實(shí)習(xí)報(bào)告球鐵灰鐵生產(chǎn)工藝

1、球鐵與灰鐵生產(chǎn)工藝球墨鑄鐵球墨鑄鐵鐵液的特點(diǎn)與灰鑄鐵相比，球墨鑄鐵鐵液的鑄造性能有如下的特點(diǎn)：l 鐵液中的硫化物和氧化物等含量高。此外，若接觸空氣和氣體容易產(chǎn)生氧化物。l 石墨化膨脹容易引起鑄件脹大，尺寸精度易受影響。l 厚壁部位易發(fā)生夾渣。l 冒口補(bǔ)縮效果不易發(fā)揮， 容易產(chǎn)生縮孔。l 鑄件清理比較麻煩。l 鐵液流動(dòng)性能較好， 不易產(chǎn)生裂紋。l 鑄型、 型芯排氣的好壞， 對(duì)能否獲得健全鑄件有很大的影響。l 鑄件容易產(chǎn)生的主要缺陷是： 渣孔、 縮孔、氣孔、 針孔及夾雜物。球墨鑄鐵生產(chǎn)工藝控制影響鑄態(tài)球鐵生產(chǎn)穩(wěn)定性的因素很多，要穩(wěn)定地生產(chǎn)球墨鑄鐵，必須在生產(chǎn)中把握好以下幾點(diǎn)：穩(wěn)定的化學(xué)成分和鐵液溫

2、度，準(zhǔn)確的鐵液量，合適的球化和孕育處理方法，以及可靠的爐前控制。 1 設(shè)備選擇1.1 熔煉設(shè)備選擇熔煉設(shè)備的選用首先是在滿足生產(chǎn)需要的前提下，遵循高效、低耗的原則。感應(yīng)電爐的優(yōu)點(diǎn)是：加熱速度快，爐子的熱效率較高，氧化燒損較輕，吸收氣體較少。因此，用中頻電爐熔煉，可避免增硫、磷問(wèn)題，使鐵水中P不大于0.07、S不大于0.05。1.2 球化包的確定為了提高球化劑的吸收率，增加球化效果，球化處理包應(yīng)比一般鐵液包深。球化包的高度與直徑之比確定為2:1。2 原材料選擇2.1 爐料選擇球鐵球化劑的加入效果條件是：高碳、低硅、大孕育量。為了穩(wěn)定化學(xué)成分和有效地控制促進(jìn)白口化元素和反球化元素，保證熔煉鐵水的質(zhì)

3、量，選用張鋼Z14生鐵，其化學(xué)成分：C3.3，Si 1.251.60,P0.06，S0.04。2.2 球化劑的選擇球化劑的選用應(yīng)根據(jù)熔煉設(shè)備的不同，即出鐵溫度及鐵液的純凈度（如含硫量、氧化程度等）而定。我國(guó)最常用的是稀土鎂硅鐵球化劑，采用這種球化劑處理時(shí)，由于合金中含硅量較高，可顯著降低鎂處理時(shí)反應(yīng)的劇烈程度。同時(shí)也能因增硅而有些孕育作用。電爐生產(chǎn)時(shí)，因溫度相對(duì)較高，所用球化劑的化學(xué)成分見(jiàn)表。表1 球化劑FeSiMg8Re7化學(xué)成分 項(xiàng)目出鐵溫度 /S %球化劑成分/%MgReSi電爐142014800.047.09.06.08.044.03 爐前控制3.1 化學(xué)成分選擇球鐵原鐵液應(yīng)高碳、低硅

4、、低硫、低磷。控制好硫的含量，是生產(chǎn)球鐵的一個(gè)重要條件。幾種牌號(hào)的球鐵的化學(xué)成分見(jiàn)表2。3.2 球化和孕育處理球化劑加入量應(yīng)根據(jù)鐵液成分、鑄件壁厚、球化劑成分和球化處理過(guò)程的吸收率等因素分析比較確定。一般為1.62.0，若球化劑放置時(shí)間較長(zhǎng)，則應(yīng)適量多加。球化反應(yīng)控制的關(guān)鍵是鎂的吸收率，溫度高，反應(yīng)激烈，時(shí)間短，鎂燒損多，球化效果差；溫度低，反應(yīng)平穩(wěn)，時(shí)間長(zhǎng)，鎂吸收率表2 球鐵化學(xué)成分 牌 號(hào)CSiMnSPQT40018 球化前 球化后3.64.10.91.20.40.050.073.54.02.63.20.02QT45010 球化前 球化后3.64.10.91.20.40.050.073.5

5、3.92.53.00.02QT6003 球化前 球化后3.63.90.91.20.60.80.050.073.53.82.22.60.02QT7002 球化前 球化后3.63.90.91.20.60.80.050.073.53.82.12.50.02高，球化效果好。因此，一般在保證足夠澆注溫度的前提下，宜盡可能降低球化處理溫度，控制在14201450。球化劑要砸成小塊，粒度一般在525mm，加在包底，再在上面加硅鐵和鐵屑。孕育處理是球墨鑄鐵生產(chǎn)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它不僅促進(jìn)石墨化，防止自由滲碳體和白口出現(xiàn)，而且有助于球化，并使石墨變得更細(xì)小，更圓整，分布均勻，從而提高球墨鑄鐵的力學(xué)性能。孕育

6、劑一般多采用FeSi75，其加入量根據(jù)對(duì)鑄件的力學(xué)性能要求，一般為0.81.0。孕育劑的粒度根據(jù)鐵液量多少，一般砸成525mm的小塊。孕育劑應(yīng)保持干凈、干燥。球化劑和孕育劑要在出鐵前加入包中，在連續(xù)生產(chǎn)時(shí)，剛出完前一爐鐵后，包很熱，過(guò)早加入會(huì)使其粘結(jié)在包底而削弱球化和孕育效果。為了延遲球化反應(yīng)時(shí)間，增強(qiáng)球化和孕育效果，要在球化劑和孕育劑的上面覆蓋一層鐵屑。球化處理的方法較多，一般多采用操作簡(jiǎn)便的沖入法處理球鐵。3.3 球化效果爐前檢驗(yàn)爐前檢驗(yàn)孕育、球化效果好壞，一般采用三角試樣。澆注三角試樣，冷至暗紅色，淬水冷卻，砸斷后觀察斷口。斷口銀白色，尖端白口，中心有疏松，兩側(cè)凹縮,同時(shí)砸斷時(shí)有電石氣味

7、,敲擊聲和鋼相似,則球化良好,否則球化不良。3.4 澆注由于球鐵液容易出現(xiàn)球化衰退，因此，鐵液球化處理后要盡快澆注，一般在處理后15min內(nèi)澆注完畢，不會(huì)有球化衰退問(wèn)題。球墨鑄鐵的熱處理球墨鑄鐵的熱處理目的在于兩方面：一是改變基體組織，改善鑄鐵性能，二是消除鑄件應(yīng)力。值得注意的是：鑄件的熱處理不能改變鑄件原來(lái)的石墨形態(tài)及分布，即原來(lái)是片狀或球狀的石墨熱處理后仍為片狀或球狀，同時(shí)它的尺寸不會(huì)變化，分布狀況不會(huì)變化。 一、時(shí)效 鑄造過(guò)程中鑄鐵件由表及里冷卻速度不一樣，形成鑄造內(nèi)應(yīng)力，若不消除，在切削加工及使用過(guò)程中它會(huì)使零件變形甚至開(kāi)裂。為釋放應(yīng)力常采用人工時(shí)效及自然時(shí)效兩種辦法。將鑄件加熱到大約

8、500560保溫一定時(shí)間，接著隨爐冷取出鑄件空冷，這種時(shí)效為人工時(shí)效；自然時(shí)效是將鑄鐵件存放在室外618個(gè)月，讓?xiě)?yīng)力自然釋放，這種時(shí)效可將應(yīng)力部分釋放，但因用的時(shí)間長(zhǎng)，效率低，已不太采用。 二、改善鑄鐵件整體性能為目的熱處理 為改善鑄鐵件整體性能常有消除白口退火，提高韌性的球墨鑄鐵退火，提高球墨鑄鐵強(qiáng)度的正火、淬火等。 1.消除白口退火 普通灰口鑄鐵或球墨鑄件表面或薄壁處在鑄造過(guò)程中因冷卻速度過(guò)快出現(xiàn)白口，鑄鐵件無(wú)法切削加工。為消除白口降低硬度常將這類鑄鐵件重新加熱到共析溫度以上(通常880900)，并保溫12h(若鑄鐵Si含量高，時(shí)間可短)進(jìn)行退火，滲碳體分解為石墨，再將鑄鐵件緩慢冷卻至40

9、0-500出爐空冷。在溫度700-780，即共析溫度附近不宜冷速太慢，以便滲碳體過(guò)多的轉(zhuǎn)變?yōu)槭档土髓T鐵件強(qiáng)度。 2.提高韌性的球墨鑄鐵退火 球墨鑄鐵在鑄造過(guò)程中此普通灰口鑄鐵的白口傾向大，內(nèi)應(yīng)力也較大，鑄鐵件很難得到純粹的鐵素體或珠光體基體，為提高鑄鐵件的延性或韌性，常將鑄鐵件重新加熱到900-950并保溫足夠時(shí)間進(jìn)行高溫退火，再爐冷到600出爐變冷。過(guò)程中基體中的滲碳體分解出石墨，自?shī)W氏體中析出石墨，這些石墨集聚于原球狀石墨周圍，基體全轉(zhuǎn)換為鐵素體。 若鑄態(tài)組織由(鐵素體珠光體)基體，以及球狀石墨組成，為提高韌性，只需將珠光體中滲碳體分解轉(zhuǎn)換為鐵素體及球狀石墨，為此將鑄鐵件重新加熱到7

10、00-760的共析溫度上下經(jīng)保溫后爐冷至600出爐變冷。 3.提高球墨鑄鐵強(qiáng)度的正火 球墨鑄鐵正火的目的是將基體組織轉(zhuǎn)換為細(xì)的珠光體組織。工藝過(guò)程是將基體為鐵素體及珠光體的球墨鑄鐵件重新加熱到850-900溫度，原鐵素體及珠光體轉(zhuǎn)換為奧氏體，并有部分球狀石墨溶解于奧氏體，經(jīng)保溫后空冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)珠光體，因此鑄件的強(qiáng)度提高。 4.球墨鑄鐵的淬火并回火處理 球墨鑄造件作為軸承需要更高的硬度，常將鑄鐵件淬火并低溫回火處理。工藝是：鑄件加熱到860-900的溫度，保溫讓原基體全部奧氏體化后再在油或熔鹽中冷卻實(shí)現(xiàn)淬火，后經(jīng)250-350加熱保溫回火，原基體轉(zhuǎn)換為回火馬氏體及殘留奧氏體組織，原球狀石墨形

11、態(tài)不變。處理后的鑄件具有高的硬度及一定韌性，保留了石墨的潤(rùn)滑性能，耐磨性能更為改善。 球墨鑄鐵件作為軸類件，如柴油機(jī)的曲軸、連桿，要求強(qiáng)度高同時(shí)韌性較好的綜合機(jī)械械性能，對(duì)鑄鐵件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。工藝是：鑄鐵件加熱到860-900的溫度保溫讓基體奧氏體化，再在油或熔鹽中冷卻實(shí)現(xiàn)淬火，后經(jīng)500-600的高溫回火，獲得回火索氏體組織(一般尚有少量粹塊狀的鐵素體)，原球狀石墨形態(tài)不變。處理后強(qiáng)度，韌性匹配良好，適應(yīng)于軸類件的工作條件。 5.球墨鑄鐵的等溫淬火處理 球墨鑄鐵的等溫淬火處理目的在于讓鑄鐵件的基體組織轉(zhuǎn)換為強(qiáng)韌的下貝氏體組織，強(qiáng)度極限可超過(guò)1100MPa，沖擊韌性AK32J。處理工藝是：將球

12、墨鑄鐵件加熱到830-870溫度保溫基體奧氏體化后，投入280-350的熔鹽中保溫，讓奧氏體部分轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w，原球狀石墨不變。獲得高強(qiáng)度的球墨鑄鐵。 上述鑄鐵熱處理表明：鑄鐵件熱處理只能改變基體組織，不能改變石墨的形態(tài)及分布，機(jī)械性能的變化是基體組織的變化所致。普通灰口鑄鐵(包括孕育鑄鐵)石墨片對(duì)機(jī)械性能(強(qiáng)度、延性)影響很大，灰口鑄鐵經(jīng)熱處理改善機(jī)械性能不顯著。還需要注意的是鑄鐵的導(dǎo)熱性較鋼差，石墨的存在導(dǎo)致缺口敏感性較鋼高，因此鑄鐵熱處理中冷卻速度(尤其淬火)要嚴(yán)格控制。 三、鑄鐵的表面熱處理 鑄鐵件表面熱處理的目的是改善鑄鐵件的抗磨性能。鋼中的感應(yīng)加熱淬火，激光加熱淬火，軟氮化等工藝均

13、適用鑄鐵。柴油機(jī)、內(nèi)燃機(jī)汽缸套目前常采用激光加熱淬火或軟氮化處理。激光加熱鑄鐵件加熱速度很快，空冷后工件就可形成一層高碳馬氏體組織的硬化層，因而抗磨損能力大為增強(qiáng)。鑄鐵件經(jīng)軟氮化處理后，表層形成一層e相的化合物(Fe2-3N)高硬化層，不僅硬度高，同時(shí)摩擦系數(shù)小，因而球墨鑄造抗磨損能力大為改善?；诣F灰鑄鐵的組織和性能 組織：可看成是碳鋼的基體加片狀石墨。按基體組織的不同灰鑄鐵分為三類：鐵素體基體灰鑄鐵；鐵素體一珠光體基體灰鑄鐵；珠光體基體灰鑄鐵。 力學(xué)性能：灰鑄鐵的力學(xué)性能與基體的組織和石墨的形態(tài)有關(guān)?；诣T鐵中的片狀石墨對(duì)基體的割裂嚴(yán)重，在石墨尖角處易造成應(yīng)力集中，使灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌

14、性遠(yuǎn)低于鋼，但抗壓強(qiáng)度與鋼相當(dāng)，也是常用鑄鐵件中力學(xué)性能最差的鑄鐵。同時(shí)，基體組織對(duì)灰鑄鐵的力學(xué)性能也有一定的影響，鐵素體基體灰鑄鐵的石墨片粗大，強(qiáng)度和硬度最低，故應(yīng)用較少；珠光體基體灰鑄鐵的石墨片細(xì)小，有較高的強(qiáng)度和硬度，主要用來(lái)制造較重要鑄件；鐵素體一珠光體基體灰鑄鐵的石墨片較珠光體灰鑄鐵稍粗大，性能不如珠光體灰鑄鐵。故工業(yè)上較多使用的是珠光體基體的灰鑄鐵。 其他性能：良好的鑄造性能、良好的減振性、良好的耐磨性能、良好的切削加工性能、低的缺口敏感性 灰鑄鐵的熱處理： 1.消除內(nèi)應(yīng)力退火 2.改善切削加工性退火 3.表面淬火 灰鑄鐵的密度灰鑄鐵分HT250與HT220，其密度分別為7.35g

15、/cm³與7.2g/cm³?；诣T鐵（GB/T9439-1988） (1)牌號(hào)和力學(xué)性能見(jiàn)表1、表2。表1灰鑄鐵件的牌號(hào)和力學(xué)性能牌 號(hào)鑄件壁厚最小抗拉強(qiáng)度?b/MPa硬度分級(jí)鑄件硬度范圍HBS主要金相組織HTl002.510130H145170鐵素體1020100203090305080HT1502.5l0175H175150200鐵素體+珠光體102014520301303050120HT2002.510220H195170220珠光體102019520301703050160HT2504.010270H215190240珠光體l02024020302203050200H

16、T3001020290H235210260100%珠光體(孕育鑄鐵)20302503050230HT3501020340H255230280100%珠光體(孕育鑄鐵)20302903050260表2灰鑄鐵件附鑄試棒(塊)的牌號(hào)和力學(xué)性能牌 號(hào)鑄件壁厚/mm最小抗拉強(qiáng)度b/MPa附鑄試棒附鑄試塊鑄件(僅供參考)30mm50mmR15mmR25mmHT1502040130-120-1204080115-115110-10580150-105-10090150300-100-9080HT2002040180-170-1654080160-155150-14580150/p>

17、0-135-130120HT2502040220-(2l0)-2054080200190190-18080150-180-170165150300-165-160150HT3002040260-250-2454080235-230225-21580150-210-200195150300-195-185180HT3502040300-290-2854080270-265260-25580150-240-230225150300-215-210205 注：括號(hào)內(nèi)的數(shù)值僅適用于鑄件壁厚大于試樣直徑時(shí)使用。(2)用途見(jiàn)表2-40。表2-40加灰鑄鐵件的應(yīng)用牌號(hào)應(yīng) 用 范 圍工作條件用途舉例HT100

18、1.負(fù)荷極低2.磨損無(wú)關(guān)重要3.變形很小蓋、外罩、油盤(pán)、手輪、手把、支架、座板、重錘等形狀簡(jiǎn)單、不甚重要的零件。這些鑄件通常不經(jīng)試驗(yàn)即被采用，一般不須加工，或者只須經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的機(jī)械加工HTl501.承受中等負(fù)荷零件2.摩擦面問(wèn)的單位面積壓力不大于490kPa1.一般機(jī)械制造中的鑄件，如：支柱、底座、齒輪箱、刀架、軸承座、軸承滑座、工作臺(tái)，齒面不加工的齒輪和鏈輪汽車拖拉機(jī)的進(jìn)氣管、排氣管、液壓泵進(jìn)油管等2.薄壁(重量不大)零件，工作壓力不大的管子配件以及壁厚30mm的耐磨軸套等3.圓周速度612m/s的帶輪以及其他符合左列工作條件的零件HT2001.承受較大負(fù)荷的零件2.摩擦面間的單位面積壓力大于

19、490kPa(大于10t的大型鑄件1470kPa)或須經(jīng)表面淬火的零件3.要求保持氣密性、或要求抗脹性以及韌性的零件1.一般機(jī)械制造中較為重要的鑄件，如：氣缸、齒輪、鏈輪、棘輪、襯套、金屬切削機(jī)床床身、飛輪等2.汽車、拖拉機(jī)的氣缸體、氣缸蓋、活塞、剎車轂、聯(lián)軸器盤(pán)、飛輪、齒輪、離合器外殼、分離器本體、左右半軸殼3.承受7840kPa以下中等壓力的液壓缸、泵體、閥體等4.汽油機(jī)和柴油機(jī)的活塞環(huán)5.圓周速度1220m/s的帶輪以及其他符合左列工作條件的零件HT250HT3001.承受高彎曲力及高拉力的零件2.摩擦面間的單位面積壓力1960kPa或需進(jìn)行表面淬火的零件3.要求保持高度氣密性的零件1.

20、機(jī)械制造中重要的鑄件，如：剪床、壓力機(jī)、自動(dòng)車床和其他重型機(jī)床的床身、機(jī)座、機(jī)架和大而厚的襯套、齒輪、凸輪；大型發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸體、缸套、氣缸蓋等2.高壓的油缸、水缸、泵體、閥體等3.圓周速度2025m/s的帶輪以及符合左列工作條件的其他零件灰鐵的熱處理退火1.去應(yīng)力退火 為了消除鑄件的殘余應(yīng)力，穩(wěn)定其幾何尺寸，減少或消除切削加工后產(chǎn)生的畸變，需要對(duì)鑄件進(jìn)行去應(yīng)力退火。 去應(yīng)力退火溫度的確定，必須考慮鑄鐵的化學(xué)成分。普通灰鑄鐵當(dāng)溫度超過(guò)550時(shí)，即可能發(fā)生部分滲碳體的石墨化和?；?，使強(qiáng)度和硬度降低。當(dāng)含有合金元素時(shí)，滲碳體開(kāi)始分解的溫度可提高到650左右。 通常，普通灰鑄鐵去應(yīng)力退火溫度以550為

21、宜，低合金灰鑄鐵為600，高合金灰鑄鐵是可提高到650，加熱速度一般選用60120/h.保溫時(shí)間決定于加熱溫度、鑄件的大小和結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度以及對(duì)消除應(yīng)力程度的要求。 鑄件去應(yīng)力退火的冷卻速度必須緩慢，以免產(chǎn)生二次殘余內(nèi)應(yīng)力，冷卻速度一般控制在2040/h，冷卻到200150以下，可出爐空冷。 一些灰鑄鐵件的去應(yīng)力退火規(guī)范示于表1. 2.石墨化退火 灰鑄鐵件進(jìn)行石墨化退火是為了降低硬度，改善加工性能，提高鑄鐵的塑性和韌性。 若鑄件中不存在共晶滲碳體或其數(shù)量不多時(shí)，可進(jìn)行低溫石墨化退火；當(dāng)鑄件中共晶滲碳體數(shù)量較多時(shí)，須進(jìn)行高溫石墨化退火。 （1）低溫石墨化退火，鑄鐵低溫退火時(shí)會(huì)出現(xiàn)共析滲碳體石墨化與?；?，從而使鑄件硬度降低，塑性增加。 灰鑄鐵低溫石墨化退火工藝是將鑄件加熱到稍低于Ac1下限溫度，保溫一段時(shí)間使共析滲碳體分解，然后隨爐冷卻。 （2）高溫石墨化退火，高溫石墨化退火工藝是將鑄件加熱至高于Ac1上限以上的溫度，使鑄鐵中的自由滲碳體分解為奧氏體和石墨，保溫一段時(shí)間后根據(jù)所要求的基體組織按不同的方式進(jìn)行冷卻。 正火灰鑄鐵正火的目的是提高鑄件的強(qiáng)度、硬度