蠕铁具有良好的综合性能,并且它对化学成分的要求与铬钼铜合金灰铸铁不同,不像铬钼铜合金灰铸铁那样严格。大体范围如下:
碳当量在 4.3%到 4.6%之间,这意味着是共晶或过共晶成分。若为亚共晶,虽有利于蠕墨铸铁的形成,然而却容易出现缩松缺陷,对铸件渗漏缺陷的解决不利。
碳当量过高时,会使石墨析出的量过多。石墨析出过多会导致石墨漂浮。石墨漂浮会使铁液的流动迅速恶化。铁液流动迅速恶化会产生蜂窝状缺陷。
在常规生产条件下,分析含碳量通常采用化学分析法,且多使用碎屑进行化验。只要配料基本保持不变,含碳量对蠕化处理和蠕铁性能的影响就不太敏感。如果采用高碳生铁或高碳返回料,即便不控制含碳量,铁液的含碳量也会略有下降。如果铸件的较厚部位出现石墨漂浮或聚集的情况,那么可以在炉料中加入少许(5%~10%)的废钢。大致而言,在进行蠕化处理之前,含碳量要掌握在 3.6%以上。
蠕化处理后的铸件,其终硅量大体应控制在 2.2%到 3.2%之间,这样较为适宜。厚大铸件取其下限,薄小铸件取其上限;铸件若要求珠光体基体则取下限,若为铁素体基体则取上限;如此一来,在进行处理之前,铁液的含硅量就必须预先考虑到在蠕化处理时蠕化剂和孕育剂带入铁液中的硅量。
含锰量方面:它对蠕化处理效果没有显著影响,蠕化处理前后其含量的变化不大,严格来讲,有微小的下降。所以在一般的含量范围内,可以不进行严格控制。制取铁素体蠕铁时,适宜将其含量控制在 0.4%以下;制取珠光体蠕铁时,其含量应适当超过 0.9%;在 0.4%到 0.9%以下这个范围,对增加珠光体数量的影响不是很敏感。含磷量:蠕化处理前后,它对蠕化处理效果没有明显影响,其含量变化不大。然而,它的含量增加会明显加大蠕铁的缩松倾向,会使铸件冒汗、渗漏加剧,还会增加蠕铁的脆性。
含硫量会对蠕化处理效果产生严重影响,关于这方面的问题,请参阅本刊上一期的问答。你厂主要希望解决汽缸盖的渗漏和开裂问题。所以,除了要求蠕化处理前的铁液低磷、硫(最好从源头把关,采用低磷、硫炉料),碳、硅、锰的含量采用上述范围的中限就可以了。这种蠕铁的成分,其基体组织通常是铁素体与珠光体的混合基体。长期的试验以及使用效果显示,即便处于这种情况,它的力学性能、耐热疲劳性能以及耐磨性都要比铬钼铜合金灰铸铁更好。
常用的蠕化方法:
用于电炉铁液时,可采用处理冲天炉铁液的办法;还可以在铁液达到预定的处理温度后,把炉内铁液表面的浮渣扒除掉,接着把稀土硅铁合金放在铁液表面,等稀土硅铁合金呈现半熔融状态,就开始出铁,借助铁流自身的冲力来进行搅拌。
稀 土硅铁 +稀 土镁硅 铁合 金 复合蠕 化 剂特点 :
稀土硅铁镁合金实际上是球化剂。它一般不单独用作蠕化剂,而是与稀土硅铁合金复合使用。在进行蠕化处理时,它被当作“引爆剂”,利用其中的镁在铁液中的“沸腾效应”来进行自搅拌,以此代替人工搅拌。当处理一包铁液量比较大的时候,这是一个能够解决人工搅拌困难的好办法。对于生产球铁的厂家而言更为便捷;其缺点在于,镁是很强的石墨球化元素,因为镁存在于蠕化剂中,所以这种复合处理法获得蠕虫状石墨的适宜加入量范围,比单独使用稀土硅铁合金作蠕化剂的范围要小。此外,在进行蠕化处理时,镁沸腾会产生烟雾和光亮,这些烟雾和光亮会污染车间环境。
处理方法为包底引爆法:把稀土硅铁镁合金颗粒(其粒度与稀土硅铁合金相近)放置在铁液包底的凹坑内,用稀土硅铁合金(或者稀土钙硅铁合金等其他没有“沸腾效应”的蠕化剂)覆盖在上面,接着再覆盖一层无油迹、无锈的铁屑或铁豆(最好是球铁或蠕铁的),以此来控制开始引爆的时间,覆盖层的厚度根据起爆时间的早晚进行酌情调整,最后用捣砂锤将其轻轻捣实,然后出铁进行蠕化处理。
注 意 :
在能够“引爆”的情况下,应尽量少使用“引爆剂”,并且尽量选用含镁量较低的稀土镁硅铁合金,这样可以减小石墨的球化倾向。通常情况下,若铁液温度较低,就选用含镁量较高的稀土硅铁镁合金,例如对于冲天炉铁液,会选用含镁 6%~8%的合金;反之,若铁液温度较高,就选用含镁量较低的合金,比如对于电炉铁液,会选用含镁 3%~4%的合金;而这些合金的数量约占复合蠕化剂总量的 1/3~1/5。“引爆”这种行为过于激烈,会导致蠕化剂的吸收减少,并且会增加产生的烟和光。在出铁时,铁流千万不能直接冲击在包底的蠕化剂上,不然的话,蠕化剂有可能会被冲跑、漂走,浮在铁液表面而被烧损,这会对蠕化剂的吸收产生严重的影响。
稀 土锌硅 铁合 金 系列 蠕化 剂:
这种新型蠕化剂是笔者在 1979 年首创的。笔者依据自己提出的“浮渣”形成机理认为,上述复合蠕化剂用稀土镁硅铁合金引爆后,“浮渣”确实减少了。然而,它是从蠕化剂颗粒外部来破坏化学反应产物包覆层的,所以“浮渣”的消除仍不够理想。同时,镁会增大石墨的球化倾向。由于锌的沸点比镁低,且不会使石墨球化,所以将适量的锌与稀土硅铁熔成合金,便可克服“引爆剂”的缺点。如果在这种合金中加入少量强烈促进石墨化的铝,那么就能够明显减小蠕铁的白口倾向。这种新型蠕化剂获得蠕虫状石墨的适宜加入量范围与单独使用稀土硅铁合金相近,并且比稀土硅铁 + 稀土镁硅铁合金复合蠕化剂的加入量范围要大;它的白口倾向都小于稀土硅铁合金和稀土镁硅铁合金;在处理过程中“浮渣”最少,蠕化处理后不需要搅拌,从而简化了蠕化处理工艺。用于 中 、大铸 件可 不孕 育 。
处理方法为底冲人法:把粒度与稀土硅铁合金相仿的稀土锌硅铁合金颗粒放置在铁液包底的凹坑内,接着覆盖一层无油迹且无锈的铁屑或铁豆,以此来控制开始“沸腾”的时间,其厚度需根据“沸腾”情况进行斟酌确定,之后用捣砂锤将其轻轻捣实,最后进行出铁并进行蠕化处理。
包底引爆法:用稀土锌硅铁来代替稀土镁硅铁合金充当“引爆剂”,它与稀土硅铁合金一起组成复合蠕化剂球墨铸铁用废钢的作用,这种方式的效果和前面提到的相似,并且石墨球化的倾向有所减小。
注 意 :
在能够让蠕化处理铁液“沸腾”的前提下,要尽量选用含锌量较低的合金,目的是避免“沸腾”过激,减少产生的烟和光。含锌量的选用要根据铁液温度来决定,在这方面可以参考“包底引爆法”的注意事项。
(2)铁流 冲人 包底 的位 置 同包底 引爆 法 。
以上是国内常用的一些适用于蠕化的剂以及蠕化处理的方法。有的厂家依据本厂的具体状况,选用了其他成分的蠕化剂,像稀土钙系、稀土镁 - 钛系、稀土镁 - 钙系等等,并且采用了相应的蠕化处理方法;有的厂家自行设计蠕化剂成分,然后向蠕化剂生产厂家进行订购;蠕化处理方法有很多种,其中包括当前在国内外备受关注的适用于精确控制蠕化率的喂线法。
要求蠕化率需在 80%以上,然而目前我厂的蠕化率仅能稳定在 50%以上。有报道称,喂线法技术能够达到此要求,喂线法是目前国内外都备受关注的一种炉前处理方法,它可以精确控制铁液的变质处理效果。
喂 线法的优 点:
线法是把含有变质剂的包芯线直接插入铁液中,让变质剂与原铁液发生反应,从而按照预定目标得到球墨铸铁、蠕墨铸铁以及孕育铸铁铁液的一种方法。与其他各种变质处理方法相比,喂线法的最大优点在于,一旦发现带入的变质剂不够,就可以继续补加。它使用钢皮保护层,这样变质剂就可以直接运到包底进行反应。这种情况对于蠕墨铸铁的处理来说尤为重要。
加入量能够随时进行调整。
在蠕铁生产中采用喂线法,通过对铁液重量、原始含硫量、处理温度、喂线速度等进行精确检测和控制,有效控制喂线量,使得在蠕化处理过程中吸收率稳定,镁和稀土残留量稳定,满足蠕化处理中镁和稀土残留量稳定且严格控制在一个很窄范围内的要求,进而能够保证稳定生产高蠕化率蠕墨铸铁的要求。
如何 正确使 用 喂线 法:
目前,世界工业发达国家普遍重视在进行铸铁变质处理中应用喂线技术,并且将其广泛用于生产中。在变质处理方法方面,把喂线法列为首选方法。已经成功研制出硅镁包芯线产品,并将其应用于大批流水生产中。球墨铁的喂线处理工艺逐渐完善成熟,在铁液球化质量、球化处理成本、粉尘治理、反应室设计操作等方面,都得到了广大用户的认可。在喂线法处理过程中,关键技术有以下三项:
(1)完善 的生产 条件 准备
芯线目前使用的有两类,一类是镁合金芯线,另一类是纯镁芯线。并且,还可以依据不同用户的要求,选用不同的合金组分。
变质处理包:通常每包处理的铁液重量在 1.0 到 6.0t 之间,并且铁液包的高径比应当是 1.2 至 1.5 。
喂线设备:其调速范围在 0 到 200m/min 之间。依据铁液的重量、原始含硫量、处理温度以及喂线速度等这些参数,通过电脑进行处理后,会自动开展喂线处理工作。这样就能保证加入量的精准性以及质量的控制。
(2)严格 的喂 线工 艺参 数控 制
喂线速度需合适,芯线到达包底后,钢皮要完全熔化,这样变质剂与铁液之间的冶金反应才能在包底进行,如此才能充分发挥变质剂的作用。
③变质处理的时间:在喂线结束之后,反应时间不应少于 1 分钟,这样能使镁的吸收率保持稳定。变质处理包的高径比恰当,能增加镁蒸气和铁液的接触时间,有利于提高镁吸收率;变质处理包盖的密封性好,可减少烟雾和铁液飞溅。
从试验数据来分析,变质处理后残留镁量的消失(减少)速度大概是每分钟 0.0005%到 0.001%。
如何将 喂 线法 正确 应用 在蠕 铁生 产 中
蠕化处理后,镁和稀土的残留含量会对石墨的形状以及各类石墨的数量产生决定作用。国外针对凝固后铸件中石墨球的比例与镁含量的关系进行了研究,认为:当镁含量为 0.01%时,石墨为片状;当镁含量在 0.01%至 0.018%之间时,蠕化率大于 80%;当镁含量在 0.018%至 0.025%之间时,蠕化率大于 50%至 80%;当镁含量在 0.025%至 0.04%之间时,为不同球化等级的球墨铸铁。所以蠕墨铸铁的含镁量范围仅仅是±0.004%,在工业生产中这是一个难以控制的含量范围。因为喂线法的最大特点在于能够精确控制喂线量,所以它必然会成为蠕化处理的最佳工艺方法,并且在我国得到了广泛的应用。
在蠕墨铸铁生产时使用喂线蠕化,这与在球墨铸铁中使用喂线球化大致相同。生产的关键技术包括:
蠕化剂以芯线形通过喂线机喂入铁液中,其芯线成分稳定,喂线长度可预先设置并可控,喂线速度也可以调整。因为这些原因,选定合适的芯线成分、合适的喂线量以及合适的喂线速度,是保证铁液蠕化质量的关键之一。
常用的蠕化芯线球墨铸铁用废钢的作用,其直径为 13mm。它的主要成分有 RE、Mg 和 Si,加入量约为 0.6%。当喂线速度在 20~35m/min 时,能够取得良好的蠕化效果。
(2)精确 测 定及稳 定 蠕化 处理 工艺 参数
蠕化处理工艺参数需稳定且精确测定,包括处理铁液的重量、蠕化处理温度以及处理前铁液的含硫量要求。
(3)稳定镁和稀土吸收率
为提升镁和稀土的吸收率,需要将芯线插入包底,然后让其产生蠕化反应。在生产过程中,可以依据需求来对芯线直径、钢带厚度、喂线速度和蠕化温度进行调整。
以上三个方面能够保证镁和稀土的残留量保持稳定,使得在蠕化处理过程中,镁和稀土的残留量能够稳定下来,并且能够严格地将其控制在一个很窄的范围内。
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