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球墨铸铁石墨开花的解决方法

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-01-26  来源:中国碳谷网  作者:中国碳谷网  浏览次数:2962
核心提示:球墨铸铁石墨开花的解决方法,为了 提高产品的合格率,减少质量隐患,我们对铸造铸件质量进行了统计分析与研 究,找出了造成石墨质量异常的原因,并采取了有效的预防措施。

  在生产过程中,高强度、高伸长率的铁素体基球墨铸铁( 如QT450 — 12A),常有少量铸件力学性能( 如抗拉强度和伸长率) 达不到技术要求。为了 提高产品的合格率,减少质量隐患,我们对铸造铸件质量进行了统计分析与研 究,找出了造成石墨质量异常的原因,并采取了有效的预防措施。

  一、基本生产工艺及产品质量统计

  1. 生产条件

  ( 1) 熔化设备 两台3t 工频炉。

  ( 2) 原料 生铁、废钢、回炉料。

  ( 3) 炉内铁液成分 wC = 3. 85 % ~3. 95 % 、wSi ≤1. 6 % 、wMn ≤0. 20 % 、wP ≤0. 06 % 、wS ≤0. 03 %。

  2. 数据分析

  造成产品力学性能不合格的主要原因是金相组织石墨开花,约占总数的4. 51 % ( 占废品总数的92. 1 %),且主要为每炉的首/ 尾包处理的铁液。开花状石墨 在有外力作用时会引起应力集中,从而使力学性能降低。

  二、原因分析及应对措施

  1. 开花状石墨的形成

  ( 1) 球状石墨主要是从铁液中直接析出,并按螺形位错生长。石墨刚从铁液中析出时,由于铁液温度较高,石墨可能生长也有可能被熔解。随着铁 液温度的降低,石墨生长加快,当石墨长大到一定尺寸后,在铁液热混流的作 用下,石墨容易破裂,形成开花状石墨。

  ( 2) 共晶转变时,随着温度的降低,铁液中的碳通过奥氏体边界析出 到被奥氏体包围的石墨球上的速度加快,这样石墨球的体积增大而奥氏体的边 界被束缚,使石墨球内应力提高,当这种内应力达到足以突破奥氏体边界束缚 力时,石墨球也会破裂开花。

  2. 石墨开花的主要表现

  炉前增碳

  根据开花状石墨球的形成过程可知,炉前增碳会造成 炉内表面铁液中石墨的遗传,且遗传较大的石墨颗粒在球化处理时作为外来晶 核优先长大,引起石墨球大小不均,较大的石墨球在共晶温度铁液中不稳定而 生长速度相对较快,在高温热混流作用下容易破裂,产生开花状石墨。而当前炉次的第二包和其他包处理的铁液,因为炉内铁液基本不存在未熔化的碳的遗 传,所以球化质量相对比较稳定。

  3. 工艺措施

  根据上述观点,在铁液碳当量不变的情况下,要解决开花状石墨球必 须从以下几个方面采取工艺措施。

  ( 1) 减少原料中碳的遗传

  由于熔化铁液时常需加入一定量的增碳剂, 以保证铁液出炉时的碳含量要求。因此,一方面,当铁液中碳的含量低于工艺 要求时,实际生产过程中采取增碳处理后应将炉内铁液温度提高到1560 ~ 1580 ℃,并过热 10 ~15min,使未熔的大石墨充分熔解为均匀的小颗粒石墨, 以保证球化良好;另一方面,配料时铁液中的碳最好一次性配到工艺要求的范 围内,这就要求配料人员必须准确估算炉内剩余铁液量和使用的回炉料的化学成分,这会使生产节奏好,并降低生产成本。

  ( 2) 避免球化处理时过早出现大的石墨球 降低球化处理时铁液的碳当量( CE) ,使CE≤4. 55 % ,适当减少一次孕育量,防止铁液过早出现较大 的石墨球。

  ( 3) 降低高温铁液的热混流现象 球化处理时,铁液温度应控制在 1540 ~1560 ℃,浇注温度应控制在1400 ~1440 ℃。从球化处理到浇注完毕的时间应控制在10min 内,减少石墨球在液态条件下的生长时间。

  ( 4) 降低碳的活度和增强奥氏体的强度( 合金处理、减少石墨球数和 细化石墨球) 相关资料表明,废钢有促进生成白口铁的现象。配料时加入的废 钢越多,球化处理时石墨的析出能力越低,形成的石墨球数越少且细小。炉前 碳的含量高时加废钢降碳,从未发现石墨开花现象可说明这一点。锰固溶于奥 氏体中,会降低碳的活度,使碳通过奥氏体边界析出的速度降低。而实际生产中,加入大量废钢是不可能的,因为废钢加入越多,原铁液的含碳量越低,需 大量增碳,不但增加工作量且浪费原料和能源,而适当控制锰的含量既方便又 经济。实际生产中,当碳高且硫和锰低时,对首包处理的铁液应采取将wMn 控 制在0. 20 % ~0. 25% 的工艺措施。

  ( 5) 准确把握球化处理和倒包时铁液量 这就要求生产人员经验( 凭 视觉估算铁液量) 丰富。在实际生产中,相当一部分金相组织石墨开花的不合 格件就是由于球化处理时铁液量太少,以及倒包后铁液分配不均引起碳当量过 高所造成的。

  ( 6) 准确控制出炉温度和浇注温度 出炉温度过高或过低均会影响球 化处理时铁液对稀土镁的稳定吸收,造成球化效果波动,也影响后期的孕育效 果。浇注温度的高低,不仅受出炉温度高低的影响,还受到浇包状况和后期孕 育剂加入量及粒度大小的影响。因此,出炉温度和浇注温度的高低都会造成铸 件产生开花状石墨缺陷。

  石墨球开花不合格相对减少,不合格包数较 采取措施前大幅下降。通过不合格包次的化学成分分析发现,不合格件主要是 硅含量偏高( wSi ≥2. 8%) 及熔炼铁液时成分控制不准确造成的。

  三、结语

  综上所述,在高碳当量的工艺条件下,采取以上工艺措施,有效地降 低了球化处理后石墨开花的现象,不良品率降至1% 左右,为大批量生产高强 度、高伸长率的铁素体基球墨铸铁( 如QT450 —12A、QT400 —15)奠定了良好 的基础。

  当前炉次的首包 工频炉的搅拌虽然较均匀,但在炉内铁液的上 层因感应圈的搅动力较差,从而导致上层铁液含碳量较高,因此,首包铁液在 球化处理过程中碳易积聚而导致石墨长大,进而破裂引起石墨开花。

  当前炉次的首包铁液球化温度较高 过高的球化处理温度可能引 起两种球化结果:

  ①球化剂烧损过多导致球化不良,金相组织出现片状和蠕虫 状石墨。

  ② 由于石墨生长过快但又不稳定,导致石墨破裂,出现石墨开花。

  当前炉次的出炉温度较低过低的出炉温度将导致球化剂的吸收率 较高,过高稀土镁使石墨生长过快,大的石墨破裂引起石墨开花。

 
关键词: 石墨 球墨铸铁石墨
 
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