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        消失模球墨鑄鐵球化處理工藝探索

        2021-10-29 08:14:54張英李兆軍馬冬霞
        金屬加工(熱加工) 2021年10期
        關(guān)鍵詞:鐵液球化珠光體

        張英,李兆軍,馬冬霞

        淄柴動(dòng)力有限公司 山東淄博 255000

        1 序言

        球墨鑄鐵作為一種高性能材料,在許多行業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,經(jīng)過多年的發(fā)展,球墨鑄鐵的產(chǎn)量?jī)H次于灰鑄鐵,是第二大應(yīng)用材料。因此,越來越多的廠家都在對(duì)工藝進(jìn)行不斷地優(yōu)化和改進(jìn)。球墨鑄鐵的生產(chǎn)工藝一般包括以下幾個(gè)環(huán)節(jié):熔煉合格的鐵液;球化-孕育處理;爐前檢驗(yàn);澆注鑄件;清理及熱處理;鑄件質(zhì)量檢驗(yàn)。其中,鐵液的球化-孕育處理的作用是改變石墨生長(zhǎng)方式,使石墨球圓整細(xì)化。因此,熔煉工藝決定了球墨鑄鐵的性能。

        消失模鑄造是一種采用與鑄件尺寸相近的泡沫塑料模,經(jīng)刷涂料后埋入干砂中,在抽真空狀態(tài)下澆注鐵液,鐵液凝固后形成鑄件的鑄造方法。它的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單,鑄件精度高,清潔生產(chǎn),可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、大批量生產(chǎn)。在用消失模生產(chǎn)球墨鑄鐵時(shí),多采用常規(guī)的倒包球化工藝,即將一定量的球化劑放置于球化包包底,其上用覆蓋劑和孕育劑覆蓋嚴(yán)實(shí),然后將鐵液沖入即可。

        然而,消失模生產(chǎn)球墨鑄鐵時(shí)采用上述工藝存在以下問題:一是消失模生產(chǎn)球墨鑄鐵的倒包處理溫度高,球化劑反應(yīng)快,球化時(shí)間較難控制,以致球化劑中鎂的吸收率低;二是處理后的鐵液中鎂的殘余量低,高溫狀態(tài)下燒損較快,以致鑄件的球化等級(jí)低,球化衰退嚴(yán)重。由于消失模鑄造在常規(guī)倒包球化工藝中不能生產(chǎn)高質(zhì)量的球墨鑄鐵件,廢品率高,從而亟需提高工藝水平。圖1、圖2所示為采用原球化工藝時(shí)石墨球數(shù)量和珠光體占比情況。

        圖1 石墨球數(shù)量占比30%

        圖2 珠光體占比85%

        從圖1、圖2中可以看出,石墨球數(shù)量少,珠光體含量偏少,會(huì)影響球墨鑄鐵的力學(xué)性能和球化等級(jí)。

        綜上所述,如何有效地解決消失模生產(chǎn)球墨鑄鐵球化等級(jí)低、球墨鑄鐵件質(zhì)量差、廢品率高等問題,是目前消失模鑄造領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

        鑒于此,開發(fā)出一種新型消失模球墨鑄鐵倒包球化、孕育工藝勢(shì)在必行。新型消失模球墨鑄鐵倒包球化、孕育工藝可以有效地解決消失模生產(chǎn)球墨鑄鐵球化等級(jí)低、鑄件質(zhì)量差、廢品率高的問題。為此我們進(jìn)行了有針對(duì)性的試驗(yàn)。

        2 孕育劑的選擇與實(shí)施辦法

        針對(duì)消失模鑄件澆注溫度高、孕育劑易產(chǎn)生衰退的問題,決定采用熔點(diǎn)高、衰退慢的孕育劑加上普通孕育劑,多次加入的方法,以達(dá)到最佳孕育效果。同時(shí),根據(jù)不同孕育劑的孕育效果及抗衰退效果的不同,決定采用復(fù)合式孕育劑,按一定的比例分別加入硅鐵、硅鋇、硅鋇鈣孕育劑[1],分別稱為第一孕育劑、第二孕育劑、第三孕育劑。

        第一孕育劑加入量為0.15%,球化反應(yīng)開始20s后,在球化包中撒入重量為鐵液重量0.35%~0.45%的第二孕育劑,再撒入重量為鐵液重量0.2%~0.4%的第三孕育劑。通過3次加入提高了孕育效果,延緩了孕育衰退的時(shí)間,減少鑄件的石墨畸形及非球形石墨數(shù)量,有利于提高鑄件的質(zhì)量。

        3 采用有堤壩的球化包,以延緩球化衰退

        消失模鑄造球墨鑄鐵之所以球化等級(jí)低,主要是因?yàn)榍蚧瘻囟雀撸ㄓ捎跐沧囟雀撸┰斐傻?。如何在保證澆注溫度的情況下提高球化率,我們采用了在堤壩式球化包的堤壩一側(cè)底部先設(shè)置一層球化劑,在球化劑表面設(shè)置一層覆蓋劑并搗實(shí),在覆蓋劑上放置蓋板,再于蓋板上依次放置球化劑、第一孕育劑和覆蓋劑,蓋板為無銹碳素鋼板或成形球墨鑄鐵板。

        將電爐鐵液升溫至1560~1600℃,表面除渣后撒入重量為鐵液重量0.05%~0.15%的碳化硅預(yù)處理劑,并保溫9~11min。將鐵液包內(nèi)扒除浮渣后的鐵液倒入堤壩式球化包內(nèi)未設(shè)置球化劑的一側(cè)[1]。

        消失模球墨鑄鐵倒包球化、孕育工藝,是在堤壩式球化包的堤壩一側(cè)底部先設(shè)置一層重量為鐵液重量0.7%~0.9%的球化劑,在球化劑表面覆蓋一層重量為鐵液重量0.05%~0.15%的覆蓋劑并搗實(shí),在覆蓋劑上放置蓋板,蓋板上再依次放置重量為鐵液重量0.55%~0.65%的球化劑、重量為鐵液重量0.05%~0.15%的第一孕育劑和重量為鐵液重量0.05%~0.15%的覆蓋劑。蓋板的頂面為平面,底面形狀與球化包的包底形狀相同,蓋板頂面邊緣與包體的內(nèi)壁四周間隙≤5mm。因此,加入鐵液進(jìn)行球化反應(yīng)時(shí),由于中間蓋板的存在,整個(gè)球化反應(yīng)分兩次進(jìn)行。第一層球化反應(yīng)為蓋板上層的球化劑先反應(yīng),使鐵液吸收一部分稀土鎂。隨著球化反應(yīng)的進(jìn)行,蓋板逐漸熔化。當(dāng)蓋板熔化后,設(shè)置于蓋板下方的球化劑開始反應(yīng),也就是第二次球化反應(yīng)。通過兩次球化反應(yīng)相繼進(jìn)行的方式,延長(zhǎng)了球化反應(yīng)的時(shí)間,提高了稀土鎂的吸收率,減小了后期燒損,提高了球化等級(jí),保證了最終的鑄件質(zhì)量。球化工藝改進(jìn)后,球墨鑄鐵件的金相組織如圖3、圖4所示。

        圖3 改進(jìn)后石墨數(shù)量占比60%

        圖4 改進(jìn)后珠光體含量占比90%

        從圖3、圖4可以清晰地看到,通過工藝的改進(jìn),石墨數(shù)量和珠光體含量都有明顯的提升,工藝改進(jìn)取得了明顯的效果。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        以上是我們?cè)谶M(jìn)行消失模鑄造球墨鑄鐵熔煉中球化工藝改進(jìn)的探索,取得了較好的效果,但是珠光體含量仍然需要提高,有待在今后的工作中對(duì)工藝做進(jìn)一步改進(jìn)。

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