被阻留住的雜質(zhì)不斷粘附在前面被阻留住的雜質(zhì)上,雜質(zhì)的不斷堆積,在過(guò)濾片前表面形成濾餅,因此小于過(guò)濾孔的雜質(zhì)也可以被阻擋住。由于濾餅會(huì)減少金屬液通道面積,所以隨著濾餅的逐漸變厚、變大,到一定程度就會(huì)堵住過(guò)濾片。
2.3 深層過(guò)濾
因?yàn)榻饘僖涸谶M(jìn)入過(guò)濾孔后會(huì)有小的紊流,雜質(zhì)會(huì)與過(guò)濾孔內(nèi)壁接觸使其粘附在過(guò)濾孔內(nèi)表面,但是,過(guò)大的流速會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的沖刷力,會(huì)將已粘附住的顆粒剝落下來(lái)而又進(jìn)入金屬液中。泡沫陶瓷過(guò)濾片的過(guò)濾就是基于這種深層過(guò)濾機(jī)理。但試驗(yàn)表明,當(dāng)泡沫陶瓷過(guò)濾片的厚度從22mm減小到12.7mm時(shí),過(guò)濾效果并沒(méi)有惡化。所以目前對(duì)這種深層過(guò)濾機(jī)理在鑄件上的過(guò)濾效果還是有爭(zhēng)議的。
如圖1所示,進(jìn)行HOLLOTEX過(guò)濾器及澆注系統(tǒng)鋪設(shè)。
圖1 HOLLOTEX過(guò)濾器及澆注系統(tǒng)鋪設(shè)示意圖
3.1 過(guò)濾器過(guò)濾網(wǎng)材質(zhì)對(duì)鑄件成分的影響
對(duì)試驗(yàn)件與對(duì)比件的化學(xué)成分進(jìn)行對(duì)比分析,得到表1所示的結(jié)果??梢钥闯觯囼?yàn)件與對(duì)比件的化學(xué)成分C、Si、Mn、P、S、Cu、Cr等基本沒(méi)有變化,這就說(shuō)明,在澆注過(guò)程中,過(guò)濾網(wǎng)是很穩(wěn)定的,過(guò)濾網(wǎng)材質(zhì)不會(huì)造成鑄件化學(xué)成分的改變。
表1 試驗(yàn)件與對(duì)比件化學(xué)成分對(duì)比表(w%)
3.2 鑄件機(jī)械性能對(duì)比分析
對(duì)試驗(yàn)件與對(duì)比件的機(jī)械性能(包括抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率、斷面收縮率、硬度等)進(jìn)行對(duì)比分析,得到如表2的數(shù)據(jù)。結(jié)果顯示,試驗(yàn)件抗拉強(qiáng)度提高了0.8%、延伸率提高了4.3%,屈服強(qiáng)度有所下降,硬度無(wú)變化。
表2 機(jī)械性能對(duì)比分析表
3.3 鑄件外觀缺陷量、內(nèi)部缺陷量分析
結(jié)果顯示:試驗(yàn)件外觀缺陷焊補(bǔ)量下降了8%,內(nèi)部缺陷焊補(bǔ)量下降了20%。
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