QT600-3、QT450-10球墨鑄鐵件的鑄造技術

發布時間：2021-06-19 人氣：

球墨鑄鐵是近60年來發展起來的重要鑄造金屬材料。通過用稀土鎂合金對鐵液進行處理，加以有效的孕育，球墨鑄鐵中的石墨形態大部分或全部呈球狀，造成的應力集中小，對基體的割裂作用也較小，故球墨鑄鐵的抗拉強度、塑性和韌性均髙于其他鑄鐵材料，塑性低于鋼，疲勞強度接近一般中碳鋼，其耐磨性和減震性又優于鑄鋼，而且成本低，還可經過多種熱處理工藝來提高和改善性能，因此其應用日趨廣泛，在機械制造行業中產量逐年飛速增長。
為了生產出優質的球墨鑄鐵件，廣大鑄造工作者對其工藝做了大量的研究。但是，球墨鑄鐵的共晶凝固是典型的糊狀凝固方式，在凝固前具有一次（液態）收縮、體積膨脹和二次收縮的過程。在凝固過程中，當相鄰的共晶團互相接觸時，位于共晶團間隙部位的鐵液與外部隔絕，由于共晶凝固時石墨是***相，導致***后凝固的鐵液中嚴重缺碳，這部分鐵液凝固時產生的收縮（即二次收縮）得不到補充，因而形成微觀縮松。因此，球墨鑄鐵在鑄造生產中會出現多種缺陷，如縮孔、縮松、夾渣、皮下氣孔等，并極易形成批量報廢,不僅造成材料的極大浪費而且影響產品的交付使用。如何保證球墨鑄鐵鑄件的產品質量仍是鑄造工作者不可輕視的問題。為使球墨鑄鐵鑄件的質量提高，本文結合生產實踐，探討用工頻電爐生產QT600-3及QT450-10等常用球墨鑄鐵件的鑄造技術，鑄件檢驗按GB/T 9441《球墨鑄鐵金相標準》及GB/T 1348《球墨鑄鐵件》進行：球化類型不低于3級，石墨大小不大于4級，珠光體量大于75%，允許有少于4%的滲碳體+磷共晶，其中磷共晶不多于1.5%。這兩種材質的鑄造技術對生產其他牌號的球墨鑄鐵也有借鑒作用，供同行參考。

球墨鑄鐵化學成分的設計
球墨鑄鐵的化學成分設計的原則為：高碳低硅、錳、磷、硫，強化孕育處理，再根據球鐵牌號、熱處理狀態和基體要求,以及鑄件形狀、尺寸及生產條件確定。在保證石墨球化和鐵水充分孕育的情況下，宜采用盡量高的含碳量（但不宜超過4.0%),但要控制碳當量，以防產生石墨漂浮。鑄件未經熱處理時，其基體為鐵素體，并且采用純凈的低錳爐料時，選取碳當量CE為4.5%?4.8%。選定碳當量以后，含碳量選取3.4%?3.9%, 對于薄壁小件則取上限，以保證充分石墨化，不出現滲碳體。對于硅，應使鐵液為低硅，有利于孕育處理，更有利于提高鐵素體的數量，減少碳化物的形成，減少白口傾向，細化石墨球，提高石墨球數及球化率。對于鐵素體球墨鑄鐵的硅量選定為2.2%?2.9%。錳是形成碳化物能力較強的元素，促進珠光體的形成，隨著錳量的提高，球墨鑄鐵的強度、硬度、耐磨性提高而塑性、韌性、伸長率下降。為此，生產鐵素體球墨鑄鐵件的錳量應為0.1%?0.3%。硫和磷均是有害元素。鐵液中硫含量愈高，球化劑消耗在脫硫上的量就愈多，往往造成球化不良和球化衰退，且硫化物夾雜澆入鑄型中，鑄件就產生硫化物夾雜，鑄件易斷。磷含量高易形成硬而脆的磷共晶，分布在球墨鑄鐵的晶界上，會顯著地降低鑄件的塑性和韌性，故要求嚴格控制含量。殘余鎂量太高，易產生夾渣、縮松、皮下氣孔和白口傾向；殘余稀土量太高，易產生白口傾向且偏析嚴重。為此，在保證充分球化的前提下，應盡量降低殘余鎂量及稀土量，但是稀土與鎂含量過低時，往往產生球化不良或球化衰退現象各元素的選取范圍。

鐵液質量控制
釆用工頻感應爐熔煉合金。鐵液的質量對鑄件質量有著決定性的作用。鐵液質量好，則凝固時能夠形成數量更多更細小的共晶團，把共晶團的間隙分割得更為細小，而形成的膨脹應力卻更大，從而能更有效地克服組織疏松。球墨鑄鐵金屬液的流動性不如灰鐵，鐵液出爐溫度高，有利于脫硫、除氣、凈化鐵液及強化孕育，且球墨鑄鐵在處理過程中要降溫，為保證澆注溫度，球墨鑄鐵鐵液溫度要求控制在1 450?1 500 ℃，在熔煉過程中要防止氧化，在澆注的過程中不能使爐渣進入鐵液中，以免破壞除S的效果，影響球墨鑄鐵件的質量。熔煉和孕育過程中，Mg、RE和P、S的成分波動較小，而C、Si、Mn則由于原材料等原因波動較大，對球墨鑄鐵的力學性能產生直接影響。
球墨鑄鐵的鑄造工藝
在鑄型方面，球墨鑄鐵鑄件的模具的收縮率要比普通灰鑄鐵小，鑄型的緊實度必須要高，如果采用砂型鑄造，型砂的水分必須嚴格控制，一般為3.5%?4.5%,可以防止皮下氣孔缺陷，型砂的透氣性要好，型腔要有足夠的排氣能力，砂箱的強度要高。
球墨鑄鐵鐵液中含有稀土鎂合金等易氧化元素，澆注方式不當，則會形成氧化夾雜、鐵豆等鑄造缺陷，球墨鑄鐵件還容易產生夾渣和皮下氣孔缺陷，因此，澆注系統應能保證鐵液快速、平穩流入型腔，并具有良好的擋渣能力，與可鍛鑄鐵基本相似。澆注系統采用半開放式為好，比例為S直_:_<S橫:S內=1:(1.2?2):0.8, 實踐證明，這種澆注系統可使鐵液不出現噴射、飛濺紊流。對于形狀復雜、體積大的球墨鑄鐵件，應采用底注式澆注系統。
對于冒口和冷鐵要合理使用，球墨鑄鐵件存在著共晶石墨化膨脹，具有較強的自補縮能力，盡可能采用無冒口鑄造技術，不必遵循順序凝固或同時凝固的原則。中小鑄件常用暗冒口，暗冒口能防止石墨化膨脹時把鐵液擠出型腔外。
一般采用堤壩式澆包，包徑與高之比為1:(1.8?2)。澆注溫度控制在1 350?1 400℃，快速澆注，在盡可能短的時間內澆注完畢，時間控制在10 min以內，以防止發生球化衰退現象。力學性能試塊應在中后期澆注。
球墨鑄鐵的實際生產中，需要在合金熔煉、模具設計、鑄造工藝和工人操作技能等方面探索。雖然多年來在球墨鑄鐵鑄造實踐的基礎上確定了比較合理的工藝技術，大大提高了鑄件質量，其化學成分、金相組織、力學性能和鑄造缺陷等都穩定控制在較為理想的范圍內，效果顯著，但是仍然需要在實際中不斷發展、完善，生產經驗還有待積累，球墨鑄鐵是不斷發展的材料，如何推行新的球化和孕育工藝、穩定鑄件質量，需要廣大鑄造工作者共同努力。

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