高強(qiáng)度灰鑄鐵.

1、高強(qiáng)度灰鑄鐵的生產(chǎn)我國灰鑄鐵件生產(chǎn)概況我國灰鑄鐵件生產(chǎn)概況表1 中國2005、2006 .2007年鑄件產(chǎn)展Tab. 1 Castings outputs of China in 2(X)5 2(X)6. 2(X)7鑄件類別尿鑄汝鑄鐵可鍛 詩鐵WMWA俗、錢件合總計(jì)2005 年產(chǎn)t 1 23A35R3.851.4322.441.6188.623.72 442.1M占比例50.49t23.9% 2.1%13.21.757.7X5I00C?2()06 年產(chǎn)IJ92.86K4.351.7381.147.0231.021.42 809.4所占比例49.6佚24.3f1 8C#13.5存1.608.2f

2、0.7IftOCf2007 年產(chǎn) S/7j i 1 546.0769.853.5404.857274.021.73127.0所占比例49.49e24.61.7%I2.g1.80.7%lOO.OOT& 22006年中國、癸BL俄羅斷、日本、餡國.英國灰鑄恢件產(chǎn)量m ITuh2 (iray imn callings outpits of China L nit eclSuites RuNxia. Ju戶in jfnnanx atul I .K/ 10 t俄羅斯 H本 夠國 英國灰鑄詼件在 我國鑄件總產(chǎn) 量中占有很人 的比例我國灰鑄鐵 件占世界灰鑄 鐵件總量的 32.7%,是美國、 俄羅斯.H本.

3、徳國、英國的 總和1 392.8425.5348B2X3.4258.242.1衣3中國2006年灰鑄鐵件進(jìn)出1丨最及價(jià)格Tnh3 Oiiantiti*s and prices of gray imn castings China-imported and sported in 2006我國灰鑄鐵 件與國外的 價(jià)格卻相差36借灰禱抉件俵件出口類別數(shù)韌萬I均價(jià)心D數(shù)韌萬I菲IF用茨筲伕件制品78.9721.610.362 2X0.7灰蒔鐵件 M 品31 6833.120325 173.8鑄件進(jìn)口影響鑄件價(jià)格的其中最重耍的因素之一:鑄件的內(nèi)在質(zhì)T-：鑄造界的當(dāng)務(wù)之急:認(rèn)真分析我國灰鑄鐵件內(nèi)在質(zhì)址的問

4、 題所在，采取一系列的措施加以提高沖天爐熔煉沖天爐操作沖天爐網(wǎng)格圖（如圖1）反映了風(fēng)量、鐵焦比、鐵液溫度、熔化率 四者之間的復(fù)雜關(guān)系，沖天爐網(wǎng)格圖足沖天爐操作的理論基礎(chǔ)。135095678熔化強(qiáng)度/t（n?hH 圖I沖天爐的網(wǎng)格圖34鐵液溫度反映底焦高度，而熔化率不僅是風(fēng)磺的標(biāo)尺同時(shí)與底焦高度有關(guān)。風(fēng)焦配合風(fēng)量調(diào)整.鐵焦比調(diào)整是控制沖天爐底焦胡度的兩種基木F段。底焦高度可以通過風(fēng)量調(diào)控:底焦偏高，增加風(fēng)量可以使底焦高度降低底焦偏低，減少風(fēng)戰(zhàn)可以使底焦提高沖天爐的尾氣除塵沖天爐熔煉過程屮對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的主要污染包括有害氣體.煙塵.噪 聲、爐渣、污水等，其中以煙塵對(duì)環(huán)境的污染最為嚴(yán)重。煙塵為煙 氣與粉

5、塵的統(tǒng)稱，粒徑小于gm的為煙氣，大于gm的為粉塵。預(yù)防與治理煙塵污染，目前不存在任何技術(shù)問題。使用現(xiàn)有的袋式 除塵器，選用適當(dāng)?shù)某龎m技術(shù)參數(shù)，可將爐氣粉塵排放濃度控制在 50 mg/Nm3以下，甚至可實(shí)現(xiàn)“零”排放。沖天爐節(jié)能能源利用率由于我國當(dāng)前電力主要來源于燃煤發(fā)電（火電），屬于二次能源， 存在煤電轉(zhuǎn)換效率，因此如果通觀整個(gè)能源生產(chǎn)過程，可認(rèn)為天然 氣沖天爐的能源利用率高于感應(yīng)電爐，屬于最節(jié)能的熔化方式。沖天爐節(jié)能途徑I降低能源消耗 提高鑄造工藝水平 提高工廠管胡提高焦炭熱能利用率的措施回收熱水用于洗浴與采暖、卩（髙收叢風(fēng)用于車間采暖利用熱%1M沖天爐熔煉工藝要點(diǎn)沖天爐熔煉，影響化學(xué)成分和

6、溫度的因素較多，我們除在嚴(yán)格 遵守沖天爐熔化匸藝的條件F,主要通過加強(qiáng)控制以下兒個(gè)方 面，因而得到成分比較穩(wěn)定、溫度較高的優(yōu)質(zhì)鐵水，1. 嚴(yán)把修爐關(guān)，保持良好爐型2. 前后爐修完后進(jìn)行兩次熾烤，以利于提高鐵水溫度。3. 熔煉過程中，注意控制底焦高度（穩(wěn)定在1700mm以上）， 保證底焦塊度（在100-200mm之間），以強(qiáng)化底焦燃燒。層焦塊度亦保持在60-100mmo4嚴(yán)格爐料管理和加料制度，及時(shí)加，加滿料，使?fàn)t料能夠充分預(yù)熱。風(fēng)焦配合，減少氧化，使出鐵溫度穩(wěn)定在1480C以上。5嚴(yán)把孕育關(guān)。當(dāng)原鐵水白口數(shù)較大時(shí)用75#硅鐵孕育；較小時(shí)用鉆鐵.鎰鐵、硅鐵等復(fù)合孕育。孕育后三角試片白口數(shù)控制在4

7、-6mmo6加強(qiáng)管理，提高操作人員責(zé)任心，消除人為因素的影響。原鐵液質(zhì)量溫度1原鐵液溫度原鐵液質(zhì)量原鐵液質(zhì)量足保證灰鑄鐵內(nèi)在質(zhì)量的基礎(chǔ)之一，它的二個(gè) 指標(biāo)為：原鐵液的過熱溫度:存在個(gè)臨界溫度，只有高于這臨界溫度，隨著溫 度的提高，鐵液氧化大幅度地減少，Si、Mn燒損減少， 并使石墨細(xì)化，基體組織致密，鑄鐵強(qiáng)度提高，硬度F 降，彈件模數(shù)有少許提高，成熟度RG提高，相對(duì)硬度RH 下降，品質(zhì)系數(shù)Q提窩如果鐵液過熱太高，會(huì)導(dǎo)致石墨分伯形狀的惡化，過冷 度過人，極易出現(xiàn)自山滲碳體，導(dǎo)致力學(xué)性能下降，尤其 低碳當(dāng)量（CE）的鐵液對(duì)太高的溫度過熱敏感性史大，性 能下降更明顯，伙1此鐵液過熱溫度也血有 個(gè)上限

8、。生產(chǎn)實(shí)踐中，鐵液過熱的臨界溫度及過熱的上限范圍是與鑄鐵 牌號(hào)即w (C)、w (Si)赧的高低密切相關(guān)的。牌號(hào)越高，w(C)、w (Si)量越低，過熱溫度范圍也越高?；诣T鐵從HT250至HT350,國外先進(jìn)水平的出鐵溫度為1 500 1 550C,從實(shí)踐效來和節(jié)能角度考慮，14801 520C比較合 適。如表衣I 孕育夫的推薦出詵溫度l ab. I Ket*c)tiuii*fiiei tsipping tcfiiprrsitiirt (or mocu l.ilel*1M inuirk榊兮ITI2SUHTSIM)HOUll$快迫度 / P I 480-1 500 I 490-1 510 I 4

9、90-1 530把鐵液溫度控制在14801 520C,既能保證鑄件質(zhì)量，同 時(shí)也自利于節(jié)約能源，因?yàn)楹线m的過熱溫度減少了鐵液的氧 化及Si、Mn的燒損。觀50燦50 $4443 n I 1 n 鐵液屮的W (C) . w (Si) 與鐵液溫度Z間存在若定 的關(guān)系，當(dāng)狹液過熱到某 臨界溫度時(shí)，鐵液可避免血 化，SiO2. MnO可以被還原 隨看w (C) . w (Si)駅降低，合適的過熱溫度提高，1480THT250 HT3E0灰鑄鐵最低的過熱 溫度1 4W1 5902701 5201 4601 5101 450二 1 4401柄M K 1 i.aroSM 14,01460 君-1 *1 45

10、01 o1 4401 34T 4301 3701 4203.0ar(Si)()Graph for (irlrmiinr Ihc proper superhralmg temperature vf irvn rneh according to the C and Si 4.0%時(shí)，隨著Si/C升高，ob無明顯變化，故CE 高時(shí)，提高Si/C對(duì)強(qiáng)度無明顯影響，這時(shí)用提高Si/C來提高強(qiáng)度，效 果不大。圖2為Si/C對(duì)HB的影響，此圖表明，當(dāng)CE為3.6%-3.8%時(shí)，HB隨Si/C增 大稍有提高；當(dāng)CE為40%42%時(shí)，HB隨Si/C的增大而呈下降趨勢(shì)； 當(dāng)CE為38%40%時(shí)，HB基本不隨Si/

11、C變化而變化。CE=3.8%, Si/C從05T07T09變化時(shí)，鑄鐵的拉仲強(qiáng)度呈拋物線變 化，硬度呈下降趨勢(shì)。在Si/C=0.7時(shí)，抗拉強(qiáng)度達(dá)最大值，為357.1 MPa,硬度為238HBo不進(jìn)行傳統(tǒng)的孕育處理，只調(diào)整Si/C,即町容易得到HT250以上的高 強(qiáng)度灰鑄鐵。CE40%時(shí)，Si/C增大，對(duì)抗拉強(qiáng)度影響很小，而硬度呈下降趨勢(shì)， 此時(shí)，無論怎樣調(diào)整Si/C,強(qiáng)度等性能不可能提高，反而隨著超過數(shù) 值的增人，強(qiáng)度.硬度逐步下降。高碳當(dāng)呈的鑄鐵不適合通過提高Si/C來獲得尚強(qiáng)度優(yōu)化Mik S、P含量、（SiMn）差值和Mn/S比值Mn是擴(kuò)大奧氏休區(qū)的元素有效地降低奧氏體共析轉(zhuǎn)變溫度有利于形

12、成珠光體增加奧氏體枝品的數(shù)屋 奧氏體向珠光體的轉(zhuǎn)變?cè)谳^低溫度卜進(jìn)行 促使珠光體片細(xì)化，使珠光體片間距減小Mn是強(qiáng)碳化物形成和穩(wěn)定碳化物元素,Mn適換了FC中的Fe,形 成（Fe.MEC構(gòu)成更強(qiáng)更硬的珠光體，促進(jìn)珠光體的形成。Mn能無 限固溶于萸氏體，又可固溶于基體組織，強(qiáng)化基體，提高鑄鐵強(qiáng)度?；诣T鐵的力學(xué)性能主要取決于石墨數(shù)量.尺寸和石墨形態(tài)。Mn是鑄鐵中穩(wěn)定滲碳體與促使珠光體化的元索，但它會(huì)與S形成MnS 而作為石墨非自發(fā)形核的核心，促使鑄鐵石墨化。低碳當(dāng)量的灰鑄鐵，冋身的石墨數(shù)少且細(xì)，所以高，但增加Mn含 MnS増多，石噩數(shù)応恂川L變粗。故下降。高碳當(dāng)量的灰鑄鐵，自身的石墨數(shù)多L粗，珠光體

13、數(shù)量少，增加Mn 含眾，石墨形貌變化不大，此時(shí)，Mn促使灰鑄鐵珠光體化的作用表 現(xiàn)較強(qiáng)，故矚所提高1Mn含顯（%廢鋼加入量: 實(shí)線:21%-27% 鹿線：10%2()%CE含 13 (%)I 3 65-3.742 3.75-3.8 斗3 3.85 3.054 3.96-4.055 4.064.15(edw)qa圖 3 Mn對(duì)歡鑄飲抗拉強(qiáng)度的影響在高強(qiáng)度灰鑄鐵中，Mn常作合金元索被加入，Mn可以固溶于基體, 也可以無限固溶于奧氏體，達(dá)到強(qiáng)化基體組織的作用。Mn的含沆，特別是Mn）差値，對(duì)提高灰鑄鐵強(qiáng)度影響較大。如圖4所示，當(dāng)鐵水中Mn）差值減小時(shí)，提高；Mn）差值 低于1.4%時(shí)，變化不大或稍有

14、降低；（SiMn）差值一般控制在 1.10%-1.40%oS在孕育鑄鐵中是強(qiáng)烈穩(wěn)定滲碳體、阻礙石墨化的元索S能降低C在鐵液中的溶解度，增強(qiáng)C的活度，與Mn、RE形成的MnS和 RES會(huì)成為石墨非自發(fā)形核的核心，故又能促使石墨化，所以S是促使 孕育反應(yīng)順利進(jìn)行不可缺少的成分。S在鑄鐵中有著雙重作用硫位偏低時(shí)，孕育元素的作用 得不到發(fā)揮，孕育效杲不佳。硫量過高時(shí)，由于孕育元素2s的原子比 下降，將形成Re2S3. Re3S4類型的硫化物， 它們不能成為石墨形核的有效基底，導(dǎo)致 孕育效果惡化。另外，過鬲的硫量還會(huì)導(dǎo) 致大量自由態(tài)S的存在，它們富集在共晶 團(tuán)前沿，從而限制了共晶生長，引起鐵水 過冷，使

15、鑄鐵力學(xué)性能下降。在不同CE的情值均隨S含笊的彳了資料介紹，含硫Iii0.05wt.%-0.12wt.%為佳。Mn和S在鑄鐵中相互制約，因此在選擇Mn含竄與S含屋時(shí)必須考慮 Mn/S 值。2509250CE=3. 8% 3 95CE=3. 95%05%350350MnS圖6 錨硫比與灰鑄鐵抗拉強(qiáng)度的關(guān)系c濱300r*q c二 300357911Mn/SP對(duì)灰鑄鐵力學(xué)性能的影響體現(xiàn)在凝固過程中，初生奧氏體以枝晶狀 組織形成后，由于偏析，高磷液相被擠到枝晶間。因此，其后結(jié)晶 的硬而脆的磷共晶大多分布在奧氏體晶粒的交界處，并伴隨有各種 熒造缺陷，如夾雜、晶間縮松等，構(gòu)成鑄鐵組織的薄弱環(huán)節(jié)。立塊狀.均

16、勻分布、斷甕網(wǎng)狀，因此，對(duì)基體的割裂作用也逐漸增大?？估瓘?qiáng)度隨磷含量的增加逐漸降低。o o o o o o5 0 5 0 5 03 3 2 2 1 1SHH 慳000000000005 4 3 2 1SIB圖7 磷対灰鑄鐵力學(xué)件能的影響灰鑄鐵屮的P含量般在005wt007wtZ間。微量有害元素的控制生鐵和回爐料中的廢鋼冇時(shí)會(huì)含冇Ti、Pb等尤素，熔煉時(shí)，這吐元素 容易使鑄件產(chǎn)生縮松滲漏缺陷。在4100QB生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)微量元索WTi0.0435%時(shí)，出現(xiàn)縮松的缸蓋Jf生 產(chǎn)縮松缸蓋總數(shù)的75%左右，由止匕判斷，Ti對(duì)縮松冇較為直接的影響, 并推薦使用WTi0.08%的生鐵。含Pb彊達(dá)0.0008%

17、,即可造成縮松滲漏，須注意使用的爐料中是否有 鍍Pb材料，或須先行除去鍍層。影響縮松滲漏的微星元素還有V、Al等添加合金元素的影響灰鑄鐵中加入合金元素來提尚強(qiáng)度的主要機(jī)理表現(xiàn)在:細(xì)化石墨和共晶團(tuán)增加基體中珠光體的含量，并使珠光體的片間距細(xì)化提高滲碳體的熱穩(wěn)定性，防止珠光體在高溫下分解生成碳化物或含有合金元素的硬化相通常當(dāng)碳當(dāng)量人于3.9%時(shí)，不加入適量的合金元索，難以穩(wěn)定珠光體 組織并11還nJ能會(huì)出現(xiàn)粗人右墨。0 0.51.0 1.5 2.0 2.5 3.0元索加入量(%)圖8介金兀索對(duì)灰鈍鐵抗拉強(qiáng)度的影響國內(nèi)外冃前在灰鑄鐵中常用的合金元索大約自：Cr、Cu、Mo、Ni、 Sn Ti、V等,

18、其中最主要的是Cr和Cu兩種元素。Cr和Cu都是穩(wěn)定珠光體的元索，可以起到增加和穩(wěn)定珠光體量，細(xì)化 珠光體組織的作用，顯然能明顯提高灰鑄鐵的強(qiáng)度。Cr的加入必然引起門口傾向的增加，IL含Cr量達(dá)到一定量（人約超過 0.8wt.%時(shí)）后，灰鑄鐵的強(qiáng)度會(huì)下降。Cu是種促進(jìn)石墨化的元素，可抵消Cr元素增大白口的不利影響，有 利于保證鐵水的鑄造工藝性能。Cu常和合金元索Cr -起使川。CufllCr在復(fù)合加入時(shí)的強(qiáng)度優(yōu)于其屮 獨(dú)加入。V提咼灰鑄鐵抗拉強(qiáng)度的能力很大，但它阻礙右墨化的能力也很大（僅次于S）,所以氣缸體與氣缸蓋用灰鑄鐵中一般不加入V。Mo與Ni價(jià)格昂貴，少量用Mo, 般以Cu代替Ni, M

19、o是捉高灰鑄鐵強(qiáng) 度最有效的合金元素之一，同時(shí)也是較溫和的反石墨化元索，具冇鮫 溫和的碳化物形成作用，對(duì)石墨有阻礙作川，口J以細(xì)化珠光體，亦能 細(xì)化石墨，從而提高珠光體灰鑄鐵的強(qiáng)度，在改善石墨片時(shí)并不減少 石墨片的細(xì)小生長空間。Sn為增加珠光體量而加入，一般用量0.1%時(shí)有可能使鑄鐵出現(xiàn)脆性。加入適量Sb有效地改善壁厚敏感性顯著提高各斷面的硬度值生產(chǎn)成本提高，產(chǎn)品在市場(chǎng)中的競(jìng)爭力就會(huì)下降3 鐵液純凈度鐵液純凈高是指恢液屮的氣體含量和非金屬夾雜物含量較低。生產(chǎn)實(shí)踐證明：鐵液中w(h2)3pmW (O2) 60 ppm,則鐵液氧化開始嚴(yán)重，Si、Mn燒損增加w (N2) 100 ppm,易產(chǎn)生氮?dú)?/p>

20、孔鐵液中，H2。2、2對(duì)鑄鐵件能的影響如卜表:表6 恢液屮氣休含量過高對(duì)坷鐵性陡的彫響Tiib6 liiflucrncc of too high ga5 contviit on projicrticts ofinns氣體耍求含呈對(duì)灰場(chǎng)鐵性能的影響II.21內(nèi)加飲浹過冷度J內(nèi)加鑄鐵口 口傾向：2陰倚石題化.粉形成枝晶狀石:血3超過3 ppm坊產(chǎn)生爼氣扎了致鐵液流動(dòng)性下降力學(xué)性能下降()601 鐵液氧化產(chǎn)4.非金城夾雜物，力學(xué)性能下降:2產(chǎn)生（：（）皮卜氣孔。N,X() 20 80 ppm增加珠比體燈加強(qiáng)度（!增加便 廈降低加I：性能:也過KM） ppm. W形成裂紋狀 的Ni孔，鐵液純凈度屮的罪金屬夾雜物是指除右墨、碳化物、基體.磷共晶 以外的組成物，主要為氧化物與硫化物。高溫鐵液過熱超過臨界溫度對(duì)非金屬夾雜物的作用:-是使鐵液免于氧化,Si. Mn燒損F降,減少夾雜物】足高溫使-些已生成的非金屬夾雜物“熔化”，使鐵液得 到定程度的純化三是高溫利于夾雜物聚集上浮成渣非金屬夾雜物對(duì)鑄鐵性能的影響:衣7 非金屬夾雜物對(duì)塊縛快性能的爪良彫響 Tul.7 ILirmful influriwr of nui-rnrta! iiiel