鑄鐵熔煉基本知識

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上鑄鐵熔煉基本知識(目錄)1. 熔解的目的2. 灰鐵與球鐵主要的性能特征及成因a) 灰鐵的性能特點及成因b) 球鐵的性能特點及成因c) 灰鐵與球鐵的本質(zhì)區(qū)別3. 影響鑄件性能的主要因素a) 合金元素對鑄件性能的影響b) 鐵水中氣體對鑄件性能的影響c) 鐵水溫度對鑄件性能的影響d) 爐料的影響4. 合金的熔煉方式a) 沖天爐熔煉b) 感應電爐熔煉c) 沖天爐、感應電爐雙聯(lián)熔煉5. 鐵水的處理a) 球化處理b) 孕育處理鑄鐵熔煉基本知識(內(nèi)容)一、 熔解的目的獲得一定成分和一定溫度的鐵水二、 球鐵和灰鐵的主要性能特點及原因灰鑄鐵中的立體片狀石墨 球墨鑄鐵中的石墨球1. 灰鐵

2、的性能特點及原因 a) 強度性能差 l 石墨的縮減作用 灰鑄鐵組織中存在大量的石墨，石墨強度很低可近似認為無強度，這就使得材料的實際承載面積總比材料的實際面積要小l 石墨的缺口（切割）作用灰鑄鐵組織中的石墨大多以片狀形式存在，在石墨片的尖端有應力集中現(xiàn)象易導致基體過載失效b) 硬度不穩(wěn)定因受石墨的影響大硬度穩(wěn)定性差c) 缺口敏感性低灰鑄鐵組織中存在大量的石墨，石墨的縮減作用與石墨的缺口作用使得灰鑄鐵缺口敏感性低，石墨片越粗大缺口敏感性越低d) 良好的減震性大量的石墨阻止了振動的傳播，將能量轉(zhuǎn)化成熱能而散發(fā)e) 良好的減摩性l 石墨本身具有潤滑作用l 石墨脫落處可存儲潤滑油以保證油膜完整從而提高

3、潤滑效果2. 球鐵的性能特點a) 強度和硬度高b) 具有一定的韌性c) 優(yōu)良的屈/強比d) 較低的缺口敏感性原因：石墨呈球狀對基體割裂作用弱，基體連續(xù)3. 球鐵、灰鐵性能差異的根本原因球鐵、灰鐵性能差異的根本原因在于石墨形狀的不同。 球墨鑄鐵金相 灰鑄鐵金相三、 影響鑄件性能的主要因素1. 常見合金元素對鑄件性能的影響a) C、Si（CE）的影響l 碳當w(CE)%= w (C)%+ l 對球鐵的影響l CE值過高會產(chǎn)生石墨漂浮現(xiàn)象，使夾雜物增多鑄鐵性能下降；CE值過低易產(chǎn)生縮松、裂紋等缺陷，CE值在4.6-4.7%左右時易形成組織致密的鑄件（實際生產(chǎn)球鐵時，如對性能成分無特殊要求，則原湯調(diào)質(zhì)

4、目標為C3.85% Si1.85%，球化處理后的成分約為C3.65% Si2.80%， w(CE)%= w (C)%+ =3.65%+=4.60%,成分的選取恰恰有利于得到致密鑄件） 石墨漂浮 顯微縮松l Si可減小鐵水的白口傾向，可細化石墨，提高石墨的圓整度；但Si過高會降低鑄件的韌性，提高脆性轉(zhuǎn)變溫度，因而在寒冷地區(qū)使用的鑄件或有高韌性要求的鑄件一般Si%2.80%。高Si可增強鑄件高溫時的耐氧化性。（一般球鐵產(chǎn)品的原湯Si含量在1.651.85%左右，而Ford排氣管原湯Si含量在3.103.20%左右，Si含量的增大有效的提高了排氣管的高溫耐氧化性） C化物的典型形貌l 鑒于以上原因球

5、墨鑄鐵的C、Si含量一般在以下范圍內(nèi)取值鐵素體球鐵 C：3.80-4.00% Si：2.40-2.80%珠光體球鐵 C：3.60-3.80% Si：2.20-2.60%l 對灰鑄鐵的影響l CE值高，組織中石墨粗大，強度降低，縮松傾向減小（在我們實際生產(chǎn)中FC15牌號原湯的C：3.50%，Si：2.10% CE值為4.20%；而FC25牌號原湯的C：3.30%，Si：1.75% CE值為3.89%。由此可見在灰鐵中CE值對強度有著直接的影響 中間部位厚大無法利用冒口補縮，只有利用提高CE值得方法來減小縮松傾向，原湯C：3.50%，Si：1.95%此種成分已經(jīng)與FC15很接近了）l CE值低，組

6、織中石墨變細，強度增加，縮松傾向增大，鑄造性能下降，硬度增大不易加工l 在不改變CE值的前提下提高Si/C比，可提高鑄件強度，高Si可增強鑄件高溫時的耐氧化性l 一般灰鑄鐵中C：2.60-3.60%； Si：1.20-3.00%，C、Si含量根據(jù)鑄件強度要求、主要壁厚的不同而分級較細b) Mn的影響l 對球鐵的影響l Mn具有穩(wěn)定珠光體的作用，所以隨Mn含量的增加鑄件的強度增大，硬度增加，延伸率降低；同時Mn易形成碳化物，白口傾向大，含量過高時會在基體和共晶團邊界上形成碳化物惡化鑄件的力學性能l 壁厚6mm的鑄件及鐵素體基體的鑄件中一般要求Mn0.30%（所有FCD45材質(zhì)原湯標準對Mn的要求

7、均在0.30以下）,在珠光體基體的鑄件中一般要求Mn0.60%（高牌號的材質(zhì)標準中Mn含量在0.60%左右）l 對灰鐵的影響l Mn會與S結(jié)合形成MnS。因Mn和S都具有阻礙石墨化，穩(wěn)定碳化物的性能，而MnS不阻礙石墨化，因此在灰鑄鐵中與S中和后剩余的Mn才起提高鑄件力學性能的作用l 在灰鐵中一般Mn含量在0.40-1.20%范圍內(nèi)c) Cu的影響l Cu促進形成珠光體，抑制鐵素體并固溶強化基體所以可以通過提高Cu的含量的方法提高鑄件的機械性能l 同時Cu可促進石墨化，消除游離滲碳體，改善鑄件斷面組織、性能的均勻性，故在提高鑄件力學性能方面Cu比Mn更具有優(yōu)越性，在高牌號鑄鐵中因Mn的加入量受

8、限制通常采用加入Cu的方法來提高強度（鑄件機械性能優(yōu)良，加工性能好的一個重要原因就是廠內(nèi)幾乎所有產(chǎn)品中均加入了Cu來提高鑄件強度）。d) S的影響l 對球鐵的影響l S是反球化元素，球化時消耗稀土和Mg，對球化效果影響顯著，通常依照原湯含S量決定球化劑的加入比例l 對灰鐵的影響l 因Mn會與S結(jié)合形成MnS，故S過高會影響Mn對基體的強化作用l S可改善鑄件加工性，MnS可促進石墨的非自發(fā)形核，對石墨化有利故在會鑄鐵中S有一定的積極作用l 我們公司一般將S控制在0.055-0.12%的范圍內(nèi)e) P的影響l 對球鐵的影響l 在球墨鑄鐵的凝固過程中易在共晶團界形成P共晶，急劇降低延伸率，沖擊韌性

9、，并增大縮松傾向，故在球鐵中希望P盡量低，我們一般控制在0.06%以下。Mo極易與P形成多元磷共晶，在含Mo的情況下對P含量要求更嚴格，F(xiàn)ord排氣管中因加入了Mo故要求P在0.05%以下 典型的磷共晶形貌l 對灰鐵的影響l 提高鐵水的流動性，提高灰鑄鐵的耐磨性，但過高會形成磷共晶降低韌性和致密性造成鑄件冷裂。我們公司控制在0.15%以下，在有致密性要求時控制在0.06%以下l 因生產(chǎn)中不能脫磷，故只能通過對原材料含磷量的控制來控制鐵水含磷量f) Mo的影響l Mo可明顯提高強度，可提高抗熱疲勞性，但Mo的加入提高了“低P”的要求 g) Cr的影響l 易形成碳化物降低延伸率和沖擊韌性，故意一般

10、要求Cr%0.1%時有反球化作用，且在共晶團界形成FeSn2偏析化合物導致使韌性降低，故使用中一般不超過0.10%2. 鐵水中氣體對鑄件性能的影響a) 鐵液中的氣體元素以三種形式存在l 溶解在液態(tài)或固態(tài)的鑄鐵中l(wèi) 與鐵液中的元素化合l 以氣孔形式存在b) O阻礙石墨化，一般在熔煉時帶入c) N阻礙石墨化，增加抗拉強度，含量高時易形成氮氣孔，可用Ti固氮減少或消除氮氣孔，一般在熔煉時帶入d) H阻礙石墨化，增加白口傾向，降低抗拉強度及塑性，提高硬度，一般在澆注時帶入e) 為減少鐵液中的含氣，應在溶解時防止鐵水氧化，澆注時鐵水包、澆注機充分預熱，控制鐵水中Al的含量3. 鐵水溫度對鑄件性能的影響l

11、 溫度過低鐵水流動性差不能得到外觀完整的鑄件，鑄件薄壁處易出現(xiàn)白口，熔解溫度過低時還會產(chǎn)生石墨粗大的現(xiàn)象l 延長高溫靜止時間會細化石墨及組織l 溫度過高時會使石墨形態(tài)變差，甚至出現(xiàn)自由滲碳體l 對于普通灰鐵的過熱溫度要求在1550以下盡量高；球鐵要保證在爐前處理后仍具有較好的沖型能力4. 爐料的影響 a) 在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)存在以下現(xiàn)象：爐料有變化時雖然調(diào)質(zhì)后化學成分相同但最終鑄件的組織（石墨化程度、白口傾向、石墨形態(tài)、基體組織）卻相差很大。 b) 以上現(xiàn)象的產(chǎn)生原因歸結(jié)為以下幾點：l 遺傳效應在相同的生產(chǎn)條件下，合金的組織和性能取決于原材料的微觀組織和質(zhì)量。l 合金中含氣的影響l 其它未控制的微量

12、元素的影響c) 對于以上因素在生產(chǎn)中很難檢測、控制，所以實際生產(chǎn)中要盡量保證原材料的穩(wěn)定，和配比的穩(wěn)定四、 合金的熔解方式1. 沖天爐熔解a) 沖天爐熔解的特點l 經(jīng)濟l 不易準確控制鐵水的溫度及成分l 對爐料尺寸要求較嚴格（噪聲大、污染大b) 沖天爐熔解過程中成分的變化一般情況下沖天爐熔解過程中，鐵水會存在增碳，硅、錳氧化燒損，增的過程（硫主要來自于焦炭，所以在補脫硫的前提下如要得到低硫鐵水就要嚴控焦炭的含硫量）2. 電爐熔煉a) 電爐熔解的特點l 成本較高l 易于準確控制鐵水的溫度及成分l 可熔解廢鐵屑，大塊料l 噪聲小、污染小b) 電爐熔解的成分變化l C燒損（出鐵水過程中要每出一包后加

13、約0.5Kg碳粉來補充碳的燒損）l 增Sil Mn燒損l S、P基本不變3. 沖天爐、電爐雙聯(lián)熔煉可在較低能耗的前提下獲得準確的成分準確溫度的鐵水，可直接熔解廢鐵屑，大塊料五、 鐵水的處理1. 球化處理a) 球化處理的目的使石墨生長成球狀已得到球墨鑄鐵b) 作用原理鎂、稀土具有強烈的脫硫、脫氧作用，硫、氧含量低至一定值時石墨生長成球狀c) 稀土、鎂球化劑的優(yōu)點具有較好的反應動力學條件，有較高的抗干擾能力，石墨球圓整，比純Mg安全，勞動條件好d) 球化工藝沖入法、自建壓力包法、型內(nèi)球化、鎂塊球化等。因“沖入法”操作簡單，在適當?shù)目刂葡驴色@得穩(wěn)定的球化效果，所以我們選用了“沖入法”進行球化。沖入法

14、球化示意圖球化不良l 球化不良球化處理后，球化率未能達到預定的要求l 球化不良的原因鐵水中S高，球化元素殘留量低，鐵液氧化，反球化元素含量高，孕育效果差，型砂含水高或S高球化衰退（不良）金相照片e) 球化衰退l 球化衰退球化效果隨時間的延長而變差l 球化衰退的防止控制球化完成到澆注結(jié)束的時間，降低鐵液含硫量,及時扒除浮渣，適當增加球化劑加入量f) 球化劑加入過量時易產(chǎn)生反白口反白口在鑄件凝固過程中，因C化元素的正偏析使C化元素在鑄件中心部位富集，而導致在鑄件中心部位出現(xiàn)白口組織的反白口的金相照片2. 孕育處理a) 孕育處理的目的促進石墨化，減小白口傾向，改善斷面均勻性，減少過冷石墨，細化組織改善力學性能b) 作用原理為鐵水凝固結(jié)晶提供異質(zhì)晶核c) 孕育衰退