锁体铸铁件余热热处理论文2.doc

锁体灰铁铸件利用自身余热进行石墨化退火热处理的生产实践田新社 薜留虎（阳城县绿色研发中心，山西 阳城048000） 【摘要】 【关键词】锁体灰铁铸件，余热石墨化退火一、前言锁具是我国的一个出口拳头产品，2008年以前，全国锁具铸件产品年产销量约有25万吨，由于2008年国际金融危机影响，国内外市场需求规模下滑近40%，年产销量仅保留有15万吨左右。使得30%多的锁件生产企业纷纷倒闭或转产，锁条是生产成品挂锁锁体的长条形铸造毛坯。多年前，浙江省浦江县等南方地区从锁条毛坯生产到成品锁全过程加工制造。近年来南方将锁条铸造及锁体半成品加工转移到了北方，山西厂家最多，主要集中在临汾地区和阳城县。根据市场调查，北方地区锁条的铸造均采用地面手工潮模砂造型，经浇注冷却后，另建退火窑进行退火。铸造生产工艺为：人工混砂造锁条砂模冲天炉熔化铁水浇注锁条铸件凝固冷却从铸型中取出锁条铸件清理锁条退火热处理锁条表面加工切割锁体成品入库。十多年来，这种工艺一直沿用至今。这种工艺最大的缺点是锁条铸件毛坯冷却后需运到退火窑中，重新加热进行退火处理。一是二次搬运，人工装窑，生产效率低下，二是锁条铸件冷却后重新加热浪费能源，导致生产成本升高，三是退火使锁条铸件表面氧化铁损严重。随着国家节能减排政策的强力实施和山西煤矿资源整合，煤碳价格的上涨，给铸件烧煤退火工艺带来了巨大的冲出，仅按吨铸件退火省掉150公斤白煤计算， 可降低生产成本150元/吨。政策和市场迫使锁件毛坯铸造企业寻找出路，针对此问题，笔者根据阳城县五家锁件毛坯铸造企业多年来因生产检测手段落后，工艺过程控制能力差，不能生产铸态普通灰铸铁，一直沿用玛钢退火炉进行铸件退火补救生产工艺的状况，通过对锁件毛坯铸造企业的下游客户进行深入的调查发现，普遍只要求加工性能（HBS90-110），不要求其它材质指标。为既满足客户要求，又结合锁件铸造厂的生产条件，提出了利用锁体灰铁铸件毛坏自身余热进行石墨化退火热处理的工艺方案。 二、利用铸件自身余热石墨化退火热处理的原理石墨化退火的目的是使铸铁中渗碳体分解为石墨和铁素体。这种热处理工艺是可锻铸铁件生产的必要环节。在球墨铸铁生产中常用这种处理方法获得高韧性铁素体球墨铸铁。在灰铸铁生产中，为降低铸件硬度，便于切削加工，有时也采用这种工艺方法。1、石墨化退火的理论基础 根据相稳定的自由能计算，铸铁中渗碳体是介稳定相，石墨是稳定相，渗碳体在低温时的稳定性低于高温。因此从热力学的角度看，渗碳体在任一温度下都可以分解为石墨和铁碳固溶体，而且在低温下，渗碳体分解更容易。但是，石墨化过程能否进行，还取决于石墨的形核及碳的扩散能力等动力学因素。对于固态相变，原子的扩散对相变能否进行起重要作用。由于温度较高时，原子的扩散比较容易，因此实际上渗碳体在高温时分解比较容易。尤其是自由渗碳体和共晶渗碳体分解时，由于要求原子做远距离扩散，只有在温度较高时才有可能进行。对于可锻铸铁，渗碳体的分解首先要求形成石墨核心。对于灰铸铁和球墨铸铁，石墨化过程不需要石墨重新形核。 2、高温石墨化过程 高温石墨化是指在A1温度（850-950）以上保温的石墨化过程。主要目的是使自由渗碳体和共晶渗碳体分解。如果把含有渗碳体的铸铁加热到奥氏体温度区域，石墨的形核则发生在奥氏体与渗碳体的界面上。石墨形核后，随着渗碳体的分解，借助于碳原子向石墨核心的扩散不断长大，最终完成石墨化过程。 3、低温石墨化过程低温石墨化是指在A1温度(720750)以上保温的石墨化过程。可分为两种情况： 一种是铸铁经过高温奥氏体化后再进行低温石墨化处理；另一种是铸铁不经过高温奥氏体化，而仅加热到A1温度以上进行低温石墨化。前者的目的是使奥氏体在共析转变时按稳定系转变为铁素体和石墨。后者不形成奥氏体，共析渗碳体直接分解为铁素体加石墨。如前所述，从热力学条件看，在低温下石墨化是可能的。此时关键的问题是碳原子的扩散。在低温下，碳原子本身的扩散能力很低，加之铁素体溶解碳的能力很小，碳原子的扩散比较困难，主要通过晶粒边界和晶体内部缺陷进行。因此，要提高低温石墨化的速度，关键是减小碳原子的扩散距离。细化铸态组织，增加晶界，增加石墨核心是减小碳原子扩散距离的有效措施。消除白口的软化退火，一般是把铸件加热到850-950，保温1-3小时，使共晶渗碳体发生分解，即进行第一阶段石墨化，然后又在随炉缓慢冷却过程中使二次渗碳体及共析渗碳体发生分解，即进行中间和第二阶段石墨化，待随炉缓冷到500-400以下，再出炉空冷，这样就可获得铁素体或铁素体+珠光体基体的灰口铸铁，从而降低了铸件的硬度，改善了切削加工性。若采用较快的冷却速度，使铸件不发生第二阶段石墨化，则最终就获得珠光体基体的灰口铸铁，可增加铸件的强度和耐磨性。三、石墨化退火工艺参数选择 灰口铸铁和球墨铸铁的石墨化退火又称为软化退火。当铸件中共晶渗碳体不多时，石墨化退火的目的是使共析渗碳体分解，此时可选用低温石墨化退火。当铸件中含有自由渗碳体或共晶渗碳体时，石墨化退火的目的是消除自由渗碳体和共晶渗碳体，此时须进行高温石墨化退火。典型退火工艺见表1退火类型铸铁材质入箱温度保温时间h出炉温度适用范围低 温灰口铸铁65075014（10MM/H） 300共晶渗碳体少时球墨铸铁7207602+铸件厚度/25 600共晶渗碳体少时高 温灰口铸铁9009502+铸件厚度/25300自由渗碳体或共晶渗碳体球墨铸铁8809801+铸件厚度/25 600自由渗碳体或共晶渗碳体四、 利用铸件余热降低硬度的工艺方案铸件850-950开箱人工取出,集中放在台车上，（用表面测温仪检测）铸件在850-950开箱，带着余热装入热处理保温箱，保温2-4小时。要求退火箱在同一断面温度分布均匀，极差不大于。之后冷却出炉，达到利用余热降低铸件布氏硬度，减少残余应力，节能降耗，提高生产效率和经济效益的目的。工艺流程如下图：立即放入2.252.20.7铁皮外壳硅酸盐内套保温箱内铸件装满后四角花兰镙丝紧箱，插入热电偶测量箱内温度 记录温度下降值，300，掀盖缝冷却至室温。抽检箱内上、中、下三件样本试切检验煤退火挽救不合格合格吊车吊出箱外，转入拉削工序。笔者在某公司试制灰铁锁体条型铸件余热退火工艺参数如下表2；品名箱重KG件/箱单重KG出品率%浇注温度浇注速度（秒）出型温度进箱数量（T）盖箱后温度箱内冷却时间（H）出箱温度4020180048541190721400-14207.994760-780243005020180058541359231400-14208.54780-8002430060201800534316391571400-14209.154800-840263007020-3018005852279231380-140011.24820-860263006454大园1800 74523593961380-140012.554840-86026300五、锁体条型铸件毛坏利用自身余热石墨化退火的关键环节1、 退火温度必须超过760,高温保温时间必须符合表1要求，才能保证石墨化，使铸件的硬度降低，达到用户要求的加工性能。2、 离型时间须根据每个铸件的材质、壁厚、形状等分别设定和控制；3、 必须配备有可靠的温度检测仪器；4、 离型温度越高，则铸件的余热利用率越高，效益也越好。但要防止过早出型，灰铸铁宜1120，球铁则要求1100（如10501000）出型，以防内浇口未凝固，造成铸件“空壳”。5、 利用自身余热石墨化退火的热源来自于铸件本身，最关健的是高温利用，出型后最短时间入箱，保温箱高温段保温效果能够满足15/H降温速度。6、 小截面尺寸锁体条型铸件为克服自身两端冷却快的弊病，导致1800MM锁条两端硬不能锯切的现象，现有条件下采取提高浇注温度，降低型砂水份，选用70/140型砂，提高型砂的保温能力，大小条搭配组织生产。条件限止无法实现上述工艺措施，也可在保温箱内加电热丝辅助加热。六、实施效果2010年笔者先后在本县二个锁件铸造厂，实施了这项的铸件自身余热石墨化退火工艺，收到明显节能减排效果，两家铸造厂10年共生产铸件6000吨，共节煤900吨，节约费用100万元；铸件硬度由原来的年平均130-150HBS，下降为90-120HBS。用户普遍反映良好。如果