鑄態(tài)球鐵傳動(dòng)輪的生產(chǎn)和質(zhì)量控制

1、鑄態(tài)球鐵傳動(dòng)輪的生產(chǎn)和質(zhì)量控制摘要：采用中頻感應(yīng)爐合金化熔煉，潮模砂造型及高溫開(kāi)箱工藝，生產(chǎn)出QT600-3鑄態(tài)球鐵傳動(dòng)輪；鑄件球化優(yōu)良，金相組織均勻，力學(xué)性能合格，縮短了生產(chǎn)周期，降低了成本，穩(wěn)定了鑄件的內(nèi)在質(zhì)量。 關(guān)鍵詞：鑄態(tài)球鐵合金化 高溫開(kāi)箱 金相組織力學(xué)性能 中圖分類號(hào)：O213.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： 中圖分類號(hào)：O522 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： 傳動(dòng)輪是我廠為外國(guó)某公司生產(chǎn)的球墨鑄鐵件，鑄件單重60KG、直徑250mm、最大厚度160mm。其力學(xué)性能、球化率、尺寸精度、表面質(zhì)量等均有嚴(yán)格要求。具體指標(biāo)為：牌號(hào)QT600-3、硬度190230HBW、球化率大于90%、滲

2、碳體小于3%，表面無(wú)石墨飄浮層。 球墨鑄鐵QT600-3的基體組織是珠光體加鐵素體，可通過(guò)正火工藝獲得，也可通過(guò)鑄態(tài)合金化工藝獲得。正火獲得的鑄件，鑄件的組織和性能常常不均勻。而合金化生產(chǎn)的鑄件同正火工藝相比，具有節(jié)約能源、縮短生產(chǎn)周期，降低成本等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，鑄態(tài)球鐵組織均勻，避免了鑄件高溫氧化、變形等缺陷。過(guò)去QT600-3的生產(chǎn)多采用正火調(diào)整組織性能的工藝，出現(xiàn)珠光體含量不穩(wěn)定、硬度等性能波動(dòng)大問(wèn)題。因此，研究解決鑄態(tài)球鐵生產(chǎn)工藝是穩(wěn)定傳動(dòng)輪內(nèi)在質(zhì)量的關(guān)鍵。 鑄件成分的選擇與控制 球墨鑄鐵件的化學(xué)成分與組織、力學(xué)性能及鑄造性能具有密切的關(guān)系，選擇合適的化學(xué)成分是保證生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鑄件的前提。 （

3、1）碳碳能促進(jìn)石墨化，減少白口化傾向，可以促進(jìn)鎂的吸收，改善球化效果，提高石墨圓整度，增強(qiáng)鐵水流動(dòng)性，減少鑄件的縮松等缺陷。但碳過(guò)高又容易產(chǎn)生石墨飄浮，使鑄件的力學(xué)性能降低。一般碳含量控制為3.20-3.40%。 （2）硅硅明顯促進(jìn)石墨化，減少白口化傾向，增加鐵素體數(shù)量，改善塑性，硅可以固溶強(qiáng)化鐵素體，使屈服點(diǎn)和強(qiáng)度提高。但硅同時(shí)顯著提高球鐵的脆性轉(zhuǎn)變溫度。QT600-3屬于珠光體-鐵素體球鐵，其強(qiáng)度、硬度的提高主要依靠基體中珠光體。所以，為保證基體中珠光體的比例和鑄件的塑性和韌性，含硅量不宜過(guò)高，一般選定在2.0-2.3%。 （3）錳錳是穩(wěn)定和增加珠光體元素，提高鑄件的強(qiáng)度和硬度，但降低塑性

4、和韌性，同時(shí)錳易偏析，在共晶團(tuán)邊界極易形成碳化物，降低鑄件力學(xué)性能。綜合考量，錳控制為0.5-0.7%。 （4）硫硫與鎂和稀土有很強(qiáng)的親和力，消耗鐵液中的球化元素，形成硫化鎂、稀土硫化物夾渣，降低球化率。因此，鐵液中硫含量高是造成球化元素殘留 量少而導(dǎo)致球化不良的主要原因。另外，硫含量高還 容易使鑄件產(chǎn)生皮下氣孔、夾渣等缺陷。要求原鐵液中硫含量必須小于0.03%。 （5）磷磷在鐵液中溶解度很低，易產(chǎn)生偏析，在共晶團(tuán)邊界形成磷共晶，降低鑄件的塑性、韌性和強(qiáng)度，磷要求小于0.06%。 （6）鎂和稀土在鐵液中鎂起主要球化作用，稀土起輔助球化作用并起到凈化鐵液和抗球化干擾作用。稀土鎂含量不宜過(guò)低，否則

5、易球化衰退，過(guò)高同樣球化不良，并使鑄件白口傾向加大，皮下氣孔增多、產(chǎn)生夾渣等缺陷。一般選定鎂殘留量0.030.05%、稀土殘留量0.020.04%。 （7）銅在球鐵中加入銅后珠光體數(shù)量劇增，鑄件強(qiáng)度、硬度大幅提高，但過(guò)高的銅會(huì)導(dǎo)致脆性增加。QT600-3中銅一般加入量為0.5-0.7%為宜。 （8）鉻鉻強(qiáng)烈促進(jìn)形成碳化物，穩(wěn)定珠光體，提高強(qiáng)度和硬度。一般加入量為0.2%左右。 （9）鈦球鐵鑄件中常存在一些非特意加入的微量元素如鈦等，主要由生鐵和廢鋼中帶入。鈦干擾球化，在共晶團(tuán)邊界析出脆性相，影響加工性能。因此，對(duì)鈦應(yīng)嚴(yán)格控制，一般要求鈦含量小于0.05%。 綜合分析各元素的影響，我們根據(jù)生產(chǎn)實(shí)

6、際經(jīng)驗(yàn)確定了傳動(dòng)輪的化學(xué)成分，見(jiàn)表1。 表1QT600-3傳動(dòng)輪成分設(shè)計(jì)（%） 二、原輔材料選擇 （1）生鐵 選用Q10或Q12球生鐵，硫、磷、鈦等含量越低越好，干擾元素總量控制0.1%。 （2）廢鋼 選用成分穩(wěn)定的Q235或20碳素鋼料頭和邊角料，一般厚度要求大于5mm,，表面必須無(wú)油漆油污、銹蝕。 （3）增碳劑 生鐵中粗大的過(guò)共晶石墨具有遺傳性，熔煉溫度低時(shí)粗大石墨不宜消除，會(huì)從液態(tài)遺傳到固態(tài)鑄件中，降低鑄件強(qiáng)度及性能，凝固時(shí)石墨化膨脹作用削弱，致使鐵液凝固過(guò)程收縮傾向增大。為降低生鐵用量，用大量廢鋼加增碳劑以保證碳量。以滲碳方式獲得活性好、石墨化作用明顯的碳，使鑄件石墨形態(tài)良好，力學(xué)性能

7、提高，收縮傾向小。實(shí)際生產(chǎn)中選用廢鋼加增碳劑法，不僅可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)可降低生產(chǎn)成本。實(shí)際生產(chǎn)中使用碳含量大于90%的增碳劑即可，增碳劑按配比或碳當(dāng)量要求隨爐料加入爐內(nèi)中下部，不可在包內(nèi)增碳。 （4）球化劑 選用球化效果好、抗衰退能力強(qiáng)的低稀土球化劑。我們選用牌號(hào)FeSiMg8Re3的稀土鎂合金，球化劑加入量為1.51.8%，球化劑塊度要求大小均勻，一般為1025mm.。 （5）孕育劑 球化處理是為了使石墨成球狀，而孕育處理則為了促使石墨析出，并有輔助石墨成球能力，孕育處理的主要目的是消除鎂、鈰等反石墨化元素造成的白口傾向，為石墨形核提供條件，增加石墨球數(shù)，細(xì)化共晶團(tuán)，提高鑄件性能。 傳動(dòng)

8、輪的生產(chǎn)采用二次孕育工藝，一次孕育使用普通75SiFe，加入量1%左右，覆蓋在球化劑上面。二次孕育采用鋯孕育劑隨流孕育，加入量為0.1%。 （6）銅鉻錳金屬材料 銅的加入采用含銅量99.9%紫銅板加入，鉻的加入使用高碳鉻鐵，含鉻量為55%；錳使用含錳量65%的低磷錳鐵。 三、檢測(cè)設(shè)備 采用進(jìn)口直讀光譜儀ARL3460控制爐前成分，電子吊鉤稱控制出鐵水質(zhì)量，用一次性熱電偶快速測(cè)出出鐵溫度和澆注前澆包內(nèi)鐵水溫度，用紅外線測(cè)溫儀測(cè)定瞬時(shí)澆注溫度，爐前金相快速檢測(cè)球化率，電子拉力試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)強(qiáng)度和塑性指標(biāo)，布氏硬度計(jì)檢測(cè)硬度。 四、生產(chǎn)工藝過(guò)程 （1）配料和熔煉 采用進(jìn)口3T/h中頻感應(yīng)爐熔煉,爐料按下

9、表2配制，爐料加入順序?yàn)樯F、廢鋼、增碳劑、回爐料、錳鐵、鉻鐵、銅板。熔煉溫度1500-1520，出鐵水溫度控制1460，原鐵水成分按表3控制，根據(jù)光譜檢測(cè)結(jié)果，添加廢鋼或增碳劑等及時(shí)調(diào)整鐵水成分。 表2爐料配比 單位KG 表3 原鐵水成分控制范圍（%） （2）球化處理 使用1600KG的專用澆包，每爐2包鐵水，沖入法球化處理，在包底一側(cè)裝填1.5%的球化劑，球化處理溫度1460，并采用蓋包法處理，以降低污染和提高鎂的吸收率。 （3）孕育處理 采用二次孕育工藝，首次孕育采用普通75硅鐵，粒度大小為40-60mm，加入量1%，覆蓋在球化劑上；二次孕育采用隨流孕育，選用長(zhǎng)效鋯孕育劑，粒度為0.5mm,加入量為0.1%，在澆注機(jī)上自動(dòng)加入孕育。澆注溫度控制為14201440，過(guò)高會(huì)產(chǎn)生石墨漂浮，過(guò)低會(huì)出現(xiàn)氣孔和針孔。 （4）開(kāi)箱時(shí)間 在確定了熔煉、造型和澆注工藝后，進(jìn)行小批量生產(chǎn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)鑄件硬度、強(qiáng)度波動(dòng)較大，珠光體數(shù)量相差很大，需通過(guò)正火處理解決，但正火處理不僅成本較高，生產(chǎn)周期加大，同時(shí)正火自身也存在組織不均、氧化變形等缺陷。為此，我們從冷卻速度對(duì)鑄件組織影響入手，采用高溫開(kāi)箱正火工藝。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際得出鑄件在型腔內(nèi)約700時(shí)開(kāi)箱可獲得50%左右的珠光體含量，具體是鑄件澆注后約90分鐘時(shí)開(kāi)箱，此時(shí)可