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知识篇:球墨铸铁缩孔缩松的铁液冶金因素影响探析

众所周知,球墨铸铁形成缩孔、缩松是由其凝固特性、凝固过程及生产工艺所决定的,球墨铸铁的凝固和缩松特性非常复杂,影响因素繁多,因此球墨铸铁的缩松形成机理一直没有形成统一而全面的认识。

一般来讲,产品结构与铸造工艺(浇注系统、铸型、发气排气)、铁液成分及冶金因素与浇注过程的动力学因素等,与球墨铸铁缩孔、缩松缺陷相关的主要方面。笔者在此着重探讨铁液的熔炼控制及冶金因素对球墨铸铁缩孔、缩松的影响。

冶金因素对球铁缩孔、缩松影响的共识

1.1、碳、硅和碳当量

碳当量在共晶点时,铸造工艺性能最好,缩松倾向最小,集中缩孔倾向最大,凝固时最容易补缩而获得致密铸件,此观点已被绝大多数铸造工作者所接受。但球墨铸铁的共晶点碳当量怎么选择却争议较大。

1.2、其他化学元素

残留镁含量高,缩孔、缩松倾向大;硫、氧含量不高时,一般中小件宜控制残留镁量在0.03%~0.05%。

少量的稀土具有减少缩孔、缩松倾向的作用;残余稀土量一般可控制在0.01%~0.02%;低硫铁液喂丝球化时,残余稀土量一般<0.01%。

少量的铋具有减少大断面球铁缩孔、缩松倾向的作用;0.002%~0.005%的Bi有利于细化石墨,提高球化率及石墨球数。

磷具有增加缩松的倾向,越少越好。

硫过高、过低都影响石墨的析出时间及均匀程度,硫过低形核能力不足,偏高石墨析出过早,缩松倾向加大,一般可控制在0.008%~0.015%。

锰、铬、钒、钛等碳化物形成元素具有增加缩孔、缩松形成的倾向。Ti≤0.03%为好;Mn根据不同材质要求选择,如珠光体球墨铸铁,则含Mn量较高,铁素体球墨铸铁,含Mn量低;一般风电球铁件Mn<0.2%、Cr<0.02%、V<0.02%;等温淬火球铁件Cr<0.1%、V<0.1%。

其他元素含量要求: Pb≤0.002%,As≤0.002%,Te≤0.001%,Sb≤0.001%,B≤0.001%,O≤0.005%,N≤0.007%。

1.3、球化、孕育及预处理

在保证球化率的前提下,尽量低的残Mg、RE量有利于减小球铁的缩松倾向。

良好的孕育(后孕育、多次孕育)有利于减小球铁的缩松倾向。

镧系抗缩松球化剂有利于减小球铁的缩松倾向。

含Ce、Bi、S、O等元素的抗缩松孕育剂有利于减小球铁的缩松倾向。

球化、孕育后在较短的时间内浇注完毕有利于减小球铁的缩松倾向。

对铁液进行合理的预处理有利于增加铁液的结晶核心,减小过冷度、减小球铁的缩松倾向。

1.4、熔炼温度、浇注温度

必要的熔炼温度及高温静置有利于保证铁液的冶金质量,有利于减小球铁的缩松倾向;球铁熔炼温度根据产品结构不同可控制在1 500~1 550 ℃。

保温时间要适当。铁液的保温时间过长,特别是温度过高时,会恶化铁液的冶金质量,会增大球铁的缩松倾向。

浇注温度应该根据铸件尺寸大小、壁厚、造型材料及方法和浇冒口设计选择,图1为对不同壁厚球铁件推荐的浇注温度。浇注温度高有利于补缩,但太高会增加液态收缩量,对消除缩孔缩松不利。浇注温度过低则容易出现浇不足、冷隔、针孔、夹杂等缺陷,同时也会增加缩松缺陷尤其是对于中小件。当铁液温度低于1 260 ℃,石墨开始析出,如果此时铸型还未充满,石墨膨胀就起不到抵消收缩的作用,铸件就可能出现较多缩松。

1.5、原材料及其纯净度

纯净的原材料(如高纯生铁或超高纯生铁、净化后且成分稳定的回炉料及废钢)有利于保证铁液的冶金性能。

较低的气体含量(如O、N、H等),有利于减小球铁的缩松倾向。

降低铁液的氧化倾向有利于减小球铁的缩松。

碳化物形成元素及球化微量干扰元素含量不利于减小球铁的缩松倾向。

及时以及较彻底的扒渣有利于减小球铁的缩松倾向。