減少球墨鑄鐵厚壁件縮松缺陷的熔煉方法
我國(guó)生產(chǎn)的大型球墨鑄鐵件一般選用呋喃樹(shù)脂砂作為造型材料，單件生產(chǎn)，澆注重量大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對(duì)鑄件質(zhì)量性能要求很高，往往熔煉過(guò)程中出現(xiàn)的一些鑄造缺陷特別是縮松缺陷會(huì)導(dǎo)致鑄件報(bào)廢，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，特別是 QT400-18AR 材料，強(qiáng)度高，延伸率高，還有沖擊值要求。這類厚大件在保證產(chǎn)品力學(xué)性能的同時(shí)，還要避免出現(xiàn)石墨漂浮和縮松類缺陷，實(shí)屬不易。
通過(guò)設(shè)計(jì)小樣實(shí)驗(yàn)，研究化學(xué)成分、澆注溫度對(duì)壁厚為 180mm 的實(shí)體小樣產(chǎn)生石墨漂浮、縮松等缺陷的影響。進(jìn)而應(yīng)用于生產(chǎn)球墨鑄鐵厚壁件，獲得良好品質(zhì)的鑄件。
設(shè)備、材料準(zhǔn)備
自用高純生鐵，純凈低錳廢鋼，高鎂球化劑，75#FeSi 孕育劑；?？系玩V球化劑，孕育劑；1.5 噸中頻熔煉爐，500kg 球化包，500kg 中間包。?？?EPIC 熱分析儀，碳硫分析儀，光譜儀。
設(shè)計(jì)實(shí)體小樣木模
尺寸 600mm×400mm×180mm，進(jìn)行工藝試制。使用 180mm 壁厚，覆蓋公司日常生產(chǎn)的厚大件球墨鑄鐵產(chǎn)品，具有相當(dāng)?shù)拇硇裕O(shè)置冒口和澆道系統(tǒng)，采用底注澆注，澆注重量 500kg。
熔煉澆注方案設(shè)計(jì)
采用 1.5t 熔煉中頻爐，熔化 1.5t 鐵水，每次球化孕育 500kg，澆注 1 箱小樣試驗(yàn)件。1 爐共澆注 3 箱試驗(yàn)件。設(shè)計(jì)不同的熔煉澆注方案如下：
**種方案
爐料配比：生鐵 85%，低錳廢鋼 15%；化學(xué)成分控：
采用球化孕育處理方案：
首先出鐵 500kg 到中間包，球化包內(nèi)預(yù)埋 1.3-1.5%高鎂球化劑、0.3-0.4孕育劑和 0.8%覆蓋劑，倒包進(jìn)行球化處理，球化處理完成后包內(nèi)表面投入隨孕育劑完全搗開(kāi)后，取樣使用 EPIC 儀器進(jìn)行分析檢測(cè)。
球化包內(nèi)預(yù)埋 1.2%?？锨蚧瘎?、0.8-1.0%覆蓋劑、0.4%的玻璃碎，直接出鐵到球化包，同時(shí)投入 0.5%的埃肯孕育劑。球化完成后，表面撒入的?？想S流孕育劑，取樣使用 EPIC 儀器進(jìn)行分析檢測(cè)。
球化包內(nèi)預(yù)埋 1.2%埃肯球化劑、0.8-1.0%覆蓋劑、0.4%的玻璃碎，直接出鐵到球化包，同時(shí)投入 0.5%的?？显杏齽Ｇ蚧瓿珊?，表面撒入的?？想S流孕育劑，取樣使用 EPIC 儀器進(jìn)行分析檢測(cè)。
第二種方案
爐料配比：生鐵 65%，低錳廢鋼 35%；化學(xué)成分控制：
采用球化孕育處理方案：
直接出鐵 500kg 到中間包，球化包內(nèi)預(yù)埋 1.2%?？锨蚧瘎?、0.8-1.0%覆蓋劑和 0.4%玻璃碎，直接出鐵到球化包，同時(shí)投入 0.5%的?？显杏齽?，球化處理完成后包內(nèi)表面投入?？想S流孕育劑，完全搗開(kāi)，取樣使用 EPIC 儀器進(jìn)行分析檢測(cè)。
直接出鐵 500kg 到中間包，球化包內(nèi)預(yù)埋 0.95%?？系玩V球化劑、0.65%埃肯覆蓋劑、0.2%的廢鋼片和 0.1%的除渣劑，直接出鐵到球化包。球化完成后，表面撒入?？想S流孕育劑，完全搗開(kāi)，取樣使用 EPIC 儀器進(jìn)行分析檢測(cè)。
直接出鐵 500kg 到中間包，球化包內(nèi)預(yù)埋 1.2%埃肯球化劑、0.3%覆蓋劑、 0.2%的?？显杏齽?、0.5%的廢鋼片和 0.1%的除渣劑，直接出鐵到球化包，同時(shí)投入 0.35%的?？显杏齽Ｇ蚧瓿珊?，表面撒入?？想S流孕育劑，完全搗開(kāi)，取樣使用 EPIC 儀器進(jìn)行分析檢測(cè)。
第三種方案
爐料配比：生鐵 65%，廢鋼 35%；化學(xué)成分控制：
采用球化孕育處理方案：
直接出鐵 500kg 到中間包，球化包內(nèi)預(yù)埋 1.2%?？系玩V球化劑、0.8%覆蓋劑和 0.1%除渣劑，直接出鐵到球化包，同時(shí)投入 0.55%的埃肯孕育劑，球化處理完成后包內(nèi)表面投入?？想S流孕育劑，完全搗開(kāi)，取樣使用 EPIC 儀器進(jìn)行分析檢測(cè)。
直接出鐵 500kg 到中間包，球化包內(nèi)預(yù)埋 1.2%?？系玩V球化劑、0.8%?？细采w劑、0.1%的除渣劑，直接出鐵到球化包，同時(shí)投入 0.55%的?？显杏齽?。球化完成后，表面撒入的?？想S流孕育劑，完全搗開(kāi)，取樣使用 EPIC 儀器進(jìn)行分析檢測(cè)。
直接出鐵 500kg 到中間包，球化包內(nèi)預(yù)埋 1.2%?？系玩V球化劑、0.3%覆蓋劑、0.2%的?？显杏齽┖?0.1%的除渣劑，直接出鐵到球化包，同時(shí)投入 0.35%的?？显杏齽?。球化完成后，表面撒入的埃肯隨流孕育劑，完全搗開(kāi)，取樣使用EPIC 儀器進(jìn)行分析檢測(cè)。
實(shí)驗(yàn)檢測(cè)方法與分析方法
通過(guò)碳硫檢測(cè)儀檢測(cè)鐵水的碳、硫含量，光譜分析儀檢測(cè)合金如 P、Mn、Cu元素的含量；通過(guò)?？?EPIC 設(shè)備檢測(cè)爐前不同化學(xué)成分的冷卻曲線，得到如 LET（液相轉(zhuǎn)變溫度），CE（實(shí)際碳當(dāng)量），G1、G2、G3 不同區(qū)間值。
試驗(yàn)結(jié)果與討論
**種方案結(jié)果與討論
曲線 1：**爐原鐵水灰口試樣曲線
曲線 2：**爐方案A 結(jié)果曲線
曲線 3：**爐方案 B 結(jié)果曲線
曲線 4：**爐方案 C 結(jié)果曲線
①?gòu)那€1和2 中我們可以看到，**爐方案 A 球化工藝處理后 LET 值上升，說(shuō)明其液相線溫度提高，但 G1 區(qū)間仍然較大為 34%，LET-ST 石墨析出時(shí)間為 115秒，結(jié)合其化學(xué)成分，得知其碳當(dāng)量是**爐三個(gè)方案中最高的。②從曲線1和3 中我們可以看到，LET 值由1132 升高到1146℃，G1 區(qū)間為36%， LET-ST 石墨析出時(shí)間為 129 秒，結(jié)合其化學(xué)成分，得知其碳當(dāng)量是**爐三個(gè)方案中最低的。③從曲線1和4 中我們可以看到，LET 值由 1132 升高的 1140，G1 區(qū)間為 32%。
LET-ST 石墨析出時(shí)間為 139 秒，其化學(xué)成分碳當(dāng)量是**爐三個(gè)方案中中間值。④LET 值越高，鐵水形核潛力越高，同等條件下鑄件白口傾向越小，石墨球數(shù)越多；LET-ST 值為石墨析出時(shí)間，在生產(chǎn)厚大件過(guò)程中，一般要求這個(gè)值越大越好，說(shuō)明在整個(gè)凝固過(guò)程中都有石墨析出，有利于利用石墨自膨脹效果抵消部分收縮；G1 區(qū)間為鐵水奧氏體析出區(qū)間，G1 越大說(shuō)明鐵水縮松縮孔傾向越大。影響 G1 值為兩個(gè)方面，一方面是鐵水的孕育效果和形核能力，另一方面是鐵水的碳當(dāng)量。當(dāng)碳當(dāng)量相同時(shí)，孕育效果越好 G1 值越低，收縮傾向越小。⑤因此看來(lái)，處理后的鐵水**爐中方案 C **，方案 B 次之，方案 A 最差。
第二種方案結(jié)果與討論
曲線 5：第二爐原鐵水灰口試樣曲線
曲線 6：第二爐方案A 結(jié)果曲線
曲線 7：第二爐方案B 結(jié)果曲線
曲線 8：第二爐方案C 結(jié)果曲線
①?gòu)那€ 5 和曲線 6 可以看出，LET 值由 1149 降低至 1141℃，G1 區(qū)間為 20%， LET-ST 石墨析出時(shí)間為 146 秒，結(jié)合其化學(xué)成分，得知其碳當(dāng)量是第二爐三個(gè)方案中最高的。事后分析，原鐵水灰口曲線 LET 值較低是因?yàn)樘砑恿斯梃F和石墨化增碳劑，造成鐵水瞬時(shí)形核能力強(qiáng)。
②從曲線 5 和曲線 7 可以看出，LET 值由 1149 降低至 1139℃，G1 區(qū)間為 24%， LET-ST 石墨析出時(shí)間為 146 秒，結(jié)合其化學(xué)成分，得知其碳當(dāng)量是第二爐三個(gè)方案中中等的。LET 值降低原因同上。
③從曲線 5 和曲線 8 可以看出，LET 值由 1149 降低至 1138℃，G1 區(qū)間為 33%， LET-ST 石墨析出時(shí)間為 144 秒，結(jié)合其化學(xué)成分，得知其碳當(dāng)量是第二爐三個(gè)方案中最低的。
④總體看來(lái)，形核能力最強(qiáng)的第二爐方案 A，其 LET 值較高，收縮傾向最小也是第二爐方案 A，G1 值最小。說(shuō)明 CE 值增高能降低收縮傾向并增強(qiáng)形核能力。
第三種方案結(jié)果與討論
曲線 9：第三爐原鐵水灰口試樣曲線
曲線 10：第三爐方案A 結(jié)果曲線
曲線 11：第三爐方案B 結(jié)果曲線
曲線 12：第三爐方案C 結(jié)果曲線
①?gòu)那€ 9 和曲線 10 可以看出，LET 值從 1147 降低至 1145℃，G1 值為 6%， LET-ST 石墨析出時(shí)間為 172.8 秒，結(jié)合其化學(xué)成分，得知其碳當(dāng)量是第三爐三個(gè)方案中最低的。②從曲線 9 和曲線 11 可以看出，LET 值從 1147 降低至 1146℃，G1 值為 10%， LET-ST 石墨析出時(shí)間為 182.7 秒，結(jié)合其化學(xué)成分，得知其碳當(dāng)量是第三爐三個(gè)方案中最高的。③從曲線 9 和曲線 10 可以看出，LET 值從 1147 降低至 1146℃，G1 值為 9%， LET-ST 石墨析出時(shí)間為 194.4 秒，結(jié)合其化學(xué)成分，得知其碳當(dāng)量是第三爐三個(gè)方案中中等的。④第三種方案整體 G1 值均偏低，說(shuō)明此方案熔煉的鐵水收縮傾向最低，綜合看來(lái)三包鐵水差別不大，相對(duì)來(lái)說(shuō)，第三爐方案 A 效果**。
小樣試驗(yàn)結(jié)論
使用合適的碳當(dāng)量值
通過(guò)**爐和第二爐鐵水調(diào)整爐料配比，第二爐的原鐵水 LET 值比**爐有提升，G1 值比**爐小。通過(guò)第二爐和第三爐調(diào)整爐料配比，用塊狀廢鋼代替純凈低錳廢鋼，LET 值接近，而在增碳后 G1 值顯著降低，所以提高碳量能夠提高原鐵水形核能力，降低縮松傾向，與廢鋼種類改變不大。
使用恰當(dāng)球化孕育處理工藝
通過(guò)**爐 A 方案和 B 方案、C 方案比較得到，本廠自用球化劑和孕育劑，采用現(xiàn)有的處理方法，其鐵水的收縮傾向和形核能力均較差；通過(guò)第二爐方案 A、方案 B 和方案 C 得出，球化劑用量 1.2%，孕育劑使用量 0.5 的時(shí)候，處理效果**，預(yù)先埋入和出鐵時(shí)投入差別不大；通過(guò)第三爐方案 A、B、C 對(duì)比得到，三種處理方案效果并無(wú)明顯差別，引起變化原因是原鐵水的 CE 值。
總之采用高 CE 值（C3.7-3.9，Si2.1-2.4），使用埃肯球化劑孕育劑，用量球化劑 1.2%，?？显杏齽?0.5%及隨流孕育劑可以得到高形核能力、低縮松傾向的鐵水，更容易獲得滿足質(zhì)量要求的球墨鑄鐵件。
應(yīng)用結(jié)論進(jìn)行生產(chǎn)
使用小樣試驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行球墨鑄鐵厚壁件生產(chǎn)，方案如下：
熔化重量 20t，爐料配比生鐵 65%，廢鋼 35%，?？锨蚧瘎?1.2%，?？显杏齽?0.5%+隨流孕育劑，原鐵水 C3.7-3.9，Si2.2-2.5，Mn≤0.3，P≤0.05，S＜0.02，進(jìn)行生產(chǎn)，取鑄件上附鑄試棒進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)鑄件本體進(jìn)行解剖和觀察。
解剖后加工面檢查，加工后無(wú)石墨漂浮和縮松缺陷，方案成功。
總結(jié)
1.球墨鑄鐵厚壁件，屬于球墨鑄鐵生產(chǎn)中較難控制的產(chǎn)品，具有壁厚大，冷卻慢，含有 Mg 等元素，縮松傾向大的特性，生產(chǎn)中容易出現(xiàn)缺陷而報(bào)廢，造成經(jīng)濟(jì)損失。特別是 QT400-18AR 牌號(hào)鑄件，其性能要求：抗拉性能 Rm≥390；屈服強(qiáng)度 Re≥240；延伸率 A≥18；沖擊平均值 KV2≥14，最小沖擊值 KV2≥11，要求較高。2.通過(guò)小樣工藝試驗(yàn)，對(duì)不同化學(xué)成分，不同球化孕育處理方式，對(duì)澆注的小樣試驗(yàn)件進(jìn)行試驗(yàn)。由?？瞎驹O(shè)備 EPIC 檢測(cè)鐵水的收縮傾向，確定了合適的化學(xué)成分和適當(dāng)?shù)那蚧杏幚矸椒?，能夠獲得收縮傾向最小的鐵水。3.根據(jù)小樣工藝試驗(yàn)的到的數(shù)據(jù)運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)中，形成清晰穩(wěn)定的生產(chǎn)方案，進(jìn)行球墨鑄鐵厚壁件生產(chǎn)，通過(guò)檢驗(yàn)其附鑄試棒和解剖加工表面觀察，確定方案有效，生產(chǎn)鑄件質(zhì)量良好，符合質(zhì)量要求。
文章轉(zhuǎn)自：鑄造聯(lián)盟
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