工藝技術(shù)_喂線技術(shù)生產(chǎn)蠕墨鑄鐵的工藝研究論文

哈爾濱理工大學(xué) 碩士學(xué)位論文 喂線技術(shù)生產(chǎn)蠕墨鑄鐵的工藝研究 姓名：李柏 申請學(xué)位級別：碩士 專業(yè)：材料加工工程 指導(dǎo)教師：吳玉彬 20090301 哈爾濱理T 人學(xué)q - 學(xué)碩I j 學(xué)位論文 喂線技術(shù)生產(chǎn)蠕墨鑄鐵的工藝研究 摘要 本文通過對現(xiàn)有傳統(tǒng)的蠕墨鑄鐵生產(chǎn)工藝的研究，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝 存在著蠕化元素殘留范圍窄，蠕化處理產(chǎn)生大量的煙霧嚴(yán)重影響生產(chǎn)環(huán)境等 方面的局限，使得傳統(tǒng)方法很難穩(wěn)定生產(chǎn)蠕墨鑄鐵。通過研究應(yīng)用喂線技術(shù) 生產(chǎn)球墨鑄鐵對球化元素殘留量的控制范圍，使用喂線處理站消除球化處理 過程中產(chǎn)生的大量的煙霧與弧光的特點(diǎn)，得出喂線技術(shù)應(yīng)用在蠕墨鑄鐵生產(chǎn) 中具有其他技術(shù)無法替代的優(yōu)勢。 本文在分析蠕蟲狀石墨生長機(jī)理的基礎(chǔ)上，試驗(yàn)研究了通過爐內(nèi)加入 C a C 2 預(yù)脫S ，出爐后加入純M g 與稀土硅鐵包芯線蠕化，同時加入7 5 S i F e 包芯線孕育，金相分析不同量的純M g 包芯線與不同量的稀土硅鐵包芯線對 鑄鐵石墨形態(tài)的影響，同時通過澆注梯形試樣研究不同冷卻速度對鑄鐵石墨 形態(tài)的影響。 在l O k g 鐵水中，爐內(nèi)加入1 4 0 9C a C 2 進(jìn)行預(yù)脫S ，包內(nèi)加入1 2 1 5 m m 純 M g ，稀土硅鐵包芯線蠕化處理，7 5 S i F e 包芯線孕育處理，澆注梯形試 樣，對每次試驗(yàn)進(jìn)行金相分析，研究結(jié)果表明： 1 加入1 2 j 5 m m 純M g ，稀土硅鐵包芯線蠕化處理，7 5 S i F e 包芯線孕育 處理l O k g 的鐵水可以獲得蠕墨鑄鐵； 2 加入D 5 m m 稀土硅鐵包芯線7 5 m m 和7 5 S i F e 包芯線4 4 0 m m ( 粉料 加入比重0 0 2 7 3 和0 1 2 5 ) ，同時加入1 8 0 2 0 0 m m 純M g 包芯線( 粉料 加入比重為0 0 2 2 5 0 0 2 5 ) 可以獲得蠕化率在6 5 以上的蠕墨鑄鐵。低 于該范圍蠕化率急劇下降，鑄鐵石墨形態(tài)為條片狀石墨灰鑄鐵傾向嚴(yán)重，超 過該范圍蠕化率急劇下降，鑄鐵石墨形態(tài)趨近于球狀石墨，石墨球化傾向嚴(yán) 重； 3 加入0 5 m m 純M g 包芯線2 0 0 m m 和7 5 F e S i 包芯線4 4 0 m m ( 粉料加 入比重0 0 2 5 和0 1 2 5 ) 同時加入0 5 0 m m 稀土硅鐵包芯線( 粉料加入比 重為0 0 0 0 1 8 ) 對鑄鐵的石墨形態(tài)無影響； 4 梯形試驗(yàn)的直徑由1 2 1 1 0 3 5 m m 之間不斷變化，鑄鐵的蠕化率由 1 5 9 5 呈直線變化。石墨以球狀石墨雛晶形式首先析出，由于蠕化元素 的分布不均勻，球狀石墨生長發(fā)生畸變最終形成蠕蟲狀石墨。 哈爾濱理T 人學(xué)r 學(xué)碩I j 學(xué)位論丈 關(guān)鍵詞蠕墨鑄鐵；喂線技術(shù)；0 5 m m 包芯線；冷卻速度 I I 哈爾濱理T 人學(xué)T 學(xué)碩f j 學(xué)位論文 S t u d yo nP r o d u c t i o no fC o m p a c t e dG r a p h i t eI r o n w i t ht h eC o r e dW i r e A b s t r a c t T h i sp a p e rb r i n g sf o r w a r das t u d yt a s k ，w h i c ht r a d i t i o n a lp r o d u c t i o np r o c e s s o ft h ec o m p a c t e dg r a p h i t ei r o n ，f o u n di ti sd i f f i c u l tt op r o d u c es t a b l yi t ，b e c a u s e t h ev e r ys m a l lr e m e n a n t se x t e n t i o no fM ga n dR e ，s m o k ea n da r cl i g h t T h ec o r e d w i r et e c h n i q u ec a nc o n t r o lt h eM ga n dR ei nas m a l lr e m e n a n t se x t e n t i o na n dt h e c o r e dw i r es t a t i o nc a nc a n c e lt h es m o k ea n da r cl i g h ti np r o d u c et h en o d u l a rc a s t i r o n ，m a d ei ti St h eb e s tm e t h o dt op r o d u c ec o m p a c t e dg r a p h i t ei r o n T h i sp a p e rr e s e a r c ht h em e c h a n i c so ft h ec o m p a c t e dg r a p h i t ea n di n f l u e n c e o ft h eM gc o r e dw i r ea n dR ec o r e dw i r ea n dc o o l i n tr a t eo nt h eg r a p h i t ei nt h e c a s ti r o n ，b ya d d i n gC a C 2t od e s u l f e ri nt h ef u r n a c ea n da d d i n g7 5 S i F ec o r e d w i r et o i n n o c u l a n t ，a d d i n gd i f f e r e n c eM ga n dR ec o r e dw i r ea n dt r a p e z o i d m e t h o d I n1 0k gi r o nm e t a l ，a d d i n g1 4 0 9C a C 2i nt h ef u r n a c ea n d0 5 m m7 5 S i ，F(xiàn) e c o r e dw i r et oi n n o c u l a n t ，a d d i n gd i f f e r e n c eM ga n dR ec o r e dw i r ea n dt r a p e z o i d m e t h o d ，m a d et h em e t a l l o g r a p h i c a lp h a s e T h er e s u l ti s ： 1 T h i sm e t h o dc a np r o d u c et h ec o m p a c t e dg r a p h i t ei r o nb ya d d i n g0 5 m m 7 5 - S i - F ec o r e dw i r et oi n n o c u l a n t a d d i n gM ga n dR ec o r e dw i r e ； 2 A d d i n g0 5 r a m7 5 一S i F ec o r e dw i r ea n dR ec o r e dw i r ei nt h el a d a l ( W ti s 0 0 2 7 3 a n d0 1 2 5 ，t h el e n g t hi s7 5 m ma n d4 4 0 m m ) a n d a d d i n gd i f f e r e n tM g c o r e dw i r e ( w ti s0 0 2 2 5 0 0 2 5 ，t h el e n g t hi s1 8 0 2 0 0 m m1c a nm a k et h e V e r m i c u l a rG r a p h i t eP e r c e n t a g ea b o v e6 5 B e l e wt h i se x t e n t i o nt h e g r a p h i t e t e n dt of l a k eg r a p h i t e ，a b o v ee x t e n t i o nt h eg r a p h i t et e n dt os p h e r o i d a lg r a p h i t e ； 3 A d d i n g0 5 r a m7 5 一S i - F ec o r e dw i r ea n dM gc o r e dw i r ei nt h el a d a l ( W ti s 0 0 2 5 a n d0 1 2 5 ，t h el e n g t hi s2 0 0 m ma n d4 4 0 m m1a n da d d i n gd i f f e r e n tM g c o r e dw i r e ( W ti s0 0 - 0 0 1 8 ，t h el e n g t hi s0 5 0 m m ) i ti sn oi n f l u e n c eo nt h e g r a p h i t e 4 D i a m e t r a lo ft r a p e z o i di nt h e010 3 5 m ma n dt h eV e r m i c u l a rG r a p h i t e I I I 哈爾濱理T 人學(xué)T ! 頎 j 學(xué)化論文 P e r c e n t a g e i si nt h e1 5 - 9 5 l i n ec h a n g e T h e g r a p h i t e f i r s t s e p a r a t e i n s p h e r o i d a lg r a p h i t e ，g r a d u a l l yg r o u sc a m p a c t e dg r a p h i t eb e c a u s eo ft h e n o n u n i f o r mo ft h eM ga n dR e K e y w o r d sc o m p a c t e dg r a p h i t ei r o n ，i n j e c t i o n ，( ) 5 m mc o r e dw i r e ，c o o l i n gr a t e 哈爾濱理工大學(xué)碩士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：此處所提交的碩士學(xué)位論文喂線技術(shù)生產(chǎn)蠕墨鑄鐵工藝的研 究，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，在哈爾濱理工大學(xué)攻讀碩士學(xué)位期間獨(dú)立進(jìn)行研 究工作所取得的成果。據(jù)本人所知，論文中除已注明部分外不包含他人已發(fā)表 或撰寫過的研究成果。對本文研究工作做出貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以 明確方式注明。本聲明的法律結(jié)果將完全由本人承擔(dān)。 作者簽名：日期：2 0 0 9 年3 月1 2 同 哈爾濱理工大學(xué)碩士學(xué)位論文使用授權(quán)書 喂線技術(shù)生產(chǎn)蠕墨鑄鐵工藝的研究系本人在哈爾濱理工大學(xué)攻讀碩士 學(xué)位期間在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成的碩士學(xué)位論文。本論文的研究成果歸哈爾濱理工 大學(xué)所有，本論文的研究內(nèi)容不得以其它單位的名義發(fā)表。本人完全了解哈爾 濱理工大學(xué)關(guān)于保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)部門提交 論文和電子版本，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)哈爾濱理工大學(xué)可以采用 影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文，可以公布論文的全部或部分內(nèi)容。 本學(xué)位論文屬于 保密口，在年解密后適用授權(quán)書。 不保密硇。 ( 請?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打v ) 作者簽名： 刷醛各孫彬 日期：2 0 0 9 釕月7 ，R 日期2 0 0 9 年岬F 1 哈爾濱理丁人學(xué)T 學(xué)碩I j 學(xué)位論文 1 1 課題背景 第1 章緒論 隨著對汽車發(fā)動機(jī)性能和排放要求的不斷提高，柴油發(fā)動機(jī)技術(shù)的迅速發(fā) 展。新型直噴式柴油機(jī)將在更高的汽缸壓力下工作，最大爆發(fā)壓力今年來逐漸 提高。最大爆發(fā)壓力越高，燃燒小路越高，越有利于改善柴油機(jī)性能，越有利 于減少排放污染和降低噪聲。但燃燒壓力越高，作用在發(fā)動機(jī)曲軸軸承上的力 學(xué)載荷和熱載荷越大，導(dǎo)致早期疲勞斷裂的可能性就越大。面對燃燒壓力不斷 提高這一不可逆轉(zhuǎn)的趨勢，灰鑄鐵和鋁合金的性能已不能滿足柴油機(jī)技術(shù)發(fā)展 的要求。這就迫使柴油機(jī)設(shè)計(jì)師不得不尋求性能更好的材料來滿足新型柴油機(jī) 對材料的要求。 蠕墨鑄鐵具有球墨鑄鐵的強(qiáng)度，和灰鑄鐵相比又有類似的防振、導(dǎo)熱能力及 鑄造性能，而又比灰鑄鐵有更好的塑性和耐疲勞性能?，F(xiàn)代的鐵液處理工藝已能 確保得到必須的蠕狀石墨，因此在缸體上的應(yīng)用已無技術(shù)障礙，而采用蠕墨鑄鐵 生產(chǎn)缸體可以使發(fā)動機(jī)單位功率所需的質(zhì)量低于鋁合金，這就促使了蠕墨鑄鐵的 應(yīng)用與發(fā)展【。 1 2 蠕墨鑄鐵簡要介紹 最早關(guān)于蠕墨鑄鐵的報道見于M o r r o g h l 9 8 4 年的著作中。他在研究鈰處理 球鐵的過程中發(fā)現(xiàn)了“厚片狀石墨”。但是當(dāng)時的研究均是如何獲得球狀石墨， 把這種“厚片狀石墨”視為球化不良的產(chǎn)物而設(shè)法消除。到2 0 世紀(jì)6 0 年代中期人 們對它的研究才取得一定的突破：美國國際鎳公司的R D S h e l l e n g 分別于1 9 6 6 年和1 9 6 9 年取得英國專利( 專利號1 0 6 9 0 5 8 ) 和美國專3 1 ( 專利號3 4 2 1 8 8 6 ) ，主要 的鎂鈦系合金制取蠕蟲狀石墨鑄鐵；隨后，奧地利的W T h u r y 等人與于1 9 7 0 年 獲得用混合稀土制取蠕蟲狀石墨鑄鐵的奧地利專3 1 ( 專利號2 9 0 5 9 2 ) 。1 9 7 6 年美 國國際鎳公司根據(jù)英國鑄造研究協(xié)會提供的配方，加以改進(jìn)后，生產(chǎn)了“F o o t e ” 合金作為工業(yè)產(chǎn)品投放市場，以后蠕墨鑄鐵才迅速發(fā)展f 2 1 。 在1 9 7 7 年的第4 4 屆國際鑄造年會上J 下式成立了“蠕墨鑄鐵委員會”，規(guī)定 了蠕蟲狀石墨鑄鐵( V e r m i c u l a rG r a p h i t eC a s tI r o n ) 或致密狀石墨鑄鐵( C o m a c t e d G r a p h i t eC a s tI r o n ) 的名稱和標(biāo)準(zhǔn)。 哈爾演理T 人學(xué)T 學(xué)碩I j 學(xué)位論文 目自訂國外生產(chǎn)中使用效果較好的蠕墨鑄鐵件有大馬力柴油機(jī)缸蓋、鋼錠 模、排氣管、液壓件、殼體、剎車盤、飛輪、滑輪以及齒輪等。隨著現(xiàn)代汽車 工業(yè)的發(fā)展，蠕墨鑄鐵的制造工藝及檢驗(yàn)方法將越來越完善。目前較為先進(jìn)的 生產(chǎn)工藝是瑞典S i n t e r c a s t 鑄造公司研究成功的用于控制大量生產(chǎn)條件下蠕墨 鑄鐵生產(chǎn)的一套計(jì)算機(jī)控制的工藝系統(tǒng)( S y s t e m l 0 0 0 ) t 3 1 。 我國從1 9 6 5 年開始研究稀土高強(qiáng)度鑄鐵，第一階段是代替廢鋼生產(chǎn)高強(qiáng)度 灰鑄鐵的階段，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，研究稀土在鑄鐵中的應(yīng)用，得出不加廢鋼，用 稀土處理鐵水生產(chǎn)高強(qiáng)度灰鑄鐵( 即蠕墨鑄鐵) 的生產(chǎn)工藝。但是由于生產(chǎn)的不 穩(wěn)定性和技術(shù)的缺乏，各工廠又逐漸恢復(fù)生產(chǎn)高強(qiáng)度孕育鑄鐵，第二階段是自 1 9 7 5 年開始至今，是蠕墨鑄鐵的研究及開發(fā)階段。根據(jù)我國稀土資源豐富，國 內(nèi)汽車工業(yè)的發(fā)展，以及國外蠕墨鑄鐵的發(fā)展推動下，科研單位、高校及工廠 紛紛展開了對蠕墨鑄鐵的實(shí)驗(yàn)研究和開發(fā)1 4 1 。 1 2 1 蠕墨鑄鐵的化學(xué)成分、組織和性能特點(diǎn) 1 2 1 1 化學(xué)成分生產(chǎn)蠕墨鑄鐵一般采用的碳當(dāng)量為4 3 4 7 ，其化學(xué)成分 為C = 3 6 - 3 8 ，S i = 2 0 - 3 0 ，P = O 0 5 加0 8 ，S 0 0 2 的殘留量即可。這種工藝生產(chǎn)要求鐵水的基本 成分與球鐵相似，C 3 7 ，S i 3 0 。 1 4 2 2 稀土硅鐵系蠕化劑稀土硅鐵合金是原蘇聯(lián)和我國經(jīng)常采用的蠕化 劑，這種合金通常含有稀土元素2 0 3 0 ，S i = 4 0 5 0 ，其余為F e 。我國是稀 土資源豐富的國度，從1 9 6 5 年起我國鑄造研究人員就開始了稀土硅鐵制取蠕鐵 的工作。稀土加入鐵水后，起脫S 、脫氧凈化鐵水作用，殘余的稀土元素才起 蠕化作用。 1 4 2 3 稀土硅鈣合金蠕化劑針對稀土硅鐵合金蠕化處理不夠穩(wěn)定，加入量 哈爾濱理T 人學(xué)T 學(xué)碩l j 學(xué)位論文 范圍較窄的問題，我國鑄造工作者在稀土硅鐵合金基礎(chǔ)上開發(fā)了稀土硅鈣合 金。合金成分為1 0 1 5 的稀土，1 5 2 0 C a ，5 0 S i ，其余為F e 。實(shí)驗(yàn)表明， 稀土和鈣都有蠕化作用，由于鈣的加入，放寬了合金的加入范圍，白口傾向減 小。稀土硅鈣與鐵水相互作用后，會在其表面生成氧化膜和S 化物薄膜，阻礙 合金和鐵水進(jìn)一步反應(yīng)。因此必須打破這層薄膜，通常采用助熔劑( 如螢石) 或 M g ，Z n ，A I 引爆。這種合金適合于低S 高溫鐵水，并適合于大量生產(chǎn)薄壁蠕鐵 件。 1 4 2 4 稀土鎂合金蠕化劑國外以M g 為主的蠕化劑稀土元素含量都比較少， 一般小于1 。我國開發(fā)生產(chǎn)球鐵的稀土鎂合會作為蠕化劑。如我國普遍使用 的6 撐合金：7 9 M g ，6 一8 R E ，3 5 4 0 S i 等。其中鎂元素除了起蠕化作用 外，還可起引爆和攪拌作用。在稀土鎂合金中加入一定量的元素Z n ( 熔點(diǎn) 4 1 9 ，沸點(diǎn)9 0 7 。C ) ，可協(xié)助鎂起到引爆和攪拌作用。提高蠕化元素的吸收 率，此外，Z n 還可以提高蠕化劑的密度，從而提高合金的吸收率。 1 4 3 以鈣為主的蠕化劑 根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)介紹，日本研究人員在硅鈣顆粒表面覆蓋C a C l 2 ，稀土氯化 物、B i ( 氧化鈹或氯化物) 和鋁( A h 0 3 ，A I C l 3 ) 制成蠕化劑，稀土元素作為球化 劑，鈹、鋁作為反球化元素。 合金成分為：1 5 C a C l 2 ，球化劑和反球化劑總量小于2 5 ，其余為硅鈣。 這種蠕化劑具有易熔于鐵水、成分均勻能力強(qiáng)、渣量少等優(yōu)點(diǎn)。另一種以鈣為 主，加入少量M g 、C e 、B i 和加制成蠕化劑。 歐洲兩家鑄造廠在試用以鈣為主的C a C e S i F e 合金，由于C e 和C a 同時加入 可減少C e 單獨(dú)使用時的加入量。用來處理S = 0 0 1 5 的合金成分為3 5 C a 、 3 R E ，、5 0 S i ，其余為鐵，當(dāng)加入量大于1 4 時即可獲得蠕墨鑄鐵 z s , z 6 1 。 1 4 4 現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的局限性 以鎂為基的蠕化劑的處理工藝局限： 1 用鎂生產(chǎn)蠕墨鑄鐵是非常困難的，獲得蠕蟲狀石墨的殘留鎂量范圍僅有 0 0 0 5 ，M g 殘- 0 0 1 5 0 0 2 0 ，要求這樣精確的控制鎂的含量，在大規(guī)模生產(chǎn)上是 很難做到的。采用鈦或鋁作反球化劑，殘留鎂的上量也僅為0 0 3 0 ，而且由 于鈦的化合物的存在，機(jī)械加工變得困難，回爐料和廢鑄件中殘存鈦，也會引 起鈦的積累和污染的問題。 哈爾演理T 人學(xué)T 學(xué)碩I j 學(xué)f 迂論文 2 鎂的熔點(diǎn)為6 5 1 ，沸點(diǎn)為1 1 0 7 ，在鐵水澆注時反應(yīng)激烈，自行沸 騰，產(chǎn)生煙霧和刺眼的鎂光，工作環(huán)境差。 3 鎂的加入量是由處理的鐵水的重量以及鐵水的含S 量來決定的。鐵水 的稱量微量變化和含S 量的波動都會影響蠕化效果。一般鐵水必須進(jìn)行預(yù)處 理，使處理后的鐵水含S 量S _ 專 j - _ 、 r 。1 衍。卜； 。j | 一斗一 一 I I f I I J 、lI 1 包芯線線圈2 包芯線3 導(dǎo)線架4 喂線機(jī)5 處理包掛鉤 6 喂線導(dǎo)管7 處理站8 包蓋9 處理包 圖1 8 典型的立式喂線處理站 F i g 1 - 8C l a s s i c a lv e r t i c a lt r e a t m e n ts t a t i o no fw i r ei n j e c t i o np r o c e s s 圖1 - 9 喂線自動控制系統(tǒng) F i g 1 - 9C o r e dw i r ec o n t r o ls y s t e m 哈爾濱理- K 人學(xué)T 學(xué)碩f j 學(xué)位論文 到了實(shí)時的控制鐵水的成分進(jìn)而控制組織達(dá)到鑄造生產(chǎn)的閉環(huán)控制。 通過以上的說明我們可以總結(jié)出喂線技術(shù)在蠕墨鑄鐵生產(chǎn)中的幾點(diǎn)優(yōu)勢： 1 可以精確穩(wěn)定的控制鐵水蠕化元素的殘留量。 2 又可減少鎂光，煙塵的污染，改善生產(chǎn)環(huán)境。 3 提高鑄造生產(chǎn)的自動化水平達(dá)到鑄造生產(chǎn)的閉環(huán)控制【3 4 1 。 1 6 課題的主要研究內(nèi)容 I C a C 2 的加入量對鑄鐵中S 含量的影響； 2 純M g 包芯線加入量對蠕墨鑄鐵石墨形態(tài)的影響趨勢，獲得蠕蟲狀石墨 的最佳純M g 包芯線加入量； 3 稀土硅鐵包芯線加入量對蠕墨鑄鐵石墨形態(tài)的影響趨勢，獲得蠕蟲狀石 墨的最佳稀土包芯線加入量； 4 鑄件的冷卻速度對鑄鐵石墨形態(tài)的影響。 2 1 試驗(yàn)材料 第2 章試驗(yàn)材料及研究方法 2 1 1 試驗(yàn)用包芯線 由于在喂線法生產(chǎn)蠕墨鑄鐵的試驗(yàn)過程中，只需要處理1 0 k g 的鐵水。根 據(jù)以往的研究表明，整個包芯線喂入鐵水包的處理過程中完全熔化，才能達(dá)到 最佳的處理效果，而蠕化處理對成分的要求極為嚴(yán)格，處理1 0 k g 的鐵水通過 計(jì)算只需要加入及克至十幾克的蠕化劑，所以我們選擇0 5 m m 的包芯線。分 別生產(chǎn)蠕化處理用純M g 包芯線，稀土包芯線和孕育處理用7 5 s j F c 包芯線( 以 下簡稱M g 線，稀土硅鐵線和硅鐵線1 。表2 - 1 為三種包芯線內(nèi)粉料的成分。圖 2 - 1 和圖2 - 2 分別為生產(chǎn)0 5 r a m 的生產(chǎn)設(shè)備與生產(chǎn)出的0 5 m m 包芯線。 表2 - 1 三種包芯線內(nèi)粉料的成分 T a b l e2 - 1 C o m p e n n e n t c o r e d w i r e 圖2 - 1 它b 哪包芯線的生產(chǎn)設(shè)各圖2 - 2 0 S m m 包芯線 F i g2 - 1P r o d u c t i o n f a c i l i t y o f t h e O S m m c o r e d w i r e F i g2 - 2 0 S m m c o r e d w i r e 1 9 取不同長度的M g 線，稀土硅鐵線和硅鐵線對長度和質(zhì)量進(jìn)行測量獲得單 位長度的M g 線，稀土硅鐵線和硅鐵線所含有的粉料質(zhì)量如表2 2 至表2 4 。 表2 - 2 單位長度M g 線純M g 含量 T a b l e2 - 2 T h ew e i g t ho fM gP e ru n i tm i l i m e t t e rc o r e dw i r e 表2 3 單位長度稀士硅鐵線稀士硅鐵含量 T a b l e2 - 3 T h ew e i g t ho fR E - S i - F eP e ru n i tm i l i m e t t e rc o r e dw i r e 表2 4 單位長度硅鐵線7 5 S i F e 含量 T a b l e2 - 4 T h ew e i g t ho f7 5 m - S i F eP e ru n i tm i l i m e t t e rc o r e dw i r e 經(jīng)過對三種1 2 1 5 m m 包芯線測量，得出) S m m 包芯線外皮鋼帶長1 2 0 m m 質(zhì) 量為6 3 9 ，單位長度鋼帶重0 0 5 2 5 9 m m 。 2 1 2 試驗(yàn)用爐料 試驗(yàn)用爐料成分與配料后計(jì)算的爐料成分，采用1 0 0 k w 中頻感應(yīng)電爐熔煉 鐵水，每爐1 0 k g 。鐵水出爐溫度為1 4 2 0 1 4 6 0 。經(jīng)過對爐料的成分進(jìn)行計(jì) 算配比試驗(yàn)需要的原鐵水成分，經(jīng)過計(jì)算的原鐵水成分如表2 5 所示。 哈爾濱理T 人學(xué)T 學(xué)碩| ，學(xué)化論文 表2 - 5 爐料配比 T a b l e2 - 5C h a r g em a t e r i a lm i x t u r er a t i o 2 1 3 試樣的制備 通過喂線法法生產(chǎn)蠕墨鑄鐵，為獲得合格蠕化率的蠕墨鑄鐵，需要根原鐵 水的含S 量加入適量脫S 劑將鐵水中S 的含量控制在O 0 1 0 0 1 5 范圍內(nèi)。出 爐后加入合適量的蠕化劑，使鑄鐵中的石墨蠕化。鑄件的壁厚對蠕墨鑄鐵的蠕 化率產(chǎn)生影響。為獲得加入脫S 劑的最佳加入量，蠕化劑的最佳加入量以及鑄 件的壁厚對石墨形態(tài)的影響，本文設(shè)計(jì)了如下的試驗(yàn)方案。 1 根據(jù)生鐵與廢鋼的成分計(jì)算配料確定原鐵水中的含S 量范圍，加入不同 量的脫S 劑，直讀光譜分析脫S 前后的含S 量，根據(jù)脫S 效率選擇合適的脫S 劑與 加入量將鐵水的含S 量控制在0 0 1 - - 0 0 1 5 。 2 參考傳統(tǒng)蠕墨鑄鐵工藝中M g 的加入量以及喂線技術(shù)在球墨鑄鐵生產(chǎn)中 應(yīng)用的數(shù)據(jù)，計(jì)算加入鐵水中的M g 量與稀土量根據(jù)計(jì)算出的M g 線加入量。熔 煉1 0 k g 鐵水加入脫S 計(jì)，分別加入不同的M g 線進(jìn)行處理同時加入固定量的稀土 線與0 1 2 5 7 5 S i F e ，獲得形成蠕蟲狀石墨最優(yōu)的M g 殘留量的范圍。 3 熔煉1 0 k g 鐵水加入適量的脫S 劑，在蠕蟲狀石墨形成的最優(yōu)的M g 的加入 量范圍內(nèi)加入M g 線同時加入不同的量的稀土線在加入0 1 2 5 7 5 F e S i ，取金相 片樣，直讀光譜樣獲得鑄鐵中稀土殘留量對石墨形態(tài)的影響趨勢獲得形成蠕蟲 狀石墨最優(yōu)的稀土殘留量的范圍 4 熔煉1 0 k g 鐵水加入適量的脫s N ，在蠕蟲狀石墨形成的最優(yōu)的M g 的加入 量范圍內(nèi)加入M g 線同時加入最佳量的稀土硅鐵線，澆注梯形試樣，獲得不同 的凝固時間對鑄鐵石墨形態(tài)的影響趨勢。 哈爾濱理T 人學(xué)下學(xué)碩l j 學(xué)位論文 2 2 分析方法 2 2 1 材料的成分分析 材料的成分分析采用哈爾濱東安發(fā)動機(jī)公司鑄造3 車間的A R L 4 4 6 0 直讀 光譜儀對試樣的成分進(jìn)行光譜分析。 2 2 2 石墨形態(tài)的觀察 選取澆注好的試樣，在砂輪上將其一面磨平到腳，用水砂紙初磨，在使用 0 1 0 5 金相砂紙依次磨光，沒換一號砂紙時，應(yīng)將試樣清洗、擦干并在水平旋 轉(zhuǎn)9 0 度后繼續(xù)磨光，最后用C r 2 0 3 進(jìn)行拋光。 采用O L Y M P U SG X 7 1 倒置式金相顯微鏡，最大放大倍數(shù)1 5 0 0 倍，最小分 辨率O 3 7 a m 對試樣進(jìn)行石墨形態(tài)的觀察，分別選取1 0 0 倍和5 0 0 倍的放大倍數(shù)照 會相。 2 2 3 能譜分析 能譜分析采用F E IS i r i o n 型掃描電鏡所配的能譜儀對試樣所選的區(qū)域進(jìn)行 能譜分析。能譜的最大分辨率1 2 9 e V 。 哈爾濱理T 人學(xué)T 學(xué)顧l j 學(xué)位論文 第3 章C a C 2 加入量對鐵水中S 含量的影響 3 1 引言 根據(jù)蠕墨鑄鐵中蠕蟲狀石墨的形成機(jī)理，蠕化元素加入后先對鑄鐵進(jìn)行脫 S 脫O 后殘留在鑄鐵中的蠕化元素彳起到蠕化的做用。要獲得蠕蟲狀石墨鑄鐵 中的蠕化元素殘留量范圍很窄，所以要嚴(yán)格控制蠕化元素的加入量。鑄鐵中的 S 對鑄鐵中的蠕化元素的殘留量影響很大，所以試驗(yàn)中要對蠕化處理前的鐵水 進(jìn)行預(yù)脫S ，減小S 對蠕化元素的影響。 3 2C a C 2 脫S 的試驗(yàn)結(jié)果 根據(jù)所配的爐料成分計(jì)算所得原鐵水含s ( o 4 1 7 加4 5 2 ) ，根據(jù)傳統(tǒng)蠕墨 鑄鐵生產(chǎn)的要求，要求蠕化處理前原鐵水的含s ( 0 O l 加0 2 ) 。所以要對蠕化 處理前的鐵水進(jìn)行脫S 預(yù)處理。本試驗(yàn)選擇C a C 2 作為脫S 劑。 根據(jù)對5 爐1 0 k g 鐵水C a C 2 加入前后的成分對比如表3 - 1 - 表3 - 1C a C 2 加入前后鐵水成分對比 T a b l e3 - 6C o m p o n e to ft h ec a s ti r o ni n tt r e a t m e n to fC a C 2 根據(jù)對處理前后成分的對比以及要求蠕化處理錢原鐵水的含S 量必須控制 在0 0 1 - 0 0 2 1 為的要求，可以觀察到每1 0 k g 的原鐵水中加入1 4 0 9 的f a G 2 ， 可以達(dá)到將鐵水中的S 降低到0 0 1 0 7 可以達(dá)到要求。為了確定這試驗(yàn)的可重 復(fù)性，對3 爐l O k g 鐵水C a C 2 加入前后的成分對比如表3 2 ： 表3 - 2C a C 2 加入前后鐵水成分對比 T a b l e3 - 2C o m p o n e to ft h ec a s ti r o ni n tt r e a t m e n to fC a C 2 3 1 。 根據(jù)表3 1 和表3 2 本文繪制了C a C 2 的加入量與脫S 效率的關(guān)系曲線見圖 C a C 2 力n A m - ( g ) 圖3 1C a C 2 ；0 h A 量與脫S 效率的關(guān)系 F i g 3 - 1T h er e l a t i o n s h i po ft h et h ed e s u l p h u r i z a t i o ne f f i c i e n c ya n dt h eC a C 2a d d i t i n g 3 3 C a C 2 脫S 的機(jī)理分析 在整個的曲線上我們可以觀察到，隨著C a C 2 的加入量不斷的增加C a C 2 的 脫S 效率有放緩的趨勢。加入8 0 9 的C a C 2 理論上來說會脫掉4 0 9 的S ，但是 哈爾演理丁人學(xué)T 學(xué)頂 ：學(xué)位論文 試驗(yàn)結(jié)果顯示并脫S ，根據(jù)C a C 2 的脫S 機(jī)理，鐵水中C a C 2 的脫S 體系，脫S 產(chǎn)物為C a S 、C a O 。該體系中S = 8 、R = 3 、C = 5 、F = 5 、f = 2 。鐵水會發(fā)生式( 3 - 1 ) 至式( 3 - 3 ) 等三個獨(dú)立的平衡反應(yīng)。 【C 】+ 【O 】= C O ( G ) A Go = 2 7 5 0 8 2 8 8 TJ m o l C a C 2 ( S ) + 【S 】- C a S ( S ) + 2 【C 】 A G o = 3 5 2 7 9 0 + 1 0 6 7 丁J m o l c a s ( s ) + 【O 】= C a O ( s ) + 2 【c 】 A G o - 4 6 2 7 5 0 + 1 3 7 7 4 7 丁J m o l ( 3 - 1 ) ( 3 2 ) ( 3 3 ) 在口c = 1 時，根據(jù)以上3 個平衡反應(yīng)的A G o 可求出平衡時的以s 、a D 和P c o 值，即式3 4 至式3 - 6 l g a s = - 1 8 4 2 4 T + 5 5 7 l g a D = - 1 8 4 2 4 T + 5 5 7 l g p c D = - 2 4 3 1 1 T + 1 1 5 3 由此求得各溫度下平衡時的口s 、a D 和p c 0 值( 見表3 3 ) 。 ( 3 4 ) ( 3 5 ) ( 3 - 6 ) 表3 - 3C a C 2 脫S 體系平衡時口5 、a D 和p c D 值 T a b l e3 - 3E q u i l i b i u mv a l u eo fa s 、ao a n dp c o i nd u s u l p h u r i z a t i o ns y s t e mo fC a C 2 由表3 - 3 可知，獨(dú)加入C a C 2 進(jìn)行鐵水脫S 時，脫S 極限可達(dá)a s - - 1 0 6 ，脫氧 極限可達(dá)口D = 1 0 唱。使用C a C 2 之所以比使用C a O 脫S 效果好是因?yàn)楹笳?2 5 哈爾演理T 人學(xué)T 學(xué)碩l ：學(xué)位論文 p c o = l p 。時，相應(yīng)的平衡a o 只能達(dá)到1 0 - 5 ；而前者在C a C 2 、C a S 、C a O 共存的 平衡體系中，由f t J 立( 3 6 ) 控制的a D 大約可達(dá)到1 0 8 ，平衡時的口D a s 值在 1 0 3 2 8 3 之間，所以a 。也能達(dá)到很低的水平?？梢娊档蚢 D 是降低a ；的前提。雖 然C a C 2 脫S 體系具有很強(qiáng)的脫S 能力，但在實(shí)際生產(chǎn)中噴吹C a C 2 并不能達(dá)到 深脫S 的效果，這是因?yàn)椴捎肅 a C 2 脫S 屬于固、液兩相反應(yīng)，反應(yīng)速度較慢，在 實(shí)際生產(chǎn)條件下沒有足夠的時問使其達(dá)到所期望的深脫S 程度。 通過以上的分析就可以解釋了，加入8 0 9 的C a C 2 沒有脫S 效率的原因 為，加入的C a C 2 并沒有和鐵液中的S 充分的反應(yīng)。 3 4 本章小結(jié) 在喂線技術(shù)生產(chǎn)蠕墨鑄鐵的爐前脫S 預(yù)處理的試驗(yàn)中本文選擇了在1 0 k g 的鐵水中加入1 4 0 9 C a C 2 的加入量，經(jīng)過試驗(yàn)證明可以將原鐵水中的S 控制在 O 0 1 0 0 1 5 之間。 哈爾濱理丁大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 第4 章蠕化劑加入量與鑄件冷卻速度對石墨形態(tài)的 影響 4 1 引言 試樣研磨、拋光后，光鏡下觀察石墨形態(tài)以及其分布，選擇具有代表性的 試樣進(jìn)行拍照和腐蝕觀察會相基體組織。參照的金相圖來源于中華人民共和 國國家標(biāo)準(zhǔn)G B 7 2 1 6 8 7 ) 、中華人民共和國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)J B T3 8 2 9 - 1 9 9 9 和鑄鐵彩色金相學(xué)。本文研究的內(nèi)容并未涉及到鑄鐵基體組織，所以未對 試驗(yàn)進(jìn)行腐蝕，只觀察石墨形態(tài)。 4 2 純M g 線加入量對鑄鐵石墨形態(tài)的影響 4 2 1 試樣金相觀察結(jié)果 為確定M g 線加入量對石墨形態(tài)的影響趨勢，通過試驗(yàn)確定M g 線的最佳 加入量，試驗(yàn)中加入一定量的稀土硅鐵0 0 2 7 3 和7 5 一S i F e 0 1 2 5 ，改變加入 M g 的量，如圖4 1 所示分別為加入M g 范圍在0 0 1 2 5 , , , 0 0 2 2 5 喔，盒像照片。由 圖中觀察到隨著M g 線加入量的增加，石墨形態(tài)的變化趨勢為片狀石墨+ c 型 石墨一片狀石墨一數(shù)量更多的c 型塊狀石墨一蠕蟲狀石墨一球狀石墨。最佳的 M g 加入量范圍為0 0 2 2 5 - - 0 0 2 5 。 溺 篝0 蜜霪 溺酗黼 墮! ：堡蘭三查蘭三蘭竺蘭蘭堡篁三： 、? 笤：鬻爨 、一，? 、i 茜籬霹 j ，。：o 鬻黎 ，。，j 專二i i 鬈 謄瀵；潮 飛i J - j 。? 蕊二囊溺 、，_ 。u j * 葶意；j 嚏蕊黧 ? 攀篝愛蓊 #- ，o 鬻 口 _ L J | s l 。0 I - I , 修盆i ； 麓，。l 。 。：誓：一囊 j t _ 。- 囂纛 a ) 0 0 1 2 5 b ) 0 0 1 5 c ) 0 0 1 8 7 d ) 0 0 2 2 5 e ) 0 0 2 5 0 0 0 3 7 5 g 】0 0 5 圖4 1 不同的M g 線加入量對石墨形態(tài)影響 F i g 4 1 M o r p h o l o g y o f d i f f e r e n t M g e f f e c t t h e g r a p h i t e 4 2 2 純M g 線加入量對螭化率的影響 通過對純M g 線加入量對鑄鐵石墨形態(tài)的影響的試驗(yàn)分析，本文得出如圖 4 - 2 所示，同時加入稀土硅鐵0 0 2 7 3 ，7 5 S i - F e0 1 2 5 1 i _ 寸“ ，純M g 線加入量 灞黧鑊， 溪。 哈爾濱理丁人學(xué)丁學(xué)碩I j 學(xué)位論文 、 專 鎂 S 磐 純M g 線加入量( ) 圖4 - 2 純M g 線加入鐵水中鈍化M g 的比重對鑄件蠕化率影響 F i g 4 - 2E f f e c to ft h er a t i oo fc o m p a c t e dg r a p h i t ew i t ht h ep u r eM g 對鑄件蠕化率影響。 如圖中所示，隨著純M g 加入量不斷的增加，在純M g 加入量在 0 0 1 2 5 - - 0 0 1 8 7 范圍內(nèi)鑄件的最終石墨形態(tài)為片狀石墨。0 0 2 2 5 - 0 0 2 5 范 圍內(nèi)鑄鐵中出現(xiàn)蠕蟲狀石墨，蠕化率在7 5 8 5 范圍內(nèi)。當(dāng)加入量超過 0 0 2 5 時鑄鐵的球狀石墨的數(shù)量急劇的增加，蠕蟲狀石墨的數(shù)量急劇的降低。 需要得到蠕化率在7 5 以上的M g 的加入量范圍只有0 0 0 2 5 范圍窄較難控 制。 4 3 稀土硅鐵線加入量對鑄鐵石墨形態(tài)的影響 4 3 1 試樣金相觀察結(jié)果 以純M g 線加入的最佳值為基礎(chǔ)，在0 5 0 m m 的范圍內(nèi)改變稀土硅鐵線的 加入量，得出如圖4 3 所示不同的稀土硅鐵加入量對石墨形態(tài)的影響。通過對 圖4 3 對比可以發(fā)現(xiàn)，稀土硅鐵加入量在O 0 0 0 2 7 3 的范圍內(nèi)，并未對鑄鐵 的石墨形態(tài)起到?jīng)Q定性的因素。為了證明這一試驗(yàn)結(jié)論我們對三次試驗(yàn)進(jìn)行了 能譜分析。 哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 若鐾鬻辮攀黌琴巍。、鍵蟯7 鬟零j 謄黲溺i 鬻 ?；h奄黢凈_ ；_ _ 鬟i t ”，r 一 善 鍪鏊熬溪蓬鎏鬢黲謄一j i 懣謄囊蕊l 翁戳震鬟黼 a ) O D b n 0 0 7 c ) 0 0 1 8 圖4 - 3 不同的h l g 線加入量對石墨形態(tài)影響 F i g A - 3 M o r p h o l o g yo f d i f f e r e n t M g e f f e c t t h e 舯p h i k 4 3 2 試樣的能譜分析結(jié)果 圖4 - 4 到圖4 6 分別為R - 3 1 試驗(yàn)，R 3 2 試驗(yàn)和R - 3 3 試驗(yàn)的E D S 分析。圖 4 7 到圖鈾分別為R - 3 1 試驗(yàn)，R - 3 2 試驗(yàn)和R - 3 3 試驗(yàn)的E D S 分析時所選區(qū)域 的掃描電鏡照片。表4 1 為能譜分析的成分，通過對以上試驗(yàn)結(jié)果的對比得 出，隨著稀土硅鐵的加入，鐵水中c e 的含量逐漸的增多，所選區(qū)域的能譜成 分已經(jīng)證實(shí)了這兒點(diǎn)。 所選區(qū)域的金相圖也證實(shí)了在金相觀察中的試驗(yàn)結(jié)果，稀土硅鐵加入量在 0 0 - 0 0 2 7 3 的范圍內(nèi)，并未對鑄鐵的石墨形態(tài)以及蠕化率起到?jīng)Q定性的因 素。試驗(yàn)中的c c 含量有不斷的提高但是R - 3 1 試驗(yàn)中我們并未加入稀土硅鐵， 所以得出能譜定量分析并不完全準(zhǔn)確，但是我們可以對其三次試驗(yàn)進(jìn)行對比分 析。 哈爾濱理T 人學(xué)T 學(xué)碩l j 學(xué)位論文 圖4 4 試驗(yàn)的E D S 分析 F i g 4 - 4E D Sa n a l y s eo ft h ee x p e r i m e n t 圖4 5 試驗(yàn)的E D S 分析 F i g 4 - 5E D Sa n a l y s eo ft h ee x p e r i m e n t 圖4 - 6 試驗(yàn)的E D S 分析 F i g 4 - 6E D Sa n a l y s eo ft h ee x p e r i m e n t 3 1 墜堡簍塞三奎耋三莖堡圭：竺蘭矗 臣圈 圖4 _ 7 試驗(yàn)的E D S 分析所選區(qū)域 掃描電鏡照片 圖4 1 8 試驗(yàn)的E D S 分析所選區(qū)域 掃描電鏡照片 4 - 7 E D Sa n a l y s eo f t h e a r e a ( S E M ) F i g 4 - 8 E D Sa n a l y s e o f t h ea r e a ( s E M ) 圖4 9 試驗(yàn)的E D S 分析所選區(qū)域掃描電鏡照片 F i g4 - 9 E D Sa n a l y s e o f t h ea r e a ( S E M ) 表“1 能譜分析的成分 T a b l e 4 - 1 C o m p e n n e to f E D S m a a l y s e 試驗(yàn) 化學(xué)成分( ) 編號 COM g S iS C aC e C r F e R 3 10 9 2 30 0 O O1 20 1 8 60 0 1 20 0 1 9 0 0 2 60 0 3 18 7 9 0 R - 3 21 08 5 0 0 0 00 0 1 00 1 6 10 0 1 00 0 1 30 0 6 0 0 0 4 4 8 6 1 7 R - 3 30 9 3 40 0 O O0 0 0 70 2 2 2 0 0 0 60 0 2 5O O 7 50 03 38 6 9 8 4 3 3 稀土硅鐵線加入量對蠕化率的影響 如圖4 - 1 0 所示加入M g0 0 2 5 ，7 5 - S i - F e0 1 2 5 同時分別加入不同量的稀 土硅鐵對鑄鐵蠕化率的影響。 哈爾演刪T 人學(xué)T 學(xué)碩f ：學(xué)化論文 稀土硅鐵加入量( ) 圖4 1 0 稀士硅鐵加入比重對鑄件蠕化率影響 F i g 4 1 0E f f e c to ft h er a t i oo fc o m p a c t e dg r a p h i t ew i t ht h ep u r eR E - S i - F e 加入一定量的純M g 與稀土硅鐵加入量在0 0 - 0 0 2 7 3 的范圍內(nèi)，我們可 以得出在該范圍內(nèi)，蠕墨鑄鐵的蠕化率主要受純M g 線D i i , x , 量的影響，而與稀 土硅鐵的加入量無關(guān)。稀土的加入量并未對鑄鐵的蠕化率造成影響，所以本文 得出文中起蠕化作用的元素主要的M g ，在加入稀土硅鐵0 0 加0 2 7 3 的范圍 內(nèi)，由于稀土硅鐵的加入量過少，并未起到蠕化的作用。 4 4 鑄件的冷卻速度對石墨形態(tài)的影響 4 4 1 試驗(yàn)的金相觀察結(jié)果 在進(jìn)行R 3 1 到R 3 3 試驗(yàn)的過程中澆注了梯形試樣，觀察鑄件的冷卻速度 對石墨形態(tài)的影響趨勢，過程中只取到了R 3 1