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球墨铸铁中各种元素都有什么影响?影响球铁缩松的一般规律是什么?

2023-11-13

洲际铸造,铸造工业网


铸件均应在热处理后使用,因为铸态下的球墨铸件内部存在气孔,裂纹,缩孔和缩松,晶粒粗大,组织不均及残余内应力等铸造缺陷,使球墨铸件的强度,尤其是塑性和韧性大大降低。球墨铸件基体机关分为三种类型:铁素体,珠光体,铁灰口铁铸造的机关特色是具有片状的石墨。素体+珠光体。C和Si能有效地促使石墨化的元素。铸铁中AlCuNiCo等元素也会促使石墨化。SMnCrWMoV等碳化物形成元素则还可以或许降低铸铁的机械性能和流动性。为了保证铸铁在浇铸能够得到灰口,且不至于得凡将铸铁的成分节制在2.5~4.0%C及1~2.5%Si过多和粗大的石墨片。

铸件均应在热处理后使用,因为铸态下的球墨铸件内部存在气孔,裂纹,缩孔和缩松,晶粒粗大,组织不均及残余内应力等铸造缺陷,使球墨铸件的强度,尤其是塑性和韧性大大降低。球墨铸件基体机关分为三种类型:铁素体,珠光体,铁灰口铁铸造的机关特色是具有片状的石墨。素体+珠光体。C和Si能有效地促使石墨化的元素。铸铁中AlCuNiCo等元素也会促使石墨化。SMnCrWMoV等碳化物形成元素则还可以或许降低铸铁的机械性能和流动性。为了保证铸铁在浇铸能够得到灰口,且不至于得凡将铸铁的成分节制在2.5~4.0%C及1~2.5%Si过多和粗大的石墨片。

稀土防止干扰元素破坏球化。研究表明,当干扰元素Pb、Bi、Sb、Te、Ti等总量为0.05wt%时,加入0.01wt%(残余量)的稀土,可以全部中和干扰,并可抑制变态石墨的产生。我国绝大部分的生铁中含有钛,有的生铁中含钛高达0.2~0.3wt%,但稀土镁球化剂由于能使铁中的稀土残留量达0.02~0.03wt%,故仍可保证石墨球化良好。如果在球墨铸铁中加入0.02~0.03wt%Bi,则几乎把球状石墨全部破坏;若随后加入0.01~0.05wt%Ce,则又恢复原来的球化状态,这是由于Bi和Ce形成了稳定的化合物。

稀土能使石墨球化。自从H.Morrogh早先使用铈得到球墨铸铁以来,先后许多人研究了各种稀土元素的球化行为,发现铈是较有效的球化元素,其他元素也均具有程度不等的球化能力。

我国对稀土的球化作用进行了大量研制工作,发现稀土元素对常用的球墨铸铁成分(C3.6~3.8wt%,Si2.0~2.5wt%)来说,很难获得同镁球墨铸铁那样完整均匀的球状石墨;而且,当稀土量过高时,还会出现各种变态形的石墨,白口倾向也增大,但是,如果是高碳过共晶成分(C>4.0wt%),稀土残留量为0.12~0.15wt%时,可获得良好的球状石墨。

 

 

球墨铸铁中各种元素都有什么影响?影响球铁缩松的一般规律是什么?

球墨铸铁化学成分主要包括碳、硅、锰、硫、磷五大常见元素。对于一些对组织及性能有特殊要求的铸件,还包括少量的合金元素。同普通灰铸铁不同的是,为保证石墨球化,球墨铸铁中还须含有微量的残留球化元素。

1、碳及碳当量的选择原则: 碳是球墨铸铁的基本元素,碳高有助于石墨化。由于石墨呈球状后石墨对机械性能的影响已减小到最低程度,球墨铸铁的含碳量一般较高,在3.5~3.9%之间,碳当量在4.1~4.7%之间。铸件壁薄、球化元素残留量大或孕育不充分时取上限;反之,取下限。将碳当量选择在共晶点附近不仅可以改善铁液的流动性,对于球墨铸铁而言,碳当量的提高还会由于提高了铸铁凝固时的石墨化膨胀提高铁液的自补缩能力。但是,碳含量过高,会引起石墨漂浮。因此,球墨铸铁中碳当量的上限以不出现石墨漂浮为原则。

2、硅的选择原则: 硅是强石墨化元素。在球墨铸铁中,硅不仅可以有效地减小白口倾向,增加铁素体量,而且具有细化共晶团,提高石墨球圆整度的作用。但是,硅提高铸铁的韧脆性转变温度(图1),降低冲击韧性,因此硅含量不宜过高,尤其是当铸铁中锰和磷含量较高时,更需要严格控制硅的含量。球墨铸铁中终硅量一般在1.4—3.0%。选定碳当量后,一般采取高碳低硅强化孕育的原则。硅的下限以不出现自由渗碳体为原则。

球墨铸铁中碳硅含量确定以后,可用图2进行检验。如果碳硅含量在图中的阴影区,则成分设计基本合适。如果高于最佳区域,则容易出现石墨漂浮现象。如果低于最佳区域,则容易出现缩松缺陷和自由碳化物。

3、锰的选择原则: 由于球墨铸铁中硫的含量已经很低,不需要过多的锰来中和硫,球墨铸铁中锰的作用就主要表现在增加珠光体的稳定性,促进形成(Fe、Mn)3C。这些碳化物偏析于晶界,对球墨铸铁的韧性影响很大。锰也会提高铁素体球墨铸铁的韧脆性转变温度,锰含量每增加0.1%,脆性转变温度提高10~12℃。因此,球墨铸铁中锰含量一般是愈低愈好,即使珠光体球墨铸铁,锰含量也不宜超过0.4~0.6%。只有以提高耐磨性为目的的中锰球铁和贝氏体球铁例外。

4、磷的选择原则: 磷是一种有害元素。它在铸铁中溶解度极低,当其含量小于0.05%时,固溶于基体中,对力学性能几乎没有影响。当含量大于0.05%时,磷极易偏析于共晶团边界,形成二元、三元或复合磷共晶,降低铸铁的韧性。磷提高铸铁的韧脆性转变温度,含磷量每增加0.01%,韧脆性转变温度提高4~4.5℃。因此,球墨铸铁中磷的含量愈低愈好,一般情况下应低于0.08%。对于比较重要的铸件,磷含量应低于0.05%。

5、硫的选择原则: 硫是一种反球化元素,它与镁、稀土等球化元素有很强的亲合力,硫的存在会大量消耗铁液中的球化元素,形成镁和稀土的硫化物,引起夹渣、气孔等铸造缺陷。球墨铸铁中硫的含量一般要求小于0.06%。

6、球化元素的选择原则: 目前在工业上使用的球化元素主要是镁和稀土。镁和稀土元素可以中和硫等反球化元素的作用,使石墨按球状生长。镁和稀土的残留量应根据铁液中硫等反球化元素的含量确定。在保证球化合格的前提下,镁和稀土的残留量应尽量低。镁和稀土残留量过高,会增加铁液的白口倾向,并会由于它们在晶界上偏析而影响铸件的机械性能。

影响球铁缩松的一般规律

球墨铸铁铸件的模数。铸件模数大于2.5,容易实现无冒口铸造,但有专家对此规定限制值,有疑问。一般来讲,比较厚大铸件,由于石墨化膨胀,容易铸造无缩松铸件。此时,碳当量控制不要大于4.5%,避免石墨漂浮。而热节分散的薄小铸件,容易产生缩松,通过冷铁,铬矿砂或局部内冒口设置解决。特别要注意浇冒口系统的补缩,一般来讲,冒口尽可能使用热冒口,避免冷冒口使用。

要充分注意砂箱的刚度和砂型的硬度。在砂箱刚度和砂型紧实度方面,设置再充分都不为过。

浇冒口工艺设计的合理性。尽可能使用热冒口加冷铁,冷冒口补缩效果很差。

浇注温度和浇注速度的合理选择。一些比较厚的铸件,可以考虑适当调高浇注温度,同时延长浇注速度来解决缩松。同时利于二次氧化渣浮出铸件内部,增加探伤检测的合格。

化学成分的合理选择和适当的残余镁,稀土含量。

在砂型冷却条件下,争取较多的石墨球数对减少缩松有利,对提高力学性能有利。

比较好的原材料和好的铁水冶金质量,要特别注意铁水不要在出炉前高温下保持时间过久,同时出炉前做好增加铁水石墨结晶核心的预处理,这样可以提高石墨球数,减少缩松。

 

 

球墨铸铁中各种元素都有什么影响?影响球铁缩松的一般规律是什么?

球铁缩松的一些“异常”现象

高炉铁水直接加入感应电炉的短流程铸造,生产球墨铸铁铸件时,如果熔炼中没有很好的高温熔炼操作,容易出现铸件缩松缺陷。分析原因,估计是原铁水里面高炉铁水内的厚片状石墨,在熔炼中没有消除,凝固过程中,液态下石墨过早析出,凝固后期石墨化膨胀不足引起。本溪地区某风电铸造工厂,利用短流程生产风电铸件,都以探伤不合格报废,几乎没有合格铸件,损失惨重,就是例子。本溪地区高炉铁水质量较好,有害微量元素很低,铁水直接进入功率不高的保温感应电炉,估计高温冶炼,细化石墨不足。而江苏吉鑫的短流程工艺,是高炉铁水经过30吨电弧炉氧化烧损了有害元素,熔炼过程经过了高温冶炼,同时烧损的碳,又经过增碳剂处理增加了碳,和上面所说本溪短流程在熔炼工艺上有很大的不同。

笔者在山东和河南个别铸造工厂遇到,生产壁厚不均匀中小球铁铸件时,铸件各处热节分离,连接热节部位的结构壁厚较薄,采取各种措施,如冷铁或铬矿砂加速热节冷却,控制浇注温度,提高碳当量,变更浇冒口系统等等,都无法解决低于2级X射线探伤要求。当把碳当量从4.4-4.6%降低到4.25-4.30%之间后,缩松减轻,探伤合格。当然,同时也采取了一些其他辅助措施。采取这种做法的原因,是因为之前流水线造型,生产球铁卡车轮毂,个别热节分散的轮毂生产经验所得,与其他大部分球铁轮毂成分控制较高碳当量不同。这种做法能够减少缩松的原因,一直搞不清楚,是否与周启明老师文章中说得,延迟石墨化膨胀和凝固中减少初生石墨有关?这些球铁铸件碳当量选择低于共晶点附近,早期凝固过程中,虽有石墨析出,但量较少,主要首先析出奥氏体枝晶,给后期共晶凝固留下了较多的石墨化膨胀量,因此较少了缩松缺陷。是否也属于延迟石墨化膨胀的一种工艺方法?

上述以较低碳当量控制球墨铸铁成分,解决缩松的做法,今年一月份,得到一位国内知名铸造专家的认可。他说:在德国铸造工厂,都是如此选择碳当量,而我国普遍以高碳当量选择,打算写一篇文章讨论此事。

风电大件浇注,1320-1340度浇注,加强最后孕育,15-16吨左右铁水浇注时间80-90秒,能够生产UT探伤合格厚壁球铁铸件。但是浇注温度提高至1360-1380度浇注,浇注时间为300秒以上,使用冷铁和冒口较少,也可以生产合格风电铸件。这里就有对待球铁缩松不同的工艺出发点。当然,这里没有细说各自的浇冒口和冷铁工艺。其主要原因,是否可以与下条铸造工艺有类似关系?
国内早期,机床附件行业在铸造各种尺寸的大小卡盘体(盘体直径从100毫米到1000毫米左右)时,材质灰铁300,都没有冒口,而以很小的内浇口,分散均匀进入型腔,浇注速度较长,实现无缺陷高质量铸件生产。(当年多以冲天炉熔炼灰铁300铁水)。

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