复合孕育高锰灰铸铁用于烘缸铸造的研究试验.docx

复合孕育高锰灰铸铁用于烘缸铸造的研究试验张公文刘中田黄孝全摘 要 :本项目就造纸机烘缸对铸铁材料的要求 ,对复合孕育高锰灰铸铁的化学成分 、机械性能 、硬度 、铸造性能 、线膨胀系数等进行了试验研究 。关键词 :铸铁化学成分设计 ;机械性能 ;铸造性能 ;硬度均匀性 。中图分类号 : TS735 + . 7文献标识码 :A文章编号 :1008 3944 (2001) 02 0042 03造纸机烘缸是与造纸的质量 、产量密切相关 ,使用时有压力要求的重要部件 。因此 ,烘缸铸铁的材质强度 ,缸面硬度和铸铁 毛坯的内在质量 ,一直被纸机制造厂 、造纸厂和安技部门关注 。鉴于对铸铁烘缸的工况分析 ,铸铁材质应具备以下特点 :1 、机械性能必须达到烘缸的设计规定 。较高的机械性能是 烘缸工况的起码要求 。而高的铸铁材料的机械性能 ,在不增加应力倾向时 ,其铸铁的抗变形能力亦可提高 。从而保证了铸铁 烘缸工况下的尺寸精度的稳定性和安全可靠性 。2 、缸面具有一定的 、较为均匀的硬度 。这是造纸生产的要造中 ,机加工耗费约占总成本的 60 %左右 。因此 ,铸铁材质机械性能和硬度的提高 ,应兼顾机加工的工艺性能 。4 、烘缸作为纸机的烘干部件 ,要求其铸铁材料具有良好的 热传导性能 。5 、烘缸的毛坯主要是靠铸造获得的 ,因此烘缸铸铁材料本 身应具有良好的铸造性能 。一 、化学成分设计实验室中 ,共设计了 6 组成分 (见表 1) 。为了便于比较列入 了 1 - 1 这组成分 ,它是国外烘缸铸造中通常采用的材质成分 。求 。一般而言 , 灰 铸 铁 的 硬 度 能 反 应 烘 缸 在 运 行 中 的 耐 磨 性 。 但我们取其 Cr 、Ni 、Mo 含量的下限 ,以便得到在下限合金含量 ,但较高的硬度必须以不降低铸铁材质的机械性能为前提 。3 、烘缸铸件毛坯应具有较好的机加工工艺性能 。在烘缸制该铸铁的机械性能较高 ,材料成本不高 。表 1六组成分1 - 2 、1 - 3 、1 - 5 、1 - 6 四组成分 ,其特点是铸铁中的锰硅之差为正值 ,具有高锰灰铸铁的成分特点 。但考虑到烘缸的工况 要求 ,注重采取了复合孕育措施 。同时 ,将 Si/ C 的比值控制不低于 0 . 50 ,以便铸造时材质的残余应力保持较低的水平 。其中 1- 6 这组成分 ,在试验中提高了铁水中硫的含量 ,使之接近冲天 表 2 试验分析结果炉熔化的实际控制水平 ,以适应国内烘缸的铸造生产实际条件 。1 - 4 这组成分规范 ,是以往对低合金孕育灰铸铁的研究成 果 ,它具有较高的机械性能和良好的抗湿热锈湿能力 。作为烘缸选用的另一种铸铁材料亦是可能的 。 试验时的分析结果列于表 2收稿日期 :2000 - 12 - 15作者简介 : 张公文 ( 1961 ) ,男 ,沁阳市人 ,工程师 。编号化学成分 ( %)CSiMnPSCrNiMoCu1 - 13 . 051 . 570 . 790 . 160 . 0260 . 350 . 500 . 17-1 - 23 . 021 . 461 . 170 . 1460 . 024-1 - 33 . 031 . 461 . 490 . 1440 . 025-1 - 42 . 091 . 780 . 660 . 1420 . 0270 . 34-0 . 521 - 52 . 091 . 502 . 040 . 1420 . 024-1 - 63 . 001 . 201 . 570 . 1400 . 118-编号成分规范( %)CSiMnPSCrNiMoCu1 - 12 . 93 . 11 . 31 . 50 . 60 . 80 . 150 . 120 . 300 . 500 . 20-1 - 12 . 93 . 11 . 31 . 51 . 80 . 150 . 12-1 - 32 . 93 . 11 . 31 . 51 . 50 . 150 . 12-1 - 42 . 93 . 11 . 51 . 70 . 60 . 150 . 120 . 30-0 . 501 - 52 . 93 . 11 . 31 . 52 . 20 . 150 . 12-1 - 62 . 93 . 11 . 31 . 51 . 50 . 150 . 12-第 18 卷 第 2 期张公文 :复合孕育高锰灰铁用于烘缸铸造的研究试验433 1 kg/ mm2 = 9 . 8N/ mm2表 4 硬度测试结果二 、机械性能检验与结果机械性能检验中的抗拉试样 , 采用 GB5675 - 85 1 灰铸铁分 级标准中规定的 B 型试样 。考虑到烘缸铸造的实际情况 ,采用 的硬 度 试 样 尺 寸 为 60 60 90 ( mm ) , 试 样 侧 面 加 工 去 除10mm ,在加工面的中心线上测三点硬度值 。测试结果列于表 3 、表 4 。表 3强度测试结果三 、烘缸铸铁材质铸造性能检测对机械性能检测结果的分析比较 ,1 - 2 、1 - 3 组材料的机械 性能 ,优于目前生产 1500 烘缸采用的 H T - 200 的性能 。1 - 1 、1 - 4 组材料的机械性能更为稳定 ,优于目前生产 2500 烘缸采用 的 H T250 的性能 。故对 1 - 1 、1 - 2 、1 - 3 组材料进行铸造性能检测 ,同时 ,列入 1 - 4 ,和 H T250 的测试数据 。1 . 线收缩值 采用位移传感元件 ,动态联续测定线收缩量与 试样心 部 温 度 的 关 系 曲 线 测 得 。试 样 尺 寸 为 200 25 20( mm) ,合脂砂型 。测试结果见表 5 。表 5 线收缩率测试结果从检验结果可以看到 ,1 - 2 ,1 - 3 组复合孕育的高猛灰铸铁的线收缩值 ,略高于 H T250 灰铁的线收缩值 。但在铸铁烘缸的 实际生产中 ,其铸铁的 CE 值比实验采用的 CE 低 ,它的线怍缩值亦会增大 。故采用 1 - 2 、1 - 3 组材质做为烘缸的铸铁 ,在工艺设计时 ,可不采取特殊考虑 。其余两组低合金孕育铸铁 ,线收缩表 6 缩孔率测试结果值低于 H T250 ,而机械性能较高 ,亦可做为铸铁烘缸的材料 。2 . 缩孔率与缩松的检测 铸铁材质的缩孔率的测定 ,同样的 铁成份 ,各单位的测定结构往往不相吻合 。这主要是测试条件对铁水的不同工艺处理方法所致 。测试结果只能是在测试条件与对铁水处理的工艺方法不同而取得的相对数据 (见表 6) 。表 7 流动性能Cr :0 . 30 ; S :0 . 051 . 50 ; S :0 . 080 . 30 ; Cu :0 . 50注 :以上缩孔率用煤油滴定法测得H T250 的铁水未采取孕育处理 ,故缩孔率较高 。而其他组 成成份的铁水均进行了复合孕育处理 ,测得的缩孔率较低 。因 此 ,在烘缸生产的实际中 ,对现有的工艺参数可不做任何变动 。铸铁致密性的优良 ,从铸铁材质的角度可以理解为缩松倾向的大小 ,这一点对铸铁烘缸这一压力容器部件是十分重要的 。 为了对此加以验证 ,我们将球状试样剖开 ,在接近缩孔的下部进211212213135013241300510390255CE :3 . 57 ; Ni :0 . 50 ;221222223136813301290515425240CE :3 . 65 ; Mn :231232233137013301300470360220CE :3 . 60 ; Mn :1 . 80 ; S :0 . 0824124213521300700490CE :3 . 70 ; Mn :H T25 - 471358505CE :3 . 38 ; Mn :0 . 84编 号浇注温度( )螺旋长度( mm)主要成分( %)试样 编号主要成分( %)球体积(cm3)缩孔体积(cm3)缩孔率( %)浇注温度( )211212213CE :3 . 5 ; Ni :0 . 5Cr :0 . 30 ; Mo :0 . 18631 . 3622 . 562876 . 510 . 41 . 111 . 041 . 66134013141290221223CE :3 . 65 ; Mn :1 . 50S :0 . 08630619 . 5871 . 271 . 1313581320231232233CE :3 . 60 ; Mn :1 . 08:0 . 08632 . 5620 . 5610 . 512 . 99102 . 041 . 451 . 64136013201290241242C E :3 . 65 ; Cr :0 . 30Cu :0 . 052 . 402 . 8013401314H T250C E :3 . 655 . 021362编号化 学 成 分 ( %)线收缩率 ( %)CSiMnPSCrNiMoCu前缩后缩1 - 13 . 01 . 720 . 860 . 150 . 050 . 300 . 510 . 18- 0 . 30 . 30 . 91 - 23 . 091 . 481 . 520 . 1280 . 079-0 . 31 . 151 - 33 . 111 . 471 . 800 . 1590 . 079-0 . 171 . 161 - 42 . 802 . 500 . 38-0 . 30-0 . 500 . 300 . 86H T2503 . 111 . 700 . 84-0 . 241 . 07编 号抗 拉 强 度 (b)抗弯强度 (w)kgf / mm2kgf / mm2N/ mm21 - 133 . 5 、33 . 5 、32 . 5328 、328 、321 56 . 91 - 21 - 31 - 41 - 51 - 631 . 3 、29 . 5 、31 . 731 . 3 、31 . 7 、30 . 132 . 1 、33 . 7 、33 . 533 . 1 、33 . 5 、32 . 134 、31 . 4 、30307 、289 、311 49 . 6307 、311 、295 48 . 0315 、330 、328 62 . 0324 、328 、315 56 . 1333 、308 、294 62 . 7编号硬度 ( HB) 10/ 300/ 10编号硬度 ( HB) 10/ 300/ 101 - 128 221 2251 - 4217 211 2131 - 2试样铸废1 - 5221 226 2231 - 3216 213 2151 - 6250 253 255 44 平 原 大 学 学 报2001 年 5 月行金相观察 ,未发现微观缩松 。试验的复合孕育高猛灰铁的密度为 7 . 257 . 40g/ cm3 ,与 ISO 公布的高强度铸铁的密度 7 . 307 . 40g/ cm3 相吻合 。3 . 流动性测定结果 测定合金的流动性采用螺旋试样 ,水玻 璃砂型 。用螺旋长度评定合金铁流动性能 (见表 7)铸铁中含锰量的提高 ,在硫量达到一定值时 ,铁水中的硫化 锰数量增加 ,会降低铁水的流动性 。但鉴于烘缸铸件属于大件 ,较厚的铸件 , 同时 , 在实际生产中对铁水中的硫含量均有所 控表 8 传热导系数制 ,故铁水流动性能略有降低 ,仍能满足烘缸铸造的要求 。4 . 烘缸铸铁材质的热传导系数 热传导系数是烘缸工况对铸 件材质要求的重要指标 。测试的试样为 30mm 毛坯试棒加工 而成 。采用直接接通直流纵向热流绝对法测试 。在实际生产中烘缸铸件大且较厚 ,在砂型中冷却时间长 ,就烘缸体而言 ,它的热传导系数应高于试验数据 ( 见表 8) 。为便于比较 ,将灰铁 、蠕 铁 、球铁的导热率值列于表 9 。单位 : Cal/ cm. s. 表 9 导热率值3 i 化 学 成 份 : C : 2 . 98 ; Si : 1 . 62 % ; Cr : 0 . 28 % ; Mn : 0 .98 % ; Cu :0 . 93 % 金相组织 : A 、E 片版 3 级 , 贝 + 屈 + 马 +碳化物所测数据 表 明 , 复 合 孕 育 高 锰 铸 铁 在 烘 缸 工 作 温 度 时 ( 200 ) ,其导热系数在 0 . 0070 . 132cal/ cms之间 ,优于低合金灰铸铁 。复合孕育高锰铸铁的试验结果可以认定 ,它的机械性能 、热 传导性能 、铸造性能均能满足铸造生产和烘缸使用工作的要求 。A Testng Research to Composite Hegh Manganese ca st iron used a s drying VatZhang Go ng- wenAbstract :The paper makes a testing resear chgo r co mpo site high manganese castiro n ,in cludes chemical co mpo sitio n , machinery f unctio n , hardness , casting characteristics , expansio n coefficient , etc. aco rding to t he demands fo r casting material of drying vat of paper vnachine .Key words :design of chemical co mpo sitio n of casting iro n ; machin