铸件化学成分的控制与配料(2)

2018-11-23 13:00

铸件化学成分的控制与配料

破碎机锤头的情况就不同了,工作中承受着强冲击磨损,对材质的冲击韧性及硬度要求都高,而耐磨性和冲击韧性又是一对矛盾,有时还不得不顾此失彼。为了实现材质冲击韧性和硬度的最佳配合,需要弄清诸多因素存在间的相互关系,此处不再赘谈。就仅对高铬锤头材质中碳和锰量来说,碳含量应适当取中下线,而锰含量应取其中上线。

炉前调整化学成分(即调料)

由于低谷电价低,而焦炭价格不断上升,另处,随着科学技术的不断进步,对铸件质量要求越来越高,对铸件化学成分的控制也越来越严格,所以越来越多的厂家选用中频电炉生产铸件。

在市场竞争中,为了降低生产成本,有用粒子钢或废钢加增碳剂来生产球铁,用废杂钢生产铸钢件,这就要求炉工和炉前技术人员掌握调整成分即调料的技术。

调料仍按上述的配料工式,只是应用起来速度较慢。如果工式的计算过程全部理解了,其实在生产过程中无需用笔,通过口算、心算就可以解决问题。

以一吨电炉调硅含量为例

如果终硅要求含量是1.8%,炉前化验是1.3%,还要补加0.5%的硅,补充硅含量用的是硅铁,需要加多少硅铁。把硅铁的含硅量按70%计算,(硅铁

75#

真实含硅量大都达不到75%,还有烧损率)心算时把70%

念作0.7,乘多少(即加入量)接近于0.5%的0.5呢?心算“七·七得四十九”,硅铁加入量按0.7%时带入硅是0.49%,接近于0.5%,为了成分更准确些,无非是在称硅铁时,适当多称几两即可。

如果需要补加0.2%的硅,心算“三·七得二十一”,加入0.3%的硅铁就可以了。 心算的工式可以这样排列:

合金含量×X(加入量)=需要补加量

“熟能生巧”,经常总结经验,用增碳剂或生铁如何提高碳,用废钢如何降碳,都可以通过心算或者口算一次搞定。

除上述之外,还应有炉前三角试片的观察分析能力,例如,同样的HT200或HT250,但由于铸件的大小,厚薄不同,要求各成分含量的高低就不同,特别是用大型冲天炉,浇注生产体积大小不同的铸件,仅靠炉后配料控制铁水的化学成分含量,是不能满足各种铸件结晶组织和物理性能要求的。在这种情况下,炉前观察分析三角试片尤为重要,例如;当浇注薄壁铸件时,三角试片的白口深度,比以往观察(经验)的大时,就要及时住包中适量加硅铁,进行调补。当浇注厚大铸件时,如果三角试片的白口深度过小,就要及时往浇包中加入适量的锰铁。还要总结掌握,通过观察三角试片铁水的翻花花纹,来分析判断铁水性能的经验,以便尽早的及时采取措施。

作为铸造熔炼技术工作者来说,除了详细理解上述技术知识之外,还应该经常深入到生产第一线,并很好的与工人师傅相结合,这也是至关重要的。在实践中,把理论与实践结合起来,掌握规律,总结经验,制定工艺。只有这样,工作起来才能得心应手,游刃有余,作业无误。

各种元素对铸铁组织性能的影响

碳是铸铁的基本组元,在铸铁中的存在形式主要有两种,一种是以游离碳石墨的形式存在,另一种是以化合碳渗碳体的形式存在,也正是碳在铸铁中的这种存在形式可把铸铁分成许多类型可把铸铁分成许多类型,在灰铸铁中,碳的质量分数控制在2.7%-3.8%的范围内,碳主要以片状石墨形式存在,高碳灰铸铁的金相组织为铁素体和粗大的片状石墨,机械强度和硬度较低,但挠度较好;低碳灰铸铁的金相组织为珠光体和细小的片状石墨,有较高的机械强度和硬度,但挠度较差。由于灰铸铁的成分位于共晶点附近,因此具有良好的铸造性能。对于亚共晶范围的灰铸铁,增加碳含量能提高流动性,反之,对于过共晶范围的灰铸铁,只有降低碳含量才能提高

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铸件化学成分的控制与配料

流动性。在QT中含C量高,析出的石墨数量多,石墨球数多,球径尺寸小,圆整度增加。提高含C量可以减小缩松体积,减小缩松面积,使铸件致密。但是含C量过高则降低缩松作用不明显,反而出现严重的石墨漂浮,且为保证球化所需要的残余Mg量要增多。 2.Si

硅是铸铁的常存五元素之一,能减少碳在液态和固态铁中的溶解度,促进石墨的析出,因此是促进石墨化的元素,其作用为碳的1/3 左右,故增加硅量会增加石墨的数量,也会使石墨粗大;反之,减少硅量,会使石墨细小。在灰铸铁中,硅的质量分数控制在1.1%-2.7%的范围内,一般碳硅含量低可获得较高的机械强度和硬度,但流动性稍差;反之,碳硅含量高,流动性好,机械强度和硬度较低。当薄壁铸件出现白口时,可提高碳硅含量使之变灰;当厚壁铸件出现粗大的石墨时,应适当降低碳硅含量,并达到提高机械强度和硬度的目的。Si是Fe-C合金中能够封闭r区的元素,Si使共析点的含C量降低。Si提高共析转变温度,且在QT中使铁素体增加的作用比HT要大。

HT中 C、Si 都是强烈促进石墨化的元素。提高碳当量促使石墨片变粗、数量增多,强度和硬度下降。降低碳当量可以减少石墨数量、细化石墨、增加初析奥氏体枝晶数量,从而是提高灰铸铁力学性能常采取的措施。但是降低碳当量会导致铸造性能降低、铸件断面敏感性增加,硬度上升加工困难等问题。 3.Mn

锰是铸铁的常存五元素之一,除少量固溶于铁素体以外,大部分溶入共析碳化物和渗碳体中,以复合碳化物的形态存在,加强了碳化物的形成,因此是阻碍石墨化的元素,故增加锰量会增大基体组织中的珠光体数量。在灰铸铁中,锰的质量分数控制在0.5%-1.4%的范围内,主要作用有二,一是中和硫的有害作用,生成MnS及(F e、Mn)S化合物,以颗粒状分布于机体中。这些化合物的熔点在1600℃以上,不仅无阻碍石墨化的作用,而且还可以作为石墨化非自发性晶核。二是稳定和细化珠光体,在此含量范围内,随锰含量的增加,铸铁的强度、硬度增加,而塑性和韧性降低。

在QT中Mn的作用是形成碳化物和珠光体。对于厚大断面的QT件来说,锰是偏析倾向特别显著的元素,是强烈稳定奥氏体的元素,对稳定珠光体的作用也很显著,在生产珠光体QT时,可以利用锰稳定珠光体的作用消除石墨球周围的铁素体(牛眼)组织。 4.S

硫也是铸铁的常存五元素之一,在通常的铸铁中也被认为是有害元素。硫稳定渗碳体,阻止石墨化。硫少量溶于铁素体及渗碳体小,降低碳在液态铸铁中的溶解度,大部分以硫化铁(FeS)和其他硫化夹杂物(MnS,CeS)的形式存在于铸铁中,并分布于晶界上。硫化铁的熔点低、且质软而脆,能降低铸铁的强度,促进铸铁的收缩,并引起铸铁的过硬和裂纹形成。硫化锰的熔点高、且以颗粒状分布,对铸铁的强度无多大影响,但使铁液变稠,流动性变差。对于灰铸铁,硫的质量分数控制在低于0.15%。S在QT中是反石墨化元素,属于有害杂质。 5.P

磷也是铸铁的常存五元素之一,在通常的铸铁中被认为是有害元素。P使铸铁的共晶点左移,且作用程度和硅相似,能溶于液态铸铁中,并降低碳在液态铸铁中的溶解度,故计算碳当量时应计入磷的含量;但在固态铸铁中磷的溶解度是有限的,并随着碳含量的增加和温度的降低而减少。磷对石墨化的影响不大,略微促进石墨化,但有时也能阻碍石墨化。磷主要以二元磷共晶(Fe-Fe3P)、三元磷共晶(Fe-FeP-Fe3P)和复合磷共晶的形式存在于铸铁中,磷共晶的硬度高、脆性大、分布在晶粒的边界上,割裂了晶粒间的连续性,使铸铁的强度、塑性下降,硬度提高。另外,由于磷共晶具有较低的熔化温度和磷可以降低铸铁的熔点的缘故,因此磷能增加铸铁的流动性和可铸性,但磷的增高会使铸铁的缩孔、缩松以及开裂倾向增加。对于灰铸铁,磷的质量分数控制在低于3.0%。

P在QT中不影响球化,但是有害元素,它可以溶解在铁液减低铁碳合金的共晶含碳量。其降低的碳量相当与它含量的1/3。

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铸件化学成分的控制与配料

6.Cu

铜是促进共晶阶段石墨化的元素,石墨化能力相当于硅的1/10-1/5。铜在超过它的固溶度极限时,常以显微质点或超显微质点分布于铸铁中。铜使组织致密,并细化和改善石墨的均匀分布,既能降低铸铁的白口倾向,又能降低奥氏体转变临界温度,细化和增加进珠光体,对断面敏感性有有利影响。铜具有强化铸铁铁素体和珠光体的倾向,因此能增加铸铁的强度,铸铁的抗拉强度、抗弯强度几乎与所含铜量成比例的增加,在低碳铸铁中尤为显著。在一般铸铁中,铜的质量分数在3.0%-3.5%以下可使硬度增加;但当铸铁具有形成白口倾向时,或存在着游离碳化物的硬点时,则加入铜会使硬度降低。常用量<1.0%。 7.Cr

1)反石墨化作用属中强,共析转变时稳定珠光体 2)铬是缩小γ区的 元素,Cr20%时,γ区消失 3)用量0.15%-30%

4)其用量小于1.0%仍属灰铸铁(可能有少量自由Fe3C出现),但力学性能有所提高。 8.Sn

1)为增加珠光体量而加入,一般用量<0.1%,可提高铸铁强度,>0.1%时有可能使铸铁出现脆性 2)Sn >0.1%可出现反球化作用

3)共晶团边界易形成FeSn2的偏析化合物,因此有韧性要求时,注意Sn量的控制 9.Mo

1)Mo<0.6%时,稳定碳化物的作用比较温和,主要作用在于细化珠光体,亦能细化石墨。 2)Mo<0.8%时对铸铁的强化作用较大

3)用Mo作合金化时P量一定要低,否则会出现P- Mo四元共晶,增加脆性 4)Mo>1%时,达到1.8%—2.0%时,可抑制珠光体的转变,而形成针状基体 5)Mo能使“C” 曲线右移,并有使形成两个“鼻子”的作用,故易得贝氏体 10.Ni

1)溶与液体铁及铁素体

2)共晶期间促进石墨化,其作用相当于1/3Si

3)降低奥氏体转变温度,扩大奥氏体区,能细化并增加珠光体

4)Ni<3.0%,珠光体型,可提高强度,主要用作结构材料;Ni3%—8%,马氏体型,主要用作耐磨材料;Ni>12 %,奥氏体型,主要用作耐腐蚀材料等。 5)对石墨粗细影响较小 11.Sb

1)强烈促进形成珠光体

2)0.002%—0.01%时,对QT有使石墨球细化的作用,尤其对大断面QT件有效 3)其干扰球化的作用可用稀土元素中和

4)HT中的加入量为<0.02%,QT中的加入量0.002%—0.010%

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