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知识篇:球墨铸铁中的CE如何定位?

CE在灰铸铁中对力学性能的影响巨大,但在球墨铸铁中却不敏感,两种铸铁选择CE最大的不同是灰铸铁以力学性能选择CE,球墨铸铁则以铸造性能选择CE,为了获得收缩与白口倾向最小、流动性好的铸件,将球墨铸铁的CE定在共晶点上无疑是正确的选择。

但是球墨铸铁的共晶点不是4.3%,而是动态的,它随铸件壁厚大小、Mg残 高低、孕育优劣、浇温高低而移动。

影响最大的是前3项,只有认识壁厚、w(Mg残)量、浇注温度与共晶点的关系,才能合理地选择CE。

1 .壁厚与共晶点

张伯明在《球墨铸铁CE选择》一文中统计了国内19家企业及国外22家企业球墨铸铁的CE。见表1、表2。

表1 国内19家企业的球墨铸铁CE统计

表2 国外22家企业球墨铸铁CE统计

为什么各铸造企业的球墨铸铁CE各不同?为什么一个企业内球墨铸铁的CE也不同?主要原因之一就是铸件的壁厚不同。

图1是在以壁厚为20mm时,CE对球墨铸铁性能的影响。最佳CE为4.42%。如以4.42%为共晶点,则CE>4.55%,产生石墨漂浮;CE<3.95%,产生缩松;w(Si)>2.7%,脆性增加;w(Si)<2.0%,产生白口。但是这是在一定壁厚下做的试验,如壁厚由薄到厚,CE如何变化呢?表3为Karsay推荐的壁厚与球墨铸铁CE的选择。

 

图1 CE对球墨铸铁性能的影响

表3 铸态球墨铸铁的壁厚与CE的选择

由表3可知,平均壁厚<46mm,球墨铸铁CE选择>4.3%;平均壁厚>46mm,球墨铸铁CE 选择<4.3%;壁厚越大,CE选择越小。该选择实际上表明了壁厚对球墨铸铁共晶点的影响。

为什么有的企业生产薄壁球墨铸铁,CE4.6%还产生缩松,说明薄壁增大了铁液过冷度,使共晶点左移,4.6%的CE还在亚共晶成分。

为什么有的企业生产厚大断面球墨铸铁,CE在4.3%还有石墨漂浮,说明厚大的壁厚降低了铁液的过冷度,使共晶点右移,4.3%的CE仍处在过共晶成分而产生了石墨漂浮。

加拿大钛公司德国分公司为印度生产厚大断面球墨铸铁曾有一指导文件,其壁厚越厚, CE选择越低,实际上表明的是冷却速度对共晶点移动的影响。表4是其推荐的大断面壁厚与球墨铸铁CE 的关系。

表4 加拿大钛公司德国分公司为印度生产厚大断面球墨铸铁的壁厚与CE的选择

2. Mg残与共晶点

由表4可知,壁厚50mm以上的球墨铸铁CE皆选择4.3%以下,w(Mg残)的高低与共晶点的转移同样有直接的关系。埃肯公司作的w(Mg残)量与液-固线距离的关系曲线证明了这点,见图2。

图2 Mg残与液-固线距离的关系

由图2可知,w(Mg残)越大,液-固线距离越大,从铁碳平衡图上看,说明共晶点右移,CE处于亚共晶位置,这就是为什么同样是85%球化率的铸件,w(Mg残)0.06%铸件的缩松大于w(Mg残)0.035%铸件的原因。为什么同样的球墨铸铁件, CE比国内低,原因是球化质量好,在低w(Mg残)下获得良好的球化。w(Mg残)量低,共晶点右移少,CE选择自然随之低。因此CE随w(Mg残)量进行选择是解决球墨铸铁石墨缩松的重要措施,其实质上是w(Mg残)导致共晶点移动的结果。

3.浇注温度与共晶点

浇注温度的高低也影响共晶点,浇注温度越高,过冷度越小,共晶点左移,铁液处于过共晶处,增大了石墨漂浮的倾向。因此对壁厚大、CE高的球墨铸铁,降低浇注温度是正确的选择。表5为球墨铸铁壁厚、碳当量与浇注温度的关系。

表5 球墨铸铁壁厚、CE与浇注温度的关系

结  论

综合上述,离开所生产的具体的铸件(壁厚),球化的质量[w(Mg残)量]、浇注温度及原铁液的冶金质量,为球墨铸铁推荐统一的CE是没有意义的。只有在各参数稳定下,用热分析方法调整TL与TER或TEU为同一值时才能确定其共晶点。如果能确定到其球墨铸铁真正的共晶点的CE,那么球墨铸铁质量将大幅度的提高。为此,热分析的应用将引起更大的重视。