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铸造高强度灰铁材质铸铁件的工艺方法

来源:兴达机床量具 发布时间:2012/3/7 16:00:44

生产铸造高强度灰铁材质铸铁件有四种工艺方法高强度灰铸铁的生产铸造方法,归纳起来有以下四种。

一、低合金化孕育铸铁

调整原铁水的化学成份使其达到较高碳当量,在炉内(或包内)加入少量铬、铜、钼等合金元素,获得高温低合金化铁水,再经孕育处理,得到石墨细小、珠光体含量高、片间距小的组织,从而获得高强度铸铁。用这种方法生产高强度灰铸铁,国外用得较广泛,效果比较稳定,合金元素多是CuCrMoNi等。其最大优点是可使缸体、缸盖薄壁部分的基体组织得到95%以上珠光体,硬度差小。我国某些单位用0.3~0.7%Cr,瞬时孕育,控制铬/硅比值,解决了缸体、缸盖的生产问题。

二、强化孕育铸铁

炉料中加入较多的废钢,采用优质铸造焦,以得到出炉温度大于1500℃和高碳当量的铁水,用高效孕育剂强化孕育从而得到高强度灰铸铁。过去生产孕育铸铁依靠加入较多废钢,降低碳量来提高强度,但这种方法工艺性能不好,白口倾向大,尤其是对薄壁铸件(最小壁厚3~10mm)。近代高强度孕育铸铁淘汰了这种方法,使用高效孕育剂来强化孕育,提高性能。一般的方法是:碳当量在3.9~4.1%左右,温度1480℃左右,要求铁水氧化少,采用Si-CaCr-Si-CaRe-Ca-BaSi-CaSi-Fe复合、稀土复合等高效孕育剂,进行孕处理。例如5吨冲天炉,利用铸造焦,炉料中加入40%以上废钢,总焦比为7时,铁水温度1520~1540℃,炉渣中氧化铁含量低(1.8~3.0%)。经特种孕育剂孕育处理,当碳当量为4.28%时,试棒抗拉强度可达250MPa,相对强度RG=1.28HB229,珠光体含量大于98%。又如某企业通过提高铁水过热温度,然后采用Re-Ca-Ba孕育剂对铁水进行孕育处理,烧注一批铸件,当碳当量为3.9~4.05%时,抗拉强度285~304MPa,相对强度RG=1.1~1.21,石墨形态好,加工后水压试验没发现缩松和漏水现象。

三、合成铸铁

所谓合成铸铁工艺,就是用感应电炉熔炼,炉料中用50%以上的废钢,其余为回炉铁和铁屑,经增碳处理得到的铁液这种方法的优点:

1)炉科采用大量废钢,不用生铁,降低了铸铁成本;

2)可获得含磷量低的铁水,减少磷量对缸体、缸盖等薄壁高强度灰铁缩松和渗漏缺陷的影响;

3)可避免生铁遗传性影响,铸铁石墨形态好,珠光体含量高,机械性能好,在同样当量时强度可比冲天炉铸铁提高1~2个牌号。

我国某汽车厂利用合成铸铁工艺熔炼高强度灰铸铁生产缸体,效果很好,生产结果表明:

1)采用合成铸铁熔炼工艺浇注的缸体机械性能高,当碳当量为4.0%时,抗拉强度大于250MPa,比冲天炉熔炼提高一个牌号;

2)铁水断面敏感性小,缸体不同厚度断面及阶梯试块断面硬度分布均匀;

3)铸铁含磷量低,含杂质少,克服铸件渗漏缺陷;

4)成本低;

5)熔炼工艺简单易行,容易撑握。

四、调整铸铁常规化学成份及比例,获得高强度、低应力灰铸铁

在碳当量保持不变的情况下,适当提高Si/C比值是提高机床铸件强度和刚度重要途经之一。北京机床研究所等单位在这方面作了系统的研究工作,他们认为:通过调整化学成份,特别是改变硅/碳比值,使Si/C0.5~0.9,再加上适当的孕育和合金化,可以获得具有良好综合性能的高强度灰铸铁件。

1)在相同碳当量下,Si/C比值高,抗拉强度可提高30~60MPa,相对强度高,相对硬度低,弹性性能好;

2)在相同碳当量下,Si/C比值增加,残余应力有除低趋势,应力倾向也较小;

3)提高Si/C比值,白口倾向小,断面敏感性小,而对铁水流动性,线收缩率无影响。

调整锰、硅含量,使含Mn量比含Si量高0.2~1.3%以上,得到另一种高强度低应力铸铁。灰铸铁含Mn1.5~3.0%范围内,提高含Mn量,尤其是当Mn量大于Si量后,能显著细化共晶团,易于获得DE型石墨和细珠光体基体。另外,控制灰铸铁中MnSi差值和Mn的绝对值,使MnSi差值在0~0.5%Mn大于2%,还可以在灰铸铁中得到不同类型的硬化相。

因此,控制Mn、、Si差值和Mn绝对值,就能获得机械性能高,硬度均匀,耐压致密性好和耐磨性能好的高强度灰铸铁。这种高锰灰铸件在机床、缸套、液压件三个行业中生产,取得较好的效果。

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