（材料加工工程专业论文）加盖球化处理工艺的研究.pdf

郑耕大学工学院硕士学位论文 摘要 冲入法以其设备简学、容易操作的优点，在我围球铁生广中得到广泛的应用。 i q 是冲入法也存在很多缺点：镁的吸收率低，球化剂消耗量大；球化效果不太稳 定；镁光大、烟尘多，污染环境严重。 为此人们在堤坝式铁液包上添加了一个带有浇口盆的包盖，然后进行球化处 理，我们称之为盖包法。包盖的隔离作用，使球化处理在一定压力和相对缺氧的 气氛f 进行，可以很好的克服冲入法存在的缺点。盖包法的使用也带来了一些新 的问题：多了包盖的反复装卸过程，增加了操作难度：在连续出铁时，铁液的量 难以控制，多年来人们一直为解决这些问题做了很多工作。 本课题正是针对目前盖包球化处理工艺存在的问题，设计制作了包盖可自由 升降的加盖球化包，有效降低了工人的操作强度：并为其配备耐高温电子计量秤， 有效的解决了铁液的定量问题。在此基础上，通过选用合理的化学成分，采用冲 天炉与电炉双联的熔炼工艺，并对原铁液进行脱硫处理，获得温度和成分稳定的 低硫原铁液，然后进行冲入法球化处理和盖包法球化处理交叉对比试验。 试验结果表明，用盖包法代替冲入法可以减少镁元素的氧化烧损，稳定和提 高镁的吸收率，降低球化剂的加入量；处理后铁液含硫量和残留稀土量低，保证 了铁液中残留稀土量低于残留镁量；球化效果得到稳定提高；球铁综合性能得到 很大提高，在其它工艺都合理的情况下，同等强度球铁件的伸氏率比国家标准高 出一倍多，使咖作工厂可以稳定批量生产各种高综合性能球铁，如铸态q t 7 0 0 5 、 q 1 、5 5 0 一t 2 、q t 5 0 0 1 5 等，同时还试制出铸态q t 6 0 0 1 0 ；盖包法可以有效减少烟 尘的排出，减少对大气的污染；可以有效降低球铁的生产成本，仅从其节省球化 剂加入量一项计算，每吨铸件可节省成本2 4 元。 关键词：球墨铸铁，球化处理，盖包法 u 摘要 a b s t r a c t p o u r o v e rp r o c e s si su s e dw i d e l yi nt h ep r o d u c t i o no fd u c t i l ei r o ni no u rc o u n t r y , b e c a u s ei t ss i m p l ee q u i p m e n ti so p e r a t e dc o n v e n i e n t l y b u tt h i sp r o c e s ss t i l lh a ss o m e s h o r t c o m i n g s ，a b s o r p t i v i t yo fm a g n e s i u m ( m g ) i sl o w a n dw a s t a g eo fs p h e r o i d i z e ri sa l o t ，s p h e r o i d i z e de f f e c ti si n s t a b l e ，a n dt h eq u a n t i t yo fm gl i g h ta n ds o o ti sm u c h ， w h i c h p o l l u t e se n v i r o n m e n ts e r i o u s l y s op e o p l ea p p e n dal a d l ec o v e rw i t hac h a n n e lb a s i no nt h el a d l e 、v i t had y k ef o r n o d u l i z i n gp r o c e s s ，w ec a l li tt u n d i s h c o v e rn o d u l i z i n gp r o c e s s t h es e c l u s i o no f l a d l e c o v e rm a k e sn o d u l i z i n gp r o c e s si nt h ec o m p a r a t i v e l ya n o x i ca t m o s p h e r ew i t hs o m e p r e s s u r e ，t h u st h es h o r t c o m i n g so fp o u r - o v e rp r o c e s sc a nb eo v e r c o m e dg r e a t l y o f c o u r s e ，t h et u n d i s h - c o v e rn o d u l i z i n gp r o c e s sa l s ob r i n gs o m en e wp r o b l e m s ： r e i t e r a t i v el o a d i n ga n du n l o a d i n go fl a d l ec o v e rm a k eo p e r a t i o nd i f f i c u l ta n di r o n l i q u i dq u a n t i t yi sd i f f i c u l tt oc o n t r o lw h e nt a p e di r o nl i q u i di sc o n t i n u o u s p e o p l eh a v e b e e nw o r k i n gh a r dt os o l v et h e s ep r o b l e m s f o rs o l v i n gt h ep r o b l e m se x i s t i n gi nt h et u n d i s h - c o v e rn o d u l i z i n gp r o c e s s ，w e h a v ed e s i g n e dt h ean e wl a d l ec o v e ，w h i c hc a l ll i f ta n dd r o pf r e e l ya n dm a k ew o r k e r o p e r a t ec o n v e n i e n t l y b e s i d e sw eu s eh e a t r e s i s t a n te l e c t r o n i cb a l a n c e ，w h i c hc a n s o l v et h er a t i o np r o b l e mo fi r o nl i q u i dv a l i d l y o nt h eb a s eo ft h i s ，b ys e l e c t i n g r a t i o n a lc h e m i c a lc o m p o n e n t ，a d o p t i n gc u p o l aa n de l e c t r i cc o o k e rp a i rs m e l t i n gc r a f t a n dc a r r y i n go nd e s u l p h u r i z a t i o n ，w ec a no b t a i nl o ws u l p h u r ( s ) l i q u i di r o nw i t h s t e a d yt e m p e r a t u r ea n dc o m p o n e n t ，a n dt h e ng oa l o n gn o d u l i z i n gt r e a t m e n tw i t h p o u r - o v e rp r o c e s sa n dt u n d i s h - c o v e rp r o c e s sr e s p e c t i v e l y t h er e s u l t ss h o wt h a tt n n d i s h c o v e rn o d u l i z i n gp r o c e s sc a nr e d u c eo x i d a t i o na n d b u r n i n go fm g ，s t a b i l i z ea n di m p r o v et h ea b s o r p t i v i t yo fm g ，r e d u c et h eu s e da m o u n t o fs p h e r o i d i z e r , l o w e rt h esa n dr a r ee a r t h ( r e ) c o n t e n to ft r e a t e di r o nl i q u i d ，w h i c h g u a r a n t e et h a tt h er ec o n t e n ti sl o w e rt h a nt h em ga m o u n ti nt h et r e a t e di r o nl i q u i d ， s t a b i l i z ea n di m p r o v et h es p h e r o i d i z e de f f e c ta n dt h ei n t e g r a t i v ep e r f o r m a n c eo f d u c t i l ei r o ng r e a t l y w h e no t h e rc r a f t sa r ea l lr a t i o n a l ，t h ee l o n g a t i o no ft e n s i l es a m p l e 郑州大学工学院硕士学位论文 o fe q u a ls t r e n g t hi sm o r et h a no n et i m eh i g h e rt h a n n a t i o n a ls t a n d a r d ，a n do u r c o o p e r a t i n gm a n u f a c t o r yc a np r o d u c ev a r i o u sk i n d so fh i g hi n t e g r a t i v ep e r f o r m a n c e d u c t i l ei r o ni nb a t c h e ss t e a d i l f o ri n s t a n c ea s c a s tq t 7 0 0 - 5 ，q t 5 5 0 1 2 ，q t 5 0 0 1 5 ， a n dh a sb e e nd e v e l o p e da s c a s tq t 6 0 0 1 0s u c c e s s f u l l y t u n d i s h c o v e rn o d u l i z i n g p r o c e s sc a nr e d u c et h es m o k ea n dd u s te f f e c t i v e l ya n dt h ep o l l u t i o no f t h ea t m o s p h e r e i tc a l la l s or e d u c et h e p r o d u c t i o nc o s to f t h ed u c t i l ei r o n ，a n de a c ht o nc a s t i n gc a ns a v e t h ec o s to f 2 4y u a ni f s a v e ds p h e r o i d i z e rq u a n t i t yi sc a l c u l a t e do n l y k e yw o r d s ：d u c t i l ei r o n ，n o d u l i z i n gp r o c e s s ，t u n d i s h c o v e rn o d u l i z i n gp r o c e s s 郑重声明v 7 8 2 6 0 4 郑重声明 本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文没有剽窃、抄 袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为，否则，本人愿意承担由此产生的一切 法律责任和法律后果，特此郑重声明。 作者( 签名) ：王戎铎 2 0 0 5 年5 月2 0r t 尉言 引言 但是随着工业的发展，人们对球铁的综合性能性能要求越来越高。因此，如 何提供性能优良并且质量稳定的球铁铸件，是每个球铁研究者和生产者面临的一 个重要问题。 球化处理是球铁生产的重要环节，改进球化处理工艺是稳定和提高球铁综合 性能的有效途径。目前，我国球铁生产几乎全部采用冲入法进行球化处理，其原 因是：该工艺的处理方式和设备简单，容易操作，在生产中有较大的灵活性。可 是这种处理方法同时也存在很多缺点：t ) 镁的吸收率仍然不够商，球化剂消耗量 大，稀十残留量多，从而导致铸件巾微观央杂物增多，进而使铸什综合性能很难 满足i 。业高端市场的要求：2 ) 球化效果不太稳定，所生产球铁的稳定性也不够好： 3 ) 镁光大、烟尘多，劳动环境差，环境污染严重。目前各个厂家都在努力尝试冲 入法以外的球化处理方法，因此，选用何种球化处理方法以及确定相应合适的工 艺参数，将是。一个非常有实际价值的研究。 一般而言，改进球化处理工艺应尽可能的满足以下几个方面：1 ) 获得高质量 的球铁铸件，并且生产的稳定性要高：2 ) 在作业环境方面应比冲入法有较大的改 善；3 ) 成本降低( 至少增加不大) 。 就我国当前实际情况而苦，盖包法能很好的同时满足以上几个条件。在冲入 法中常使用的堤坝式铁液包上添加个带有浇口盆的封闭盖，使用这种结构的球 化处理方法我们称之为盖包冲入法，简称盖包法。出于包盖的隔离作用，大大减 少了球化荆与空气中氖的接触几率，减少镁的氧化烧损，提高镁的吸收率，自g 有 效提高和稳定球化效果及球铁性能：减少球化剂的加入量，降低生产成本；减少 球化时的闪光和烟尘，改善工人的工作环境，降低对环境的污染，因此，可以很 好的克服冲入法存在的缺点。同时该工艺又保留了冲入法设备简单的优点。加之 由冲入法改为盖包法时，原来的生产结构及原材料都基本不用做任何调整，符合 我国国情。 但是，使用目前的加盖包设备也带来了一些新的问题：1 ) 多了包盖装卸过程， 有定的操作难度；2 ) 在连续出铁时，铁液多少难以用肉眼观察，控制困难。从 而阻碍了该工艺的广泛应用。本课题正是针对目前盖包球化处理工艺存在的问 郑州大学工学院硕士学位论文 题，通过设备改造和工艺改进，来克服这些问题，使该工艺的优势得以充分发挥。 任何一项研究结果都必须经过一系列工业使用试验才能最终判定其是否可 行，也只有在工业生产中得到的应用才能转化为实际的牛产力。为此，我们在河 南某汽车配件厂进行“加盖球化处理工艺工业试验”。要用盖包法取代原来的 冲入法米牛广球铁，首先必须设计制作使用非常方便的加盖包，克服目前盖包法 球化处理工艺存在的问题，然后新的自h 盖包生产球铁，并用试验数据证明盖包法 确确实实在技术和经济两个方面都优丁二冲入法。 具体的讲，本文研究的内容为： 1 设计制作包盖可以自由升降的加盖包； 2 进行冲入法和盖包法球化处理对比试验； 3 做光谱和常规化学成分分析； 4 进行金帽显微观察： 5 进行力学性能测试； 6 t i j 高综合性能球铁。 实践证明，我们设计的可以自由升降的加盖包克服了目前盖包法工艺存在的 问题，使该工艺的优势得以充分发挥；使用该设备有效的克服了冲入法存在的问 题，为获得质量稳定、性能优良球铁铸件提供了有力保证，并且成本低廉。因此， 该工艺的研究，对于促进我国球铁生产技术的进步具有重要意义。 第一章文献综述 第一章文献综述 由于球墨铸铁具有较高的综合机械性能，能通过工艺改进使其机械性能在较 大范围进行调整，对生产条件的适应性较广，并且价格低廉，因此球铁作为一种 新型的工程材料一经出现，立即得到迅速发展。近二十年统计数据显示，世界各 国球铁产量和比例仍然逐年增长，是增长最大的铸件，我国球墨铸铁产量增加7 倍，在铸件中的比例增长3 倍。可以预见，随着工、比的发展，我国球铁铸件产 量将继续保持较大幅度增长。 但是随着工业的发展，人们不但对铸件的强度、硬度、塑性、疲劳强度等机 械性能的要求越来越高，而且对铸件的加工性能等的要求也同益提高。因此，如 何提供性能优良并且质量稳定的球铁铸件，是摆在每个球铁研究以及生产者面前 的一个重要问题。 球化处理是球铁生产的重要环节，因此改进球化处理工艺是稳定和提高球铁 的综合性能的有效途径。但是，有些曾经在球铁生产中起过重要作用的球化处理 方法，日益暴露出不足之处，这就要求球铁研究及生产者要不断地对这些方法进 行改进，同时创造出新的球化处理工艺。 1 1国内外球化处理工艺的研究与应用现状 目前，国内外生产中经常使用的球化处理方法有压力加镁法、冲入法、转包 法、包芯线喂线法和盖包法，现简要介绍如下。 1 1 1 压力加镁法 采用纯镁作球化剂的主要问题是，如何控制沸点远低于处理温度的镁在球化 处理时剧烈气化和燃烧。这种剧烈反应，使镁的吸收率很低，并且使铁液的温度 过度降低。 压力加镁法是五十年代就已经开始采用的一种球化处理方法。它的基本原理 是，当物体周围介质的压力增加时，该物质的沸腾温度相应提高。例如，当铁液 表面的压力达到o 9 m p a 时，镁的沸腾温度提高到1 4 0 0 。c 左右，若使球化处理 温度略高于该温度，则镁在铁液中刚刚气化，产生一定的翻腾，有利于镁的吸收， 同时减少了镁的气化烧损，因而可以有效提高镁的吸收率引。 筇州大学工学院硕士学住论文 对加镁处理环境施加压力有两种方法：外压式和自建压力式。早期使用的外 压式压力加镁法，是将盛满铁液的铁液包放置在具有活动密闭盖的处理宅中，压 紧密封盖，然后通入压缩空气或氮i ，当处理室内的压力达到预定压力时，将装 在密封盖上部的气缸带动着加镁的钟罩向卜运动，迅速下沉到铁液的下半部，镁 开始在压力下与铁液反应，反应约1 5 2 0r a i n ，然后提起钟罩，以适当的速度降 低处理室内的压力，打丌密封盖吊出铁液睇j 。 另一种是利用镁蒸气在铁液包中自建压力的方法。球化处理时，通过钟罩把 纯镁加入密封铁液包下部，镁在包内立即气化，迅速产生大量的镁蒸气。此蒸气 通过铁液时，一部分被铁液吸收，另一部分逸出并迅速在包内上部间隙建立起与 铁液温度相应的饱和蒸气压 ( 一般0 6 0 8 m p a ) ，这时，镁 就不再因沸腾气化而损失了 1 2 j ，其铁液包结构如图1 - 1 1 3 j 所示。显然铁液表面与包盖之 间的间隙愈小，则为了建立起 所需要的压力而需要的镁量 选愈小；但是，间隙太小可能 使镁呈液态浮至铁液表面，进 而使镁吸收率下降。一般铁液 表面与包盖之间间隙的体积， 大约为铁液体积的1 0 左右。 为丁提高镁的吸收率，要求镁 蒸气通过铁液柱的高度越高图卜1 自建压力式压力加镁包结构图【3 】 越好，丛i 此压力加镁包应设计得比一般铁液包深一些，通常高与直径的比值约为 1 5 之0 。加镁钟罩压入铁液后，距包底的距离应为包高度的1 1 0 1 4 i 。 压力加镁法的优点是，可以使用纯镁进行球化处理，镁的吸收率高，可达 7 0 - 8 0 1 5 1 ；处理过程中的劳动环境较好。但是，该工艺球化处理时压力大，容 易发生工伤事故；须用特制的球化处理包和设备，费用比较高；操作复杂、严格； 处理时间长，铁液温度降低比较大，因此需要较高的出炉温度，目前该工艺在工 第一章文献综述 业生产中应用较少。 1 1 2 冲入法 冲入法是目前应用最为广泛的球化处理方法。冲入法使用的球化处理包有平 底式、凹坑式和堤坝式三种，其结构如图1 2 所示。 口口 ( a ) 堤坝式( b ) 凹坑式( c ) 平底式 图卜2冲入法铁液包的几种形式5 1 用平底包处理铁液时，对铁液包没有特殊的要求，方法最为简单。但球化处 理时球化剂最容易上浮，镁元素气化烧损严重，镁的吸收率最低，约为 2 0 3 0 i “。 堤坝式和凹坑式是最为常用的球化处理包，堤坝( 凹坑) 内的面积和坝高( 凹 坑深) 由处理满包铁液时所需要的球化剂及覆盖材料的量而定。由于球化剂能够 得到一定的紧实，球化剂起爆时间和反应速度得到适当控制，因而镁的吸收率显 著高于平底包法，镁的吸收率一般为3 0 - - , 5 0 。 为了提高球化效果，可以从以下几个方面进行改进：1 ) 提高铁液包高度和直 径的比值，建议达到1 8 2 0 ：2 ) 降低球化剂中的含镁量，采用低镁合金球化剂， 合金主要用来减缓铁液和镁之间反应的激烈程度以及减少镁蒸气的挥发速率：3 ) 选择合理的铁液温度和覆盖剂量。 冲入法只能采用合会球化剂，而不能采用纯镁球化剂，这是因为合金球化剂 比纯镁球化剂的沸点有明显提高，不会发生危险的爆炸和铁液飞溅现象。该工艺 要保证铁液中残留适当含量的镁和稀土元素，并且使二者有合适的比例，这是保 证球化的必要条件。 冲入法球化处理前，应将球化处理包预热至暗红色，预热的目的是减少铁液 热量损失，并且防止覆盖剂下桩实较紧的合金粘结在包底。球化处理时，将球化 邦州大学工学院硕士学位论文 合金堆放在预热至暗红色的包底一侧( 凹坑或者堤坝内) ，上面覆盖硅铁合金，稍 加紧实，然后再覆盖无锈铁屑、苏打等覆盖剂，铁液温度过商时，可盖铁( 钢) 板。出铁时，应尽可能地将铁液一次注入铁液包的另一侧( 千万不要直接注在合 金上) ，一般先注入铁液总量的2 3 或3 4 ，等反应基本结束后，再补加余量铁液， 同时进行随流孕育，然后将渣扒除。 这种方法的优点是，处理方式和设备简单，容易操作，在生产中有较大的灵 活性，一般可使用含镁量较低( l 。我们将它彳j 控制在如下范围： o 0 3 5 m g 0 0 5 5 、0 0 2 r en 0 0 4 。 3 2 2 化学成分的确定 综合分析了各有关元素对球铁性能的影响，结合我们所积累的经验和实现 工艺的可能性，制定出如表3 - 9 所示的化学成分。 表3 - 9 铁液的化学成分 3 t 3 试验条件 3 3 1 试验设备 试验使用到的主要设备如下： 1 ) 5 讹冷风冲天炉； 2 ) 1 5k g 中频感应电炉； 3 ) 1 2 0 0k g 铁液包； 4 ) 1 0 0 0 k g 及6 5 0k g 堤坝式球化包； 5 ) 1 0 0 0k g 及6 5 0 k g 包盖可自由升降加盖球化包； 6 ) 7 0k g 抬包。 3 3 2 检测仪器 试验所用主要检测仪器： 1 ) w 3 0 0 系列便携式热电偶测温仪及其偶头； 2 ) u p g r e e n 型电子计量称； 第三章试验方案 3 ) p d a 5 5 0 0 系列真空光谱分析仪( 进口设备) ； 4 ) 1 0 03 型电子天平； 5 ) w i h 8 6 型高速自动引燃炉： 6 ) c s h 6 0 c 型智能碳、硫分析仪 7 ) t g 3 2 8 a 型电光天平； 8 ) 7 2 7 型分光光度计； 9 ) w a 一3 0 0 型电液式万能拉力试样机( 进口设备) j o ) h b e 一3 0 0 0 型布氏硬度汁； 1 1 ) 4 b 型显微镜。 3 4 试验方法 试验利用协作工厂实际生产条件，分别用盖包法和冲入法生产常规球铁，如 q t 4 5 0 1 0 、q t 5 0 0 7 、q t 6 0 0 3 等，同时分别用它们试验生产q t 6 0 0 1 0 、q 1 7 0 0 5 等高综合性能球墨铸铁，通过对比试验说明盖包法优于现在被广泛使用的冲入 法。试验流程示意图见图3 - 1 。 幽3 - 1试验流程示意图 郑州大学工学院硕士学位论文 试验过程中铸件外观质量检验交由协作工厂处理，我们着重研究铸件的内在 质量，包括成分测定、金相分析和性能测试。球铁件内在质量的优劣受很多因素 的影响，想要生产h 高内在质量的球铁，必须严格控制熔炼工艺、球化处理、孕 育处理以及浇注工艺。有人总结出：原铁液质量是基础，球化处理是关键，孕育 处理是保证。 3 4 1 原铁液的熔炼 目前我国铸造行业在生产上应用最多的还是以焦炭为燃料的化铁炉，即冲天 炉。冲天炉熔炼铁液热效率较高，但是常用的酸性冲天炉炉渣一般呈酸性，熔炼 过程中不但不脱硫，反而还严重增硫，铁液和灼热的焦炭接触，通常增硫高达 5 0 1 0 0 | 4 i ，并且冲天炉过热铁液时耗能较大，甚至不能熔炼高温铁液。因此， 为降低生产成本，并获得高温优质原铁液，我们采用冲天炉与电炉双联熔炼工艺。 该工艺充分发挥了感应电炉过热铁液效率高、温度容易调节的特点；同时借助于 感应电炉自动搅拌作用，可适量加入废钢和硅铁以调整铁液的含碳量和含硅量， 且使铁液的成分和温度均匀。 冲天炉熔炼能力为5t h ，其配料见表3 1 0 ，每向冲天炉中添加5 0 0 k g 金属 炉料就要相应添加7 0 起焦炭和2 5 k 的c a c 0 3 。 表3 1 0 炉后配料重量及其比例 冲天炉出铁时，在1 2 0 0k g 中转铁液包内加入1 0k g ( 0 8 ) 脱硫剂，然后 将铁液注入包内，进行一次脱硫，出铁结束后，应及时撒集渣剂并扒渣：将5 埏 ( o 4 ) 脱硫剂倒入感应电炉，然后将一次脱硫后的铁液倒入感应电炉内进行二 次脱硫并升温。这样，铁液的出炉温度高并且变化范围小，为1 4 7 0 1 5 1 0 。c ，含 硫量低、杂质少，化学成分变化小。 3 4 2 球化处理 用相同的原铁液分别用冲入法和盖包法进行交叉对比球化处理试验，球化处 理温度为1 4 7 0 1 5 1 0 。现场生产过程中注意以下问题：球化处理温度过低，应 严禁使用粉状球化剂；球化处理温度过高，应改用含镁量稍低的球化剂。 3 4 2 i 冲入法处理 第三章试验方案 根据生产需要铁液的量。采用1 0 0 0k g 或6 5 0k g 堤坝式球化包进行球化处理。 球化包处理前，应先将球化处理包预热至暗红，然后将1 4 球化剂放入堤坝式 球化包一侧凹槽内，上面覆盖1 2 的7 5 s i f e ( 有时根据原铁液含s i 量，做适量 调整) ，其粒度为5 1 5i n i n 硅铁上面用珍珠岩覆盖，再加入适量的铁屑捣实， 待铁液在包内有一定高度对，铁屑熔化，球化反应开始，这样可以延缓球化剂和 孕育剂的烧损。 用w 3 0 0 系列便携式热电偶测温仪测量电炉中铁液的温度，若温度达到 1 4 7 0 1 5 2 0 ，则将铁液注入球化包没有放置球化剂的一侧，不得直冲放球化剂 一侧。试验中采取一次出铁，铁液沸腾严重时，可适当放慢出铁速度，出铁时应 严格挖制出铁量，以确保球化剂加入量的j 下确性。处理完毕后，加珍珠岩集渣， 搅拌后彻底扒渣，再覆盖保温剂( 可减少镁的逸出氧化，减慢球化衰退速度) ， 进行分包浇注。 3 42 2 盖包法处理 加盖球化包大小的由依据生产需要铁液量而定，我们选用容量为1 0 0 0k g 或 6 5 0k g 加盖球化包。 盖包法球化处理前，将包盖吊起，球化剂、孕育剂以及覆盖剂的放置与冲入 法同，只是球化剂量减少了，加入量为1 1 。球化处理时，将包盖放下盖在包 体上，将铁液注入包盖上的浇口盆中，铁液从浇口盆中注孔垂直流入放有球化剂 的另一测，采用一次出铁，后期出铁应稍慢些，可有效缓解球化时镁蒸气对包盖 的冲击。注入铁液霞量采用耐高温的u p g r e e n 型电子计量称精确控制，其出 铁误差控制在5 以内。反应结束后，吊起包盖，扒渣后覆盖，进行分包浇注。 3 4 2 3 注意事项 球化反应不得过早或过迟，一般是铁液量的一半注入处理包前不发生猛烈反 应。当发生猛烈反应时，剧烈程度前后比较一致，中间不发生爆发性的猛烈反应， 直至铁液渐趋平稳，反应时间在6 0 9 0s 为宜。 3 4 ，3 孕育处理 在球铁生产中，孕育处理的作用也越来越被人们所重视，其作用不仅仅限于 促进石墨球化、消除游离渗碳体，更重要的意义在于孕育处理将显著细化共晶团， 抑制铸态出现白口。 帮硝大学工学院硕士学位论文 孕育剂进入铁液后，外来核心逐渐增加，在很短时问内达到高峰，然后随浓 度起伏和温度起伏逐渐消失等原因，外来晶核逐渐减少，到一定程度就会出现孕 育衰退。为防止孕育衰退，充分利用孕育处理的良好效果，试验中孕育处理采用 炉前丈剂量与后孕育相结合的复合孕育处理工艺。大剂量孕育选用7 5 s i f e 孕育 剂，其加入量为o 9 1 4 ( 具体加入量应根据原铁液含硅量、球铁的终硅量、 球化剂的加入量及铁液温度来调整) 。大剂量孕育剂的加入应紧随球化剂加入包 底之后，并及时覆盖或及时注入铁液，不得将孕育剂过早的投入到红热的球化包 底敞露停放。 后期孕育剂的种类随所生产球铁基体的不同而变化，其中7 5 s i f e 的加入量 为o 2 , - - 0 3 ，含锑孕育剂的加入量为o 1 5 0 2 5 ，钡孕育剂的加入量为 o 1 - - - 0 2 ，有时为了调整铁液中的含锰量，根据原铁液成分适当加入一些锰铁。 球化包内铁液分包浇注时，将后期孕育剂加入7 0k g 抬包进行后期孕育。 3 4 4 化学成分的铡定 生产过程应中对原铁液及球化后铁液的成分进行严格控制。根据生产需要， 炉前成分分析须在3 分钟内返回生产线，以便及时调整控制铁液的成分，为此选 用p d a 一5 5 0 0 真空光谱分析仪迅速测定铁液成分。光谱分析试样由与光潜仪配套 的金属模制备，其目的有二：1 ) 获得自口组织：2 ) 试样帚 取速度快。 我们同时用砂型制备常规分析试样，采用钻样法对其进行成分分析，对铁液 化学成分进行抽检。 3 4 5 金相组织 34 ，5 1 金相试样的制备 金相试样的制备有两种：1 ) 在拉断后的拉伸试棒中截取：2 ) 在附铸试块上 截取。截取过程中应防止试样过热而引起组织变化，以免影响最后的检验结果。 在拉伸试棒中截取金相试样时，在距拉伸试棒断口2 0n l n l 处截取，试样直 径约o1 4m m ，试样高度约1 0r l l r f l 。 截取后的试样需经磨制和抛光，抛光后的球铁金相试样，立即用清水洗净表 面，淋以酒精，吹干。然后在4 b 型显微镜下观察石墨的形态、大小、分布。 观察球铁基体组织情况时，用4 硝酸酒精溶液侵蚀，侵蚀后的试样，立即用清 水冲洗净表面残目的侵蚀剂，然后淋酒精，吹干，以免试样继续被侵蚀或生锈。 第三章试验方案 检验时显微镜的放大倍数为1 0 0 倍。 34 5 2 金相组织观察 检验球化分级时，首先观察整个受检面，然后从差的区域开始，连续观察血 个视场，以其中三个羞的视场对照级别图评定；检验石墨大小、珠光体数量时， 以大多数视场对照相应的级别图评定。球化分级以石墨形态及其分布和球化率来 划分，评定时以球化级别或球化率表示；石墨大小以级别表示；珠光体、铁素体 数量用相应百分数来表示。 3 4 53 金相标准 3 4 5 3 1 球化分级 为了比较准确地确定球化级别，首先应该定出衡量单个石墨球化程度的标 准。图3 2 说明了确定单个石墨形状的方法：先在单个石墨外围，画出包围石墨 全部面积的外接圆，然后以测得的单个石墨面积与该石墨的外接圆面积相比，得 到石墨的面积率，此值大于8 0 ，可认为该石墨球化良好，而低于4 0 时，则 属未球化的石墨。 图3 - 2 单个石墨形态的衡量1 2 1 按石墨的面积率划分石墨形态，面积率大于或等于o 8 1 ，为球状石墨；面积 率在o 8 0 0 6 1 之间，为团状石墨；面积率在o 6 0 - 0 4 1 之问，为团絮状石墨：面 积率在o ，4 0 0 1 0 之间，为蠕虫状石墨；面积率小于0 1 0 ，为片状石墨。 在g b t 9 4 4 1 1 9 8 8 球墨铸铁金相中，根据石墨形态及其分布和球化率， 将球化分为6 级，对照标准图片评定，见表3 一1 1 2 3 1 。 邦州大学工学院硕士学位论文 表3 - 1 1球化分级 球化级野 说明 l 级 2 级 3 级 4 级 5 级 6 级 _ i 墨成球状，少量团状，允许少量团絮状，球化率不低丁9 5 右墨大部分呈球状，余为极少晕团絮状，球化率9 0 0 , - 0 5 石墨人部分旱团状和球状，余为团絮状，允许少量蠕虫状，球化率8 0 , - 9 0 石墨人部分呈团絮状和团状，余为球状和少量蠕虫状，球化率7 0 8 0 石墨呈分散分布的蠕虫状和球状、团状、团絮状，球化率6 0 - - 7 0 右墨旱聚集分布的蠕虫状和片状及球状、团状、团絮状 3 453 ，2 石墨大小 平面金相图j ：所显示的石墨球尺寸，不是全部石墨球的真实尺寸，因为磨面 0 i 可能全部通过随机分布的石墨球中心截割球体。但是可以采用比较评定法近似 地求出石墨球地火小。 依据g b t 9 4 4 1 1 9 8 8 球墨铸铁金相，将球墨铸铁中石墨大小分为6 级， 见表3 1 2 。 表3 】2石墨人小分级m m 【2 3 3 453 3 珠光体分级 在g b t 9 4 4 1 1 9 8 8 球墨铸铁金相中，珠光体数量分为1 2 级，对照标准 图片评定，见表3 1 3 。 表3 1 3 珠光体数量分级【2 3 】 3 4 6 力学性能测试 3 461 拉伸试验 3 0 第三章试验方案 机械性能检测，按g b t 1 3 4 8 1 9 8 8 球墨铸铁中的规定，根据生产铸件大 小选取低宽为2 5m n l 的y 型试块，其具体尺寸见图3 3 ，浇注时间为每包浇注的 r p 后期，湿型铸造。按规定，拉力试棒在y 型斌块中的选取位置如图3 3 所示， 加工尺寸如图3 - 4 所示。使用w a 3 0 0 型电液式万能拉力试样机对加工后的试棒 进行拉伸试验，测得抗拉强度ob 及延伸率6 ，数据从试样机上直接读出。 试样抗拉强度的计算公式：ob - - - p b f o 式中p b 为拉伸试样断裂前后所承受的最大载荷( n ) ； f 。为试样的原始平均载苟面积( m 瑚2 ) 。 6 等于标距的绝对伸长量4 l = ( l l o ) m n l ，除以试样原始标距l o m m ，用百分 数表示： tt 6 = 兰竺1 0 0 上。 式中l o 为试样原始标距长度( m m ) ； l 为试样断裂后标距的长度( m m ) 。 圈3 - 3y 型试块图 图3 4抗拉试样 郑州大学工学院硕士学位论文 3 4 6 2 布氏硬度 试样的形状和尺寸同金相试样。 依据g b t 2 3 1 1 9 8 4 金属布氏硬度试验方法，用h b e 一3 0 0 0 型布氏硬度计 划每个试样分别进行三次测试。试验参数：压头直径d = 2 5m m ，载荷1 8 7 5k g ， 加载时间1 0s ，卸载后用专用显微镜测压痕直径，取三次压痕直径的平均值，对 应布氏硬度表查布氏硬度值。 苎婴皇 堕竺丝墨墨坌堑 一一 第四章试验结果及分析 4 1化学成分的测定结果与分析 4 1 1 化学成分的测定结果 4 1 1 1 原铁液化学成分的测定结果 试验过程中实测了球化处理前原铁液所处各个阶段的化学成分，部分具体数 值如表4 1 。由表可以看出，经过畴次脱硫，原铁液含硫量得到了有效的降低， 原铁液的化学成分符合设计要求。 表4 - i原铁液化学成分实测数值 炉次 测试时问 cs im n ps 一 冲天炉中 3 7 5i 6 7 o 0 9o 0 5o 0 6 9 次脱硫后 3 7 41 6 6o 0 9 0 0 50 0 4 1 电炉脱硫厉 3 7 21 6 4 0 0 8o 0 5 0 0 3 6 一_-一 冲天炉中 3 7 2 1 6 50 1 1 o 0 4o 0 4 1 2 一次脱硫厉 3 6 81 6 3 0 110 0 4 0 0 2 4 电炉脱硫后 3 6 7 1 6 10 1 0 0 0 40 0 1 9 冲天炉中3 7 6 1 7 40 1 2 0 0 50 0 5 4 3 一次脱硫后 电炉脱硫后 3 ，6 9 3 6 7 1 6 2 16 0 o 1 2 0 1 l 0 0 5 0 0 5 0 0 4 2 0 0 3 5 冲天炉中 4一次脱硫后 36 1 36 0 i 6 l 1 6 0 o 0 8 0 0 8 0 0 3 o 0 3 电炉脱硫后 35 81 5 9 o 0 70 0 3 0 0 5 2 00 3 6 0 0 2 5 注：第1 炉用来生产铁素体基体球铁，第2 和第3 炉用来生产混合基体球铁，第4 炉用来生 产珠光体基体球铁：若需调整铁液中含锰量，可在球化后分包浇注时，加入一定量的锰铁。 4 1 1 2 球化处理后铁液化学成分的测定结果 对于同炉原铁液，我们分别采用盖包法和冲入法对其进行球化处理，并实测 了处理后的铁液成分，对应数值见表4 2 。 塑塑奎兰! ：兰堕堡圭竺堡笙兰 袅4 2分别使用盖包法和冲入法进行球化处理后的铁液成分 炉次处理方法 c s im nps m gn r e ” 盖包法 3 7 02 , 8 301 2 0 0 50 0 13 0 , 0 4 50 0 2 9 l 冲入法 3 7 0 2 9 401 40 0 50 , 0 2 5 0 0 3 60 0 3 9 一一 盖包法 3 6 7 2 7 60 3 20 0 4 0 0 0 90 0 4 60 0 3 2 2 冲入法 3 6 8 2 7 20 3 3 0 0 40 0 2 10 0 31 0 0 4 2 盖包法 3 , 6 2 27 00 3 6 0 0 50 , 0 1 2 0 0 4 70 , 0 2 9 冲入法 36 0 26 8o3 40 0 500 15 o 0 4 20 0 3 6 一一 薷包法 3 5 7 2 7 00 3 50 0 3 0 0 0 80 0 5 0 00 3 0 4 l , 2 v 法 3 5 627 10 3 6 o0 30 0 1 7 0 0 3 80 0 3 4 4 i 2 盖包法对球化剂加入昼的影响 4 1 2 1 球化剂加入量的计算公式 球化荆加入量的确定，可以由f 面公式计算： w 。：坠一 ( 4 1 1 0 0 ) b 骱。一五匾i “ “ 其中”球化制为向铁液中加入球化剂质量百分比( ) m g 。为处理后铁液中镁含量( ) ： 4 为镁的吸收率( ) ； a 国蛛化剞为球化剂中镁含量( ) 。 41 22 盖包法与冲入法球化剂的加入量 由公式4 1 知，球化剂的加入量与处理后铁液的残留镁量、球化剂中镁含量 及处理过程中镁的吸收率有关。在预先确定处理后铁液的残留镁量的前提下，需 测出球化剂中镁含量，并估计球化剂镁的吸收率，然后利用公式4 - l 进行计算， 得到球化剂加入量。 试验中我们将处理后铁液的残留镁量确定为o 0 4 ，所使用的球化剂含镁量 约8 2 。依据工，生产经验以及查阅相关资料，我们估计冲入法巾镁吸收率为 3 5 ，将其代入公式4 1 得： 第西章试验结果及分斩 冲入法中球化剂加入量为w 球化剂5 百丢箬耋i “0 0 = ! ：旦丝。1 0 0 3 5 8 2 l ，4 由于盖包法能在包内形成一定的压力，并且能效隔离镁与空气的接触，减少 镁的氧化烧损，提高镁的吸收率，参阅相关资料后，我们将盖包法中镁吸收率保 守估计为4 5 ，将其代入公式4 1 得： 盖包法中球化剂加入量为w 球化剂2i 若箬耋i 1 0 0 ：! ：! 塑x 1 0 0 4 5 8 2 1 1 因此，我们使用盖包法进行球化处理时球化剂的加入量为1 1 ，使用冲入 法进行球化处理时球化剂的j j 口k 量为1 4 ，可见使用冲入法时，球化剂的加入 量降低了约3 0 。 目前各工厂使用的稀土镁球化剂，含硅量均在4 0 左右。盖包法可以降低球 化剂的加入量，就意味着球化处理时由球化剂带入铁液的硅量比较低，这样就可 以向铁液中加入更充分的孕育剂，提高孕育效果。 或者若条件允许，进行炉料配比时，可提高回炉料的必例以替代一部分生铁， 这样可以有效解决了回炉料的处理问题，同时在一定程度上达到了降低能耗的目 的。 4 1 3盖包法对镁吸收率的影响 4 1 3 i 镁吸收率的计算公式 球化处理时，球化剂镁的实际吸收率，可按下面的公式计算： a ：丝壁 i o o ( 4 2 ) a 留球化荆w 璋他捌 其中a 为镁的吸收率( ) ： 豫a 为处理后铁液中镁含量( ) ； m gm n m 为球化剂中镁含量( )