现代灰铸铁熔炼技术.docx

文章编号b!#)91):=&#(#)9#)=9#)现代灰铸铁熔炼技术赵书城（东风汽车公司，湖北 十堰 :#!）摘要：严格控制冶金因素提高灰铸铁性能，从炉料选材到熔炼操作，结合生产经验和认识做了论述。对 铸铁质量提出应在结晶过程做深入研究，从而进一步提高性能。关键词：灰铸铁；熔炼；组织；性能中图分类号：ac:)；ac=!文献标识码：d前言铸铁作为结构材料历史悠久，因为它具有耐 磨、耐热、耐氧化、耐腐蚀、耐酸碱及好的减震性；与其他合金比较又具有熔点低、充型性好、加工性关，东风公司铸铁一厂使用工频炉熔化，生产发动机缸体铸件，当% &(为)*)+、% &,-(为*!.+时，废钢加入量/#+01#+ 与 同 成 分 少 加 废 钢 （ 加 入 量!#+0#+） 比，强度高出!2*1 345，硬度下降267，缸体漏水率低+。（)） 使用废钢是在熔化中增氮的一项措施， 氮是促进珠光体元素，铸铁中含氮每变化!#8!#9/， 强 度 变 化. 345、硬 度 变 化) 0: 67，冲 天 炉 熔 化 炉料增加!#+的废钢，铸铁强度增加)2* 345。废 钢中一般含氮&./0!#(8!#9/，当 铸 铁 含 氮&.#0!# (8!#9/时，随氮量升高，石墨变短、变厚、呈秃头状， 但含量过高容易产生裂纹状气孔;!、?-、3 等 ，增 加 硬 度、?-增加韧性、3细化晶粒。（=）增加废钢可减少新生铁 用 量 ，可 以 削 弱新生铁产地的遗传因素影响。好和成本低廉的优越性，所以随着社会文明和人们生活水平的提高，铸铁的应用会越来越广。铸铁的发展决定于吸收和采用先进工艺 、材料和控制技术。严格控制冶金因素、合理选择铸铁成分，以及控制金属的冷却与结晶，不降低碳当量也能生产出高强度、低硬度、低应力的薄壁高强度 灰铸铁。灰铸铁的产量仍占铸铁件的首位，为促进其水平的提高与发展，作者就控制冶金因素诸方面， 提出些意见。%原材料的选择%&%多用废钢在回炉料使用相对平衡的条件下，减少新生铁用量，多用废钢熔炼，其理由如下。（!）新生铁（特别是高碳量新生 铁 ）本 身 含 有粗大的石墨片，虽然经过重熔，但石墨的熔点在（/）使用废钢代替新生铁，可 以 大 大 降 低 原材料价格。%#! 使用炼钢生铁（!）炼钢生铁比铸造生铁价格低。炼钢生铁 含硅量低，基体组织致密。（）使用炼钢生铁做炉料，在 炉 料 中 加 入 硅 铁或在出炉前加入硅铁，控制硅质量分数在!*2+0*+ ，使碳为)*=+0)*.+ ，锰 为#*/+0#*1+ 时 ，可 达6a# 牌 号 ，杂 质 含 量 少 ，白 口 小 、铁 液 流 动 性 好 、收 缩 小 ，可 生 产 薄 壁 铸 件 ，缩 孔 废 品 从 #+ 0)#+降至#*=+0!*#+，渗漏现象也大大降低。（)）使炼钢生铁熔化铸铁，在 成 分 相 当 的 条 # $以上，在重熔过程中石墨不能熔尽，在结晶中变成了石墨结晶的核心，使石墨变得粗大，成 为铸铁组织中的薄弱环节，故使用新生铁多，形成粗大石墨的机率多。（）废钢的使用量直接与生产的铸铁强度相收稿日期：#9#)9!作者简介：赵书城（!2)=*!#9），男，!2=1 年浙江大学铸造专业毕 业，东风公司副总工艺师，研究员级高工。!#$现代铸铁!#$ %&综 述件下比较：硬度差小，石墨呈短片状分布均匀、晶a），铁液存在时间较长（冲天炉铁液高温经历仅几1?），又 有 翻 腾 的 特 点 ，所 以 铁 液 氧 化 现 象 严 重。为尽量避免和减少不利的一面，在操作中须 注意如下几点。（/） 调 整 铁 液 中 硫 的 含 量 。 一 般 控 制 在22(5)22+5范围。工频炉熔化硫量带入较少，硫 量 过 低 ，孕 育 效 果 差 ，所 以 在 配 料 中 通 常 用 黄 铁 矿（cd!%）增加硫量。（%）调整碳量。工频炉熔化高温铁液持续时 间延长，碳的波动较大，为改善石墨形态，配料比 冲天炉铁液碳量应高出2235)2/5，减少白口倾向。操作中常用碎废电极石墨棒做增碳剂。粒细、珠光体分散分布。%#$ 调整! # $值利用加入废钢的办法降低碳当量，铸铁强度 可以增加%&()*+% ,-.，而将! # $值提高，铸铁 强 度 又 能 提 高/&0)%&( ,-.， 能 明 显 减 少 白 口（能比一般减少* 11），中心石墨量减少，强度增 加。将! # $调整为203)2+3，$4为(25左右，可 生产67%32；$4 为*+5)*&5 ， 可 生 产67*22；$4 为*85，可生产67*329%:。生产工艺简单，石墨化充分，应力小，强度高。%#&低合金化国外许多发动机的缸体、缸盖等铸件，大都含（*）合理的加料顺序。要根据工频炉熔化特点合理装料，才能获得好的配料结果。装料顺序 应 为 ： 增 碳 剂! 废 钢! 回 炉 料! 新 生 铁! 铁 合 金。新生铁用量不足/25时，一般在熔化后期加 入，铁合金在出炉前加入。这种装料顺序化学成分变化较小，也容易控制。有 如 下/)* 种 合 金 元 素 ：2/35 )2(5 $;，2%5 )2+5 $，22%5)2285 !?。虽然成本略有增加，但所获得的性能，无论是 铸造性能、强度、耐磨、寿命，或是间接效益都会赢得用户的欢迎。这些合金元素被称为稳定化元素，（(）快速熔化。短时间不需要铁液供应时采用 固 体 炉 料 保 温 ，当 需 要 时 应 快 速 熔 化 ，以 使 铁 液氧化造成的损失降到最小。为了快速熔化，尽 量使熔化期缩短到*2 1?，如今发展为加大功率 密度，用倍频炉（/+2)3(2 6e）操作。在设备难以改动情况下，要控制一次配料成分合格率，这样可缩短高温调整时间。加入十分方便。!合理的熔化操作!#%熔化设备的选择熔化技术一直围绕节约能耗、提高铁液质量、 改善劳动环境方面进行改进，当前总的趋势是发挥冲天炉熔化热效率高的功能，在条件允许下用感应炉升温并调整成分。冲天炉已发展预热送风，开发了多种型式的 集尘装置，炉衬寿命也在不断提高，国内有()0 # a的小炉也可连续作业一周。计算机在冲天炉上应$ 炉前操作控制出铁温度在 相 同 条 件 下 铁 液 温 度 对 质 量 有 很 大 的 影$#%响，随着温度的提高其性能变化见表/。温 度 低 时 珠 光 体 与 铁 素 体 的 组 织 变 化 起 主 导作用，当温度逐渐升高，除组织变化外，晶粒逐用也日益广泛，可进行监控，自动对各项参数进行调整。用工频炉熔化铸铁，由于铁液保持时间长，铁渐变细，珠光体片间距减少起作用。液的搅拌作用又强，铁液氧化严重，减少了石墨核心、白口倾向加大、缩孔倾向大、铁液的流动性差。表1 铁液温度对性能的影响tab.1 influence of molten iron temperature on properties熔化与保温同炉操作也不经济，一般月产822 以上 的 单 位 多 用 冲 天 炉 b 感 应 炉 双 联 较 多 。 月 产/22)822 单位，由于可控硅的应用，使中、高频感 应炉得到发展，投资费用降低、熔化效率显著提铁液温度 # f强度性能弹性模量硬度柏松比/ *22)/ (02/ (02)/ 322/ 322)/ 022 # 高，铁液氧化现象减少，明显改善铁液质量。铁液温度的提高，主要受益的是铁液纯净度改变，同时也改变了组织结构。但并非温度越高越使用工频感应炉熔化铁液工频感应炉熔化铁液较慢 （/2 炉熔化 要*!#!好，温度过高，烧损也严重，$及!的高浓度微区也现代铸铁!#$!#$ %&综 述会减少，容易形成枝晶骨架和!型石墨，所以铁液应保留部分过饱和的氧，有利孕育效果的加强，注意铁液保温在工业先进国家多用有盖浇包使其保温，有$#&一般控制在 #$% #$ &出炉为宜。$#!使用热分析技术炉前利用热分析方法，不足 ()* 就 能 确 定 碳、硅、碳当量的多少，并从冷却曲线的几个拐点利除渣、有利铁液的均匀性。包上加盖难度较大，但我们已经开发出有商品供应的集渣剂（珍珠岩类），不仅保温性好，而且可以减少污染，改善劳动条件。坚持使用集渣上了解到初生奥氏体的形核过冷温度、奥氏体生长期的冷却速度、共晶石墨或共晶渗碳体形核的 温度、共晶生长的过冷度，以及共晶生长的时间、剂，既是一项保温措施，也是减少铸件夹杂、气孔废品的一项手段。温度和速度，从曲线的变化就能确定铸铁组织的%灰铸铁熔炼的几点建议变化及石墨的形态，有时可以当机立断采用不同孕育加以调整改进，又可观察到孕育改进后铁液气体对铸铁性能的影响及控制%#%#氧在铸铁中有一定溶解度，且随铁液温度及碳、硅含量而变化，但更多的氧以氧化物存在于凝固的变化+,-。用热分析技术，可以从容掌握与控制铸铁性能，是较为灵验的方法。$#$孕育技术炉前孕育是生产高级铸铁的必备手段，是减 少白口、促进.型石墨生成、增加共晶团数的重要 措施，当铁液中硫量为$/$01%$/$#1 时 ， 用$/%$/,1的2#3)45孕育，能产生明显的孕育效果。根据原铁液成分的不同，要求铸铁性能的不 同，已开发出了各种孕育剂。从结晶状态分析：减少 断 面 敏 感 性 使 其 在 凝 固 期 间 能 够 产 生 更 多 的晶粒之间变成夹杂物，恶化了结晶过程中的补缩，也影响到铸铁强度。铁液温度高氧化程度高，铁液温度低自脱氧不足 ，孕育消失快，容易出现针孔、气孔、混合石墨，并使力学性能降低。有人测定铁液含氧0$7?，可获得.型石墨。 有的厂把铁液含氧量做炉前控制项目，有的规定氧 在（$ %$）$ 7?，有 的 规 定（$ %,$）$ 7?，上海有一家厂规定灰铸铁铁液含氧#$7?，球铁铁 液含氧（,%#）$7?。有人说，孕育能脱氧，所以冲天炉熔化比电弧 炉熔化所需孕育剂少，而电弧炉又比感应炉用量少。氧对灰铸铁的影响涉及一系列因素，是今后要晶 核 是 关 键 ，根 据 多 方 面 比 较 ，生 产 灰 铸 铁 件 以采用673)768系列孕育剂效果较好。$#%控制浇注温度控 制 浇 注 温 度 ， 一 方 面 是 保 留 有 好 的 充 型着重研究的课题。性 ，更 重 要 是 使 铁 液 在 型 内 的 均 匀 性 提 高 ，以 降低 冷 却 速 度 、减 少 过 冷 度 、尽 量 使 型 内 铁 液 冷 却%#!氮为珠光体稳定元素，但含量过高容易造成裂纹状气孔，并降低密封性能。氮对铸铁的影响一致，从而达到组织均匀和硬度均匀的要求，也机理及其控制措施，当前试验研究不多。盲目把氮是提高铸铁品质系数（即相对强度与相对硬度之比）的重要措施。当做铸铁冶炼中的惰性气体可能有误。铸铁结晶过程如今钢及某些有色合金（如锌铝合金）可通%#!缸体、缸盖，过去浇注温度规定9$% ,$&（光学高温计测温），经过:6;.咨询将温度提升为 ,9$% 00$ &（快速热电偶测温），巴西一 个年产#$万个缸体、铸件销往$ 多个国家的铸 造厂，浇注温度控制在 ,=$% 0$ &，并用一台 转盘式浇注机，只有在规定温度范围设备才能运转。过细化组织，或通过添加元素、或通过热处理工艺而获得超塑性，或其他特殊性能。通过对铁液结晶过程的研究，不仅能掌握石墨形态变化的规律，更可以从结晶过程的控制使铸铁性能达到一个新的境界。树立质量第一的思想质量的概念就是满足用户需要，生产铸件不%#$浇注温度过高收缩增加，容易产生缩孔与缩松，温度过低，虽然能够充满铸型，但容易产生夹杂、气孔等缺陷，铸件内部组织的不均匀性增加。仅要满足图样上要求的各项标准，还要满足下道工序的要求。!#$现代铸铁!#$ %&综 述文章编号s/*7*+tu./.v/*7/*7/+蠕墨铸铁生产技术及工艺于化顺u山东大学 材料科学与工程学院，山东 济南 .t/-v摘要：对蠕墨铸铁的研究和应用现状、组织及性能特点、生产工艺以及有待于解决的问题进行了简要 概述，以便为蠕铁的推广应用提供一定的参考。关键词：蠕墨铸铁；组织与性能；工艺中图分类号：wx+*y+&文献标识码：2前言最早关于蠕墨铸铁的报道见于 z=ll=;5&+年的著作中。他在研究铈处理球铁的过程中发现邱汉泉等于 &-t 年开始进行 “稀土高牌号铸铁的研究”!-#。试图在低牌号铁液中加入稀土来节省 废钢而获得高牌号铸铁，以及通过加入稀土获得了“厚片状石墨”。但是当时的研究均是如何获铸态可锻铸铁。结果发现部分试样的宏观断口呈得 球 状 石 墨 ，把 这 种“ 厚 片 状 石 墨 ”视 为 球 化 不良的产物而设法消除。&-t 年 %$j?8j 等基于 其有比灰铸铁高的强度和比球铁高的导热性，设“ 花 斑 ”状 ，石 墨 呈“ 蠕 虫 状 ”，力 学 性 能 高 于1w*/。另外，./ 世纪 -/,(/ 年代，包头钢铁厂利用 稀土制作“球铁钢锭模”，使用寿命大幅度提高。想 其 具 有 高 的 抗 热 疲 劳 性 能 而 首 先 建 议 采 用 蠕铁。此后国外许多国家相继开展了此方面的研究及应用!,t#。我国在此方面研究较早。山东省机械设计院而前苏联制作的球铁钢锭模无法正常使用。最终证实包钢的钢锭模实际是蠕铁的。./ 世 纪 (/,/ 年 代 末 是 蠕 墨 铸 铁 研 究 最 为 活跃的时期，在此期间国内外发表了大量有关的收稿日期：./7/&7/作者简介：于化顺u&-7v，男，博士，山东大学材料科学与工程学 院教授。主要从事铸造合金、复合材料的研究。研究论文。我国也十分重视，先后被列为“七五”和“八五”攻关项目。./ 世纪 &/ 年代以来，研究!属于自己开发的产品，首先要从产品结构上优 化 ，本 着 简 单 、稳 妥 、少 出 废 品 、不 怕 麻 烦 的 办 法，实际上也是降低成本的办法进行生产。!#王志成，编译$铸铁中氮的影响及消除方法!%#$ 汽车工艺，&()（*）：*+,*-$!.#单琨$ 硅碳比对灰铸铁的影响!%#$ 铸造，&，（）：