如何得到最佳鑄件內(nèi)在質(zhì)量

1、介紹如何得到最佳鑄件內(nèi)在質(zhì)量一概述：(一)解析鑄造生產(chǎn)全過程，其核心環(huán)節(jié)是熔煉合格的鐵水，注到合格的鑄型中成形，合格的鑄型主要保證鑄件的形狀和尺寸精度。合格的鐵水內(nèi)在質(zhì)量，是保證鑄件的使用性能，保證使用壽命，使用的可靠性。故鐵水的熔煉質(zhì)量是鑄造生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。(二)鑄造行業(yè)，是一個跨冶金和機械，涉及專業(yè)面非常廣泛的行業(yè)，影響因素非常多，生產(chǎn)過程0c81f9e寶運萊 控制難度非常大。穩(wěn)定生產(chǎn)質(zhì)量，除嚴(yán)格控制進料外，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，最大限度排除人為因素的干擾，用設(shè)備系統(tǒng)保證工藝過程的質(zhì)量和穩(wěn)定性，已是我國當(dāng)前提高生產(chǎn)質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低成本的有效措施。(三)隨著社會的發(fā)展和進步，人們

2、環(huán)保意識的提高，對環(huán)保的要求也愈來愈高，應(yīng)有相應(yīng)的環(huán)保措施。以達(dá)到相應(yīng)的環(huán)保要求。(四)在生產(chǎn)過程中，如何充分利用能源，節(jié)約能源。也是當(dāng)前我們的重要任務(wù)之一。0c81f9e寶運萊 二鑄件內(nèi)在質(zhì)量的控制技術(shù)參數(shù)分析鑄造生產(chǎn)是一個古老而新興的行業(yè)，也是機械行業(yè)重要基礎(chǔ)件行業(yè)。決定著機械設(shè)備的使用壽命和使用的可靠性。通過數(shù)千年的生產(chǎn)實踐積累，科學(xué)研究，從宏觀認(rèn)識深入到微觀理論，有了巨大的發(fā)展，不斷揭示鑄件生產(chǎn)過程的技術(shù)控制原理、具體的控制參數(shù)，只要在生產(chǎn)過程中、穩(wěn)定完成技術(shù)參數(shù)的控制，就可保證鑄件的使用性能，從而保證機械設(shè)備的使用壽命、使用的可靠性。要生產(chǎn)高質(zhì)量的鑄件，首先就需研究影響鑄鐵0c81f

3、9e寶運萊 性能的因素，也就是如何提高熔煉鐵水的純凈度：如何獲得好的石墨形態(tài)；化學(xué)成分波動范圍的控制等，研究解決上述問題的技術(shù)控制參數(shù)：并研究采用什么熔煉方法達(dá)到目的。現(xiàn)以表示之。鐵水純凈度的控制：1元素氧化燒損產(chǎn)生的氧化物夾雜物；2熔解氧產(chǎn)生的熔煉性氣孔；3硫含量的控制，防止硫共晶的產(chǎn)生；4磷含量的控制，防止磷共晶的產(chǎn)生；0c81f9e寶運萊 5限制微量元素含量在干擾量以下。鐵水熔煉過程控制：1鐵水氧化的控制：2消除石墨遺傳性，獲得良好的石墨形態(tài)；3控制化學(xué)成分的波動范圍，獲得準(zhǔn)確的化學(xué)成分；4鐵水熔煉溫度的控制；5最佳熔煉方法的選擇和相應(yīng)的設(shè)備系統(tǒng)。0c81f9e寶運萊 (一)鐵水純凈度技

4、術(shù)參數(shù)的控制1元素?zé)龘p及氧化物夾雜鐵水中的硅、錳元素的氧化燒損，是通過爐氣中的氧和二氧化碳吸附于鐵滴表面后熔入鐵水中。此時熔解氧為原子態(tài)。首先與鐵原子反應(yīng)生成氧化亞鐵，由于硅、錳與氧的親和力大與鐵原子、硅、錳原子將生鐵原子從氧化七亞鐵中還原出來，自身被氧化形成硅、錳氧化物夾雜。眾所周知：鐵水的氧化主要產(chǎn)生在熔化帶。由于空氣中的氧在氧化帶已基本燃燒光。形成二氧化0c81f9e寶運萊 碳；故鐵水在熔化帶被氧化的氧原子主要由二氧化碳提供的，減少熔化帶的二氧化碳量就能控制鐵水在熔化帶被氧化，由于二氧化碳遇紅熱焦碳被還原，是吸熱反應(yīng)，故提高還原帶的爐氣溫度可減少爐氣中二氧化碳的含量，減少硅、錳燒損。故熱

5、風(fēng)沖天爐能有效控制元素氧化燒損。2鐵水氧化性氣孔的產(chǎn)生與控制沖天爐鐵水中的熔解氧，一部份如上所述，與鐵水中硅、錳反應(yīng)生成氧化物夾雜。a一部份溶解氧在石墨表面吸附，氧化石墨生成一氧化碳?xì)狻?c81f9e寶運萊 即：(C)石墨O=COb當(dāng)生成的氯化亞鐵于鐵水中的碳接觸時，碳還原氧化亞鐵，也是生成一氧化碳?xì)饪住?FeO)(C)=CO(Fe)高溫鐵水有利于氣泡上浮去除。這種熔煉過程中鐵水氧化生成的氣孔叫熔煉性氣孔.3鐵水硫含量的控制在沖天爐熔：煉陳過程中，焦碳中的硫?qū)⒂?0%進入鐵水中。如何控制硫進入鐵水，是沖天爐熔煉質(zhì)量控制的重要任務(wù)之一。首先了解硫進入鐵0c81f9e寶運萊 水的過程，才能找到控制

6、鐵水增硫的途經(jīng)。焦碳在風(fēng)口區(qū)燃燒達(dá)到高溫時，焦碳中的硫呈氣體狀態(tài)逸出，在風(fēng)口區(qū)與氧反應(yīng)生成二氧化琉(SO2 氣體。隨著爐氣上升，與鐵料產(chǎn)生增硫途徑有二：a當(dāng)二氧化硫與尚沒氧化的潔凈金屬爐料表面或鐵滴表面吸附對，產(chǎn)生增硫反應(yīng)：3FeSO2=(FeS)2(FeO)F2 (1)b對于已氧化的金屬爐料表面有如下反應(yīng)：0c81f9e寶運萊 10(FeO)SO2=(FeS)3Fe3O4F (2)式中的氧化亞鐵包括上式反應(yīng)生成的和爐渣中的。以上兩個放熱反應(yīng)在沖天爐條件下都可以進行，但反應(yīng)式（2）順向性比(I)大，故在金屬表面氧化嚴(yán)重時，增硫劇烈。試驗表明，金屬爐料的滲硫深度可達(dá) I3 毫米。當(dāng)鐵料原始含硫量

7、為0082時，增層內(nèi)硫量可達(dá) 045之多。由此可知，清除金屬爐料的鐵銹，可減少增硫。在沖天爐熔煉過程中能否創(chuàng)造條件脫硫呢?據(jù)0c81f9e寶運萊 脫硫的三大條件，即高溫、高堿度、低氧化性。這在一般沖天爐中是無法滿足的，只有在先進的熱風(fēng)水冷沖天爐熔煉條件下，才能滿足上述條件-在熱風(fēng)水冷沖天爐熔煉過程中，由于高溫、鐵水氧化性低，無爐襯，可造堿性渣，當(dāng)鐵水在 15001550，平均 1530，爐渣堿度控制在 1.7-2.3 時，可穩(wěn)定地將鐵水硫含量降到 004，在包中輔以脫硫措施或采用爐前連續(xù)脫硫，就可將硫控制在0.02-0.03，充分滿足球鐵生產(chǎn)和轉(zhuǎn)爐熔煉高級鋼的需要。4鐵水中磷的控制0c81f9

8、e寶運萊 一般在沖天爐熔煉過程中磷基本上無大變化。磷量的控制主要是從金屬爐料控制。5微量干擾元素，微量干擾元素應(yīng)控制其含量在作用量以下。在熔煉過程中，高溫有利于低熔點干擾元素的氧化、燒損。其含量相應(yīng)的減少。但控制主要從金屬爐料的選擇解決之一。在沖天爐熔煉過程中。(二)鐵水熔煉過程因素的控制鑄鐵與鋼之所以不同，是因為有了石墨的存在，對石墨形態(tài)的控制，就是鑄鐵熔煉過程控制關(guān)0c81f9e寶運萊 鍵之一；同時在熔煉過程中必須保證獲得各種基體組織的成分要求，也就是化學(xué)成分的波動范圍的控制：也需保證在滿足機械性能的前提下，獲礙良好的加工性能等等。1石墨形態(tài)的控制不同的石墨形態(tài)，可以得到不同性能的鑄鐵，各

9、種不同自的鑄鐵均有一個共同的要求，即石墨應(yīng)是細(xì)小的、均勻的，對孕育鑄鐵的石墨則應(yīng)是短而鈍頭的，對球墨鑄鐵來說，石墨應(yīng)是園整的，我國鑄鐵生產(chǎn)的原材料有新生鐵(鑄造生鐵)、回爐料、廢鋼等，新生鐵有大量的粗大過共晶石墨干和共晶0c81f9e寶運萊 石墨，回爐料以共晶石墨為主，也存在少量的過共晶石墨。因此，在熔煉過程中，要保證得到上述要求的：石墨形態(tài)首先就必須將粗大的過共晶石墨和共晶溶解到結(jié)晶臨界半經(jīng)以下，在重新結(jié)晶的條件下，才能得到上述要求的石墨形態(tài)。這就是消除石墨遺傳性。只要存在原始石墨，在隨后的重新結(jié)晶時，碳原子就會在原始石墨上生長造成石墨的大小不均勻及尖頭石墨。石墨尖頭會造成尖端虛力集中，在應(yīng)

10、力作用下尖端裂口延伸以致斷裂，降低另件使用的可靠性和安全性。根據(jù)我們以及世界各國的研究，粗大的過共晶0c81f9e寶運萊 石墨在鐵水溫度達(dá)到 1500C，并保持 69 秒鐘可以熔化到結(jié)晶臨界半經(jīng)以下，只有在這樣的熔煉條件下，生產(chǎn)的高牌號孕育鑄鐵或球墨鑄鐵的質(zhì)量和性能是可靠的。故生產(chǎn)孕育鑄鐵、球墨鑄鐵對鐵水的熔煉溫度是有要求的，其鐵水熔煉溫度應(yīng)控制在1500以上。最高不超過 1550。以 1530為最佳。2鑄鐵熔煉方法的選擇不同的鑄鐵熔煉方法，具有不同的熔煉條件。其熔煉的鐵水澆出的鑄件性能也差異。0c81f9e寶運萊 德國人 GopatVPanchathanV 在 1978 年曾做過沖天爐，回轉(zhuǎn)

11、爐、電爐熔煉的鐵水性能對比試驗，發(fā)現(xiàn)沖天爐熔煉的鐵水鑄件相對強度高，使用性能好，相對硬度低，加工性能好。而電爐熔煉鐵水的相對強度低。使用性能較差，相對硬度較高，加工性能較差?；剞D(zhuǎn)爐居中。二汽陳勉已總工在九華山鑄造學(xué)會年會上介紹：要得到好的汽車鑄件，采用沖天爐熔煉鐵水最佳。大家都知道，二汽是采用電爐熔煉的。為什么沖天爐鐵水優(yōu)于電爐呢?沖天爐熔煉過程是熔化帶熔化的鐵滴在焦碳表面滾動中下落的，0c81f9e寶運萊 造成了鐵水微觀增碳的不均勻性，故其結(jié)晶過冷度較小，結(jié)晶晶粒細(xì)化，不易產(chǎn)生白口，而電爐熔煉鐵水是在隔絕碳的情況下進行的，同時造成碳原子分布的均勻化，使其結(jié)晶過冷度增大，使鑄件表面白口傾向增加

12、。據(jù)國內(nèi)外統(tǒng)計，相對沖天爐鑄件其加工刀具磨損增加 35，加工工時增加 45。增加了機械加工成本。3化學(xué)成分波動范圍的控制。在一般有爐襯冷風(fēng)沖天爐中，隨著熔煉時間的延長，爐襯的燒損，爐徑將不斷地擴大，如補焦不及時，量不準(zhǔn)確，將造成低焦頂面波動增大，不僅0c81f9e寶運萊 溫度降低，鐵水氧化燒損增加，同時增大了化學(xué)成分的波動范圍，要控制碳的波動在士 010是困難的。如采用熱風(fēng)水冷無爐襯沖天爐，熔化過程中爐襯穩(wěn)定不變，消除了上述問題，化學(xué)成分波動范圍能得穩(wěn)定的控制。從而保證各種鑄鐵牌號的準(zhǔn)確穩(wěn)定生產(chǎn)。4鐵水的最佳熔煉溫度控制綜上所述，保證鐵水的內(nèi)在質(zhì)量熔煉溫度應(yīng)在1500以上，最佳值應(yīng)是 1530

13、，在該溫度鐵水氧化物夾雜、氣孔最低抑制增硫，消除石墨遺傳性，穩(wěn)定化學(xué)成分波動范圍均能得到保證。如果超過0c81f9e寶運萊 1550，將增加鐵水的結(jié)晶過冷度，對使用性能不利。故從鐵水內(nèi)在質(zhì)量分析，鐵水的熔煉溫度范圍應(yīng)是 15001550，最佳溫度 1530。三鑄鐵的生產(chǎn)工藝過程參數(shù)在鑄鐵生產(chǎn)過程中，各種不同的鑄鐵都有不同的工藝摻數(shù)要求。現(xiàn)分述如下：(一)孕育鑄鐵的生產(chǎn)工藝過程參數(shù)要求。孕育鑄鐵要求得到細(xì)小的、短而均勻的、鈍頭的石墨，保證其同一斷面的性能齊一性和不同斷面0c81f9e寶運萊 性能均勻性。其生產(chǎn)工藝的參數(shù)要求如下：1鐵水熔煉溫度 15001550，穩(wěn)定 1530最佳。以保證獲得鐵水

14、的高純凈度，消除石墨的遺傳性，經(jīng)孕育處理得到細(xì)小的，均勻的，短而純頭的石墨形態(tài)。2孕育處理溫度，應(yīng)保證在孕育處理過程中，使孕育劑迅速溶解于鐵水中，并在微觀中存在濃度差，保證在隨后的冷卻凝固的結(jié)晶過程中形成足夠多的結(jié)晶核心，一般處理應(yīng)控制在 1450左右為佳。0c81f9e寶運萊 3澆注溫度，一般據(jù)鑄件壁厚確定以汽車鑄件為例，據(jù)鑄件壁厚形狀不同，一般在 14001440范圍內(nèi)。綜上所述，為保證孕育處理溫度，前爐出鐵溫度不得低于 1450。如以 5th 沖天爐為例，前爐出鐵三包后，鐵水前爐降溫一般穩(wěn)定在 50左右，則鐵水過橋溫度應(yīng)在 1500以上，才能保證隨后的處理參數(shù)。這與熔煉控制溫度是一致的。

15、(二)球墨鑄鐵生產(chǎn)工藝過程參數(shù)要求球墨鑄鐵的生產(chǎn)，目的是要求得到細(xì)小的、圓0c81f9e寶運萊 整的、均勻的球狀石墨。具體要求分述如下：1鐵水的熔煉溫度：a要得到細(xì)小的、圓整的、均勻的球狀石墨形態(tài)，首先就得將過共晶石墨溶解到結(jié)晶臨界半徑以下，熔煉溫度高于 1500。b要得到好的延伸率和強度性能，必須使晶粒邊界上氧化物夾雜、熔煉性氣孔最少。據(jù)前所述相應(yīng)的熔煉溫度應(yīng)在 1500以上c控制硫含量在 0.030.02，控制焦碳加入量，控制氧化帶以上的二氧化碳量，以減少焦碳0c81f9e寶運萊 中硫進入鐵水量，其熔煉溫度應(yīng)大于 1500，溫度愈高，控制效果愈好。在 1530最佳。如果采用高科技的熱風(fēng)水冷

16、沖天爐，有高的熔煉溫度：低的氧化性氣氧，無爐襯操作，同時將爐渣的堿度控制到 1723，可爐內(nèi)脫硫，使硫量降到 004左右，此時，只需在爐前加簡單的連續(xù)脫硫裝置或采用包內(nèi)脫硫方法即可穩(wěn)定地控制硫含量在 0020038%最佳值范圍內(nèi)，可節(jié)約球化劑、穩(wěn)定球鐵生產(chǎn)，得到高質(zhì)量的球墨鑄鐵。終上所述，球鐵鐵水的熔煉溫度應(yīng)高于0c81f9e寶運萊 1500，穩(wěn)定在 1530左右最佳。不超過 1550。2球化處理溫度：合適的球化處理溫度，應(yīng)保證球化劑充分的作用，比重比鐵輕的氧化物，夾雜和氣體能充分上浮渣中，其適合的處理溫度國際、國內(nèi)均在 1400，過高球化劑損失大，過低不利于氧化物夾渣和氣體上浮。3孕育劑加入

17、溫度，一般結(jié)合具體鑄件的澆注溫度確定。但必須控制孕育劑顆粒度和澆注溫度的配合。采用瞬時孕育方法較好。0c81f9e寶運萊 綜上所述，球墨鑄鐵鐵水過橋溫度應(yīng)控制在1500以上，以 1530左右最佳。四鑄鐵熔煉設(shè)備的最佳選擇綜上所述，在各種熔煉設(shè)備中，以熱風(fēng)水冷沖天爐為最佳。現(xiàn)分別介紹如下：(一)熱風(fēng)水冷沖天爐的綜合優(yōu)勢1鐵水熔煉質(zhì)量高：以典型鑄件發(fā)動機缸蓋為例，可穩(wěn)定控制廢品率在 5以下。國外為 2-3%2生產(chǎn)效率高：一次點火開爐，可連續(xù)熔煉3 個月以上。適應(yīng)現(xiàn)代化大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)的需要。0c81f9e寶運萊 國外 100120Th 的熱風(fēng)水冷沖天爐正在發(fā)展。3高節(jié)能：由于一次點火可連續(xù)三個月，與

18、普通沖天爐比節(jié)省大量的底焦；以及采用了自熱、外熱式熱風(fēng)，回收了大量的熱能。故可綜合節(jié)能50。4低成本：據(jù)上所述，不僅回收大量的熱能，節(jié)省焦碳，還節(jié)約了大量的耐火材料。減少鐵合金的燒損。不計廢品率的降低，一臺 15Th 爐，每天兩班，以上四項每月至少可節(jié)省 30 萬元以上，年計共 360 萬元。0c81f9e寶運萊 5高標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保措施：整個除塵系統(tǒng)是封閉的無泄漏，采用布袋除塵器可控制煙塵含量在<50mg/m3；熱風(fēng)裝置已燃盡所有的一氧化碳徹底消除了一氧化碳對大氣的污染，其煙囪可很低，看不到黑色的煙囪。其潔凈度己大大好于現(xiàn)在的環(huán)保要求。6高的設(shè)備投資回收率，目前我們生產(chǎn)的全自動控制的