現(xiàn)代鑄鐵多材質(zhì)、鐵液及其熔煉設(shè)備的要求

1、現(xiàn)代鑄鐵件對(duì)材質(zhì)、鐵液及其現(xiàn)代鑄鐵件對(duì)材質(zhì)、鐵液及其熔煉設(shè)備的要求熔煉設(shè)備的要求 中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院 張伯明張伯明20102010年年7 7月月鑄造工業(yè)當(dāng)今面臨的兩大任務(wù)：u 響應(yīng)低碳經(jīng)濟(jì)，使鑄造工業(yè)成為環(huán)境與人類(lèi)生存友 好的工業(yè)u 鑄件要滿足產(chǎn)品凈形化、輕量化的要求 反之，兩者都會(huì)促使鑄造技術(shù)水平的提高。凈形化要求鑄件盡量達(dá)到最終產(chǎn)品的形狀：u 砂型鑄件的加工余量減少 從過(guò)去的58mm減少到23mmu 促進(jìn)了高精確度造型與制芯技術(shù)的發(fā)展輕量化就是滿足功能的同時(shí)要減輕鑄件重量：u 壁厚減薄 氣缸體的壁厚從68mm減少到35mmu 使用了高牌號(hào)的鑄鐵：灰鑄鐵提高12

2、級(jí) 灰鑄鐵改為蠕墨鑄鐵 灰鑄鐵改為球墨鑄鐵促進(jìn)熔煉技術(shù)水平的提高現(xiàn)代鑄件提出的第一個(gè)要求： 從試棒性能驗(yàn)收演變成從本體性能驗(yàn)收。 世界各國(guó)灰鑄鐵標(biāo)準(zhǔn)都強(qiáng)調(diào)了本體性能的重要性。 鑄鐵件的性能取決于化學(xué)成分，也取決于冷卻條件。在砂型條件基本穩(wěn)定時(shí)就取決于鑄件的壁厚。 同樣的化學(xué)成分可使薄處出白口或過(guò)硬，厚壁處過(guò)軟。鑄件的復(fù)雜性使得其材質(zhì)的驗(yàn)收產(chǎn)生了演變： 不同直徑的試棒 附鑄試棒30試棒本體試樣氣缸體從過(guò)去的30mm試棒 20mm試棒或15mm試棒 實(shí)測(cè)頂面硬度、缸筒間取抗拉試樣、缸筒壁上取金相試塊 類(lèi) 別TL-Vw009-ATL-VW009-B適用范圍高要求汽油機(jī)缸體和柴油機(jī)缸體一般汽油機(jī)缸體w

3、 (C)%3.03.52.83.4w (Si)%1.82.71.82.8w (Mn)%0.31.0w (P)%0.2w (S)%0.14w (Cr)%0.150.450.150.40w (Cu)%0.8w (Ti)%0.030.100.1w (Sn)%0.1w (Al)%0.008共晶度（Sc）Sc =C0.954.31/3（Si+P）基體組織片狀珠光體鐵素體量3%5%石墨類(lèi)型A型A型石墨大小（缸筒上取樣）3447硬度（HBW）195235（逐個(gè)檢查）本體抗拉強(qiáng)度Rm220N/mm2表表1 某汽車(chē)公司對(duì)缸體材料和性能的規(guī)定某汽車(chē)公司對(duì)缸體材料和性能的規(guī)定 變動(dòng)次數(shù)化學(xué)成分 （質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）孕育

4、劑CSiMnPSCrCu種類(lèi)加入量 %13.353.41.651.70.70.10.150.3ZL800.323.353.41.651.70.70.10.150.2ZL800.333.43.451.651.70.70.10.150.275SiFe0.343.43.451.651.70.70.20.10.150.275SiFe0.353.43.51.61.70.70.20.080.10.150.2ZL800.42563.43.51.61.70.70.80.20.080.10.150.2ZL800.673.53.551.71.80.70.750.080.140.150.200.200.25ZL80

5、0.283.53.551.71.80.70.750.080.140.150.200.200.25ZL800.293.53.551.71.80.60.70.080.140.150.200.200.25ZL800.2103.53.551.71.80.60.70.080.140.150.200.200.25ZL800.25表表2 某鑄造廠生產(chǎn)表某鑄造廠生產(chǎn)表1所示缸體時(shí)的實(shí)際情況所示缸體時(shí)的實(shí)際情況 u 鑄造工作者必須從按30mm試棒配成分變成按鑄件結(jié)構(gòu)配成分u 鑄件形狀各異，每種鑄件都需要有自己合適的成分 和處理技術(shù)u 合適成分的范圍非常窄u 每種鑄件都應(yīng)有自己的檔案材料 名 稱(chēng)澆注溫度 化學(xué)成分

6、 （質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，%）孕育劑試棒直徑mm備 注CSiMnCrCu種類(lèi)加入量 %大眾缸體04940Kg1430-14003.53.551.71.80.60.70.150.200.20.25ZL800.220CE3.84.0大眾缸體05242Kg1410-13803.53.551.81.90.60.70.150.200.200.25ZL807.5Kg/包20CE3.84.0大眾缸體06846Kg1430-14003.53.551.71.80.60.70.30.350.40.5Grophidox0.320Sb0.04Ti0.034.0CE3.853.98GE氣缸套243Kg1400-13703.453

7、.501.61.70.70.20.5ZL800.240-剎車(chē)鼓48771420-13803.33.352.20.5-0.3ZL800.420-剎車(chē)鼓2511440-14003.53.552.00.6-0.2ZL800.420-變速箱F881420-13903.453.551.81.90.6-ZL800.320CE3.84.0殼體1201390-13603.43.51.92.00.6-ZL800.230-變速箱831440-14003.43.52.40.5-0.3ZL800.120S0.11氣缸體68711420-14003.553.601.71.80.750.800.350.400.40.5Z

8、L800.230P0.08S0.125Opel飛輪8Kg1410-13603.33.351.70.6-ZL800.230CE3.94.0HT250Opel傳動(dòng)箱8.4Kg1430-14003.53.62.22.30.50.60.3-ZL800.2520HT250Opel剎車(chē)盤(pán)6Kg1420-13803.43.452.00.6FeSi750.220Mo0.2CE3.94.0Opel飛輪盤(pán)11.7Kg1410-13603.43.51.70.6-ZL800.320CE3.053.95表表3 德國(guó)某專(zhuān)業(yè)鑄造廠對(duì)某些鑄件的化學(xué)成分控制規(guī)定德國(guó)某專(zhuān)業(yè)鑄造廠對(duì)某些鑄件的化學(xué)成分控制規(guī)定 分類(lèi)公學(xué)成分（平均值

9、）（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）備 注CSiMnPCuCEA3.52.250.650.104.27 用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的Inoculin孕育；各級(jí)CE波動(dòng)范圍為0.03；氣缸體的CE為4.124.16%。 B3.51.82.000.650.104.19C3.423.481.802.00.650.100.34.14D3.403.451.850.650.100.34.09表表4 某拖拉機(jī)鑄造廠的成分要求某拖拉機(jī)鑄造廠的成分要求 現(xiàn)代鑄鐵件生產(chǎn)時(shí)的第二個(gè)要求是高于1500的出鐵溫度：u 保證足夠的澆注溫度 u 消除澆不足，冷隔缺陷，降低氣孔、夾雜的缺陷 要求之三：高的純凈度u 鋼液的AOD、VOD等精煉方法能大

10、幅度地改善鋼的性能，那么有石墨存在的鑄鐵在精煉后性能能否有明顯提高，因研究太少還不得而知，但有好處是肯定的。 u 純凈主要指：鐵液氧化少、含氣量少、雜質(zhì)少、不必要的微量元素少。 提高溫度至1500 以上，能降低鐵液的含氧量，因有反應(yīng): SiO2+2CSi+2CO 發(fā)生反應(yīng)的理論溫度tG可用下式計(jì)算：47.1527486%)()%(lg2GtCwSiw 實(shí)際反應(yīng)溫度tH，因CO的逸出，鐵液沸騰，故又稱(chēng)為沸騰溫度：tH（）=0.7866tG（）+362 鐵液在沸騰溫度以上的好處：u Si的釋放使FeO減少 Si+2FeO =SiO2+2Fe，氧化程度降低u CO的逸出帶出了鐵液中的雜質(zhì)和各種氣體u

11、 降低球化劑、蠕化劑的用量 高溫又能消除鐵液的遺傳性用沖天爐熔煉、鑄造的一般中等 用電爐熔煉、鑄造的一般中等鑄鑄件中的粗大片狀石墨 X100 件中較細(xì)片狀石墨 X100（鐵（鐵液溫度1400） 液溫度1500）不同熔煉溫度的石墨形態(tài) 滿足這些要求的措施u 選擇合適的熔煉設(shè)備u 精確的加料系統(tǒng) u 針對(duì)不同鑄件的大量技術(shù)工作 沖天爐、沖天爐電爐雙聯(lián)、單獨(dú)電爐熔煉及電爐電爐雙聯(lián)、只要熔煉溫度在1500以上，都有除煙除塵措施，都能得到良好的鐵液。 選擇的原則：u 生產(chǎn)的批量u 合金的種類(lèi) u 能耗高低u 能源供應(yīng)條件及價(jià)格 無(wú)焦沖天爐：u 有充足的氣源(預(yù)熱要600M3,60M3/t鐵液)u 燃?xì)鈨r(jià)

12、格便宜 u 無(wú)焦沖天爐必須要有雙聯(lián)措施 （增碳難，不能多用廢鋼，C多在2.62.8%；升溫效率不高) 電爐與沖天爐相比取決于最終成本與生產(chǎn)習(xí)慣u 投資都必須有除煙、除塵裝置及供電系統(tǒng)u 批量大小，即合金種類(lèi)變化頻率，用沖天爐同種鐵液需要量15t/h u 世界的趨勢(shì)是熱風(fēng)爐保持且容量變大，冷風(fēng)爐減少u(mài) 我國(guó)鑄造廠小，又認(rèn)為上電爐后不用除塵，又節(jié)能，故隨著焦炭的漲價(jià)，很多廠會(huì)轉(zhuǎn)向電爐美國(guó)1999年70%的鑄鐵是用沖天爐熔煉的。數(shù)量在減少熔化量在增加 美國(guó)的沖天爐年 份1963197319831991沖天爐數(shù)28171749868475 我國(guó)是產(chǎn)煤、產(chǎn)焦的大國(guó)（占世界產(chǎn)量的70%），歐洲在近年焦炭?jī)r(jià)

13、格上漲至500歐元/t仍大量使用沖天爐。因此我國(guó)必須要重視沖天爐技術(shù)，尤其是熱風(fēng)長(zhǎng)爐令沖天爐的發(fā)展。 至今國(guó)內(nèi)引進(jìn)過(guò)新舊6臺(tái)熱風(fēng)沖天爐（一汽、濰柴、上鋼三廠、天津三鑄、新興鑄管），正運(yùn)行的約12臺(tái)。 我國(guó)現(xiàn)在每年要熔化3500萬(wàn)t鐵液，將來(lái)以50%用熱風(fēng)沖天爐熔煉則僅需10t/h的沖天爐700臺(tái)，鑄鐵鑄造廠數(shù)也可降低到3000個(gè)左右。10t/h冷風(fēng)沖天爐 10t/h熱風(fēng)沖天爐 只要有精確的裝料和適合的熔煉工藝，沖天爐能和電爐一樣獲得精確的鐵液成分。反之若電爐熔煉而不重視爐料計(jì)算與控制也達(dá)不到合適的成分。爐料品種12345678每批總重 規(guī)定重量批 次7054451501502580190671

14、812169044218414829781966618332700480130160228018566182337504081401702380193671831467650014413424791816618045696440176142247918968181467024161781442480191701805772442210015423781816417468696446150150217718167178896984901441862178201761892應(yīng)加入量6345400513501350225720171060316308實(shí)際加入量63324044134613882717

15、09170761016347誤差，%0.20.970.292.86.21.50.171.10.24表表6 6 沖天爐自動(dòng)加料的精確程度沖天爐自動(dòng)加料的精確程度 （單位：（單位：KgKg）批號(hào)時(shí)間（時(shí)：分）爐 料 組 成 物 重 量 （kg)12345678910總重16：0034025047011501443612180138526：0638024050013001413512180145636：1236022048012501503713190140446：1837024047011501423612180140356：2435022050012001433612180139966：3035

16、025049013001423612180142876：3637027049011001463712180145386：4236024048012001483713190141796：48370230420120014436121801350106：54350250470130013734111701399前10批料總和360024104770121501437360121181014094規(guī)定配比3600.4480120014436120.0501410誤差，%000.61.2500.200.8000.04117：055500470020015648240121460127：11500050

17、0022015949240121464137：174800480017015849240121373147：235200520020014645230111465157：305100450016016150250121368167：365300430020014545220111383后6批料總和309002850011509252861420708513規(guī)定配比5200480020015648240121440誤差，%0.901.004.11.10.61.302.71.4沖天爐加料的均勻性沖天爐加料的均勻性 國(guó)外某拖拉機(jī)鑄造廠在16小時(shí)內(nèi)，用真讀光譜儀測(cè)定的沖天爐出鐵鐵液的成分（進(jìn)電爐前）

18、w (C)max=3.51%，w (C)min=3.46%，w (C) =0.05%w (Si)max=1.91%，w (Si)min=1.74%，w (Si) =0.17%沖天爐鐵液平均成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，沖天爐鐵液平均成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）元素名稱(chēng)含 量元素名稱(chēng)含 量C3.50Ti0.013Si1.88Al0.011Mn0.62Sn0.005P0.053Pb0.004S0.119As0.030Cr0.149Sb0.008Cu0.27Ce0.004Mo0.019Zn0.008V0.010CE3.992Ni0.072Fe93.0 灰鑄鐵的牌號(hào)有異，鑄件種類(lèi)有異，在生產(chǎn)中不能用沖天爐變料來(lái)滿足不同鑄件

19、要求，而是要采用“基鐵”熔化制度。即按一種成分的鐵液進(jìn)行熔化，然后在爐前包內(nèi)附加干凈廢鋼、石墨、生鐵、各種鐵合金，按鑄件要求來(lái)調(diào)整。 成 分鑄造廠CSiMnPCCE某拖拉機(jī)鑄造廠3.501.800.650.100.100.124.12某專(zhuān)業(yè)鑄造廠3.401.600.600.080.14基鐵的成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，基鐵的成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%） 為進(jìn)行比較，了解差距，舉幾個(gè)國(guó)內(nèi)鑄造廠的實(shí)例 例1：某廠，用垂直無(wú)箱造型線（200型/時(shí)），生產(chǎn)灰鑄鐵管件，HT200，單一沖天爐： 三天內(nèi)數(shù)據(jù) w (C)max=4.34%，w (C)min=3.54%，w (C) =0.2% w (Si)max=2.32%，w

20、 (Si)min=1.32%，w (Si) =1.0% 例2：某廠生產(chǎn)球墨鑄鐵管件，牌號(hào)QT500-7，單一沖天爐：一天內(nèi)w (Si)max=3.48%，w (Si)min=3.17%， w (Si) =0.36% 例3：某廠用電爐生產(chǎn)合成鑄鐵HT250，澆注發(fā)動(dòng)機(jī)鑄件，w (C)max=3.4%，w (C)min=2.8%，w (C) =0.6% 例4:某單位用電爐做合成鑄鐵HT250與普通灰鑄鐵的比較,其報(bào)告的成分是:C3.103.50%、Si1.702.40%、Mn0.401.0%、S0.080.15%、P0.10%.例5：某廠用3t電爐熔煉，10t電爐雙聯(lián)元素CSiMnSPCr絕對(duì)平均值3.3871.46最大值3.501.580.830.0680.0680.128最小值3.071.170.550.0480.0500.08最大差值0.430.410.280.020.0180.048 3t爐成分爐成分 10t爐成分爐成分元素CSiMnSPCr備注最大值3.332.180.950.0790.0660.268某日內(nèi)化驗(yàn)90次最小值3.231.710.640.0520.0510.124最大差