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高硅耐热铸铁的生产工艺

在铸铁中加入一定量的某些合金元素,可以得到在一些介质中有较高耐蚀性的合金铸铁。高硅铸铁就是其中应用最广泛的一种。含硅10%~16%的一系列合金铸铁称为高硅铸铁,其中除少数品种含硅量在10%~12%以外,一般含硅量都在14%~16%。当含硅量小于14.5%时,力学性能可以改善,但耐蚀性能则大大下降。如果含硅量达到18%以上时,虽然耐蚀,但合金变得很脆,以致不适用于铸造了。因此,工业上应用最广泛的是含硅14.5%~15%的高硅铸铁。

高硅铸铁的国外商品名为Duriron,Durichlor(含钼),化学成分如下表所示。

 

含硅量达14%以上的高硅铸铁之所以具有良好的耐蚀性,是因为硅在铸铁表面形成一层由组成的保护膜,如果介质能破坏膜,则高硅铸铁在这种介质中就不耐蚀。耐蚀性能一般地说,高硅铸铁在氧化性介质及某些还原性酸中具有优良的耐蚀性,它能耐各种温度和浓度的硝酸、硫酸、醋酸、常温下的盐酸、脂肪酸及其他许多介质的腐蚀。它不耐高温盐酸、亚硫酸、氢氟酸、卤素、苛性碱溶液和熔融碱等介质的腐蚀。不耐蚀的原因是由于表面的保护膜在苛性碱作用下,形成了可溶性的,在氢氟酸作用下形成了气态等而使保护膜破坏。

 

1. 力学性能

高硅铸铁性质为硬而脆,力学性能差,应避免承受冲击力,不能用于制造压力容器。铸件一般不能采用除磨削以外的机械加工。

2. 机械加工性能

在高硅铸铁中加入一些合金元素,可以改善它的机械加工性能。在含15%硅的高硅铸铁中加入稀土镁合金,可以起净化除气的作用,并改善铸铁基体组织,使石墨球化,从而提高了铸铁的强度、耐蚀性能及加工性能;对铸造性能也有所改善。这种高硅铸铁除可以磨削加工以外,在一定条件下还可车削、攻丝、钻孔,并可补焊,但仍不宜骤冷骤热;它的耐蚀性能比普通高硅铸铁好,适应的介质基本相近。

在含硅13.5%~15%的高硅铸铁中加入6.5%~8.5%的铜可改善机械加工性能,耐蚀性与普通高硅铸铁相近,但在硝酸中较差。此种材料适宜制作耐强腐蚀性及耐磨损的泵叶轮和轴套等。也可用降低含硅量、另外加合金元素的方法来改善机械加工性能。在含硅10%~12%的硅铸铁(称为中硅铁)中加入铬、铜和稀土元素等,可改善它的脆性及加工性能。能够对它进行车削、钻孔、攻丝等,而且在许多介质中,耐蚀性仍接近于高硅铸铁。

在含硅量为10%~11%的中硅铸铁中,再外加1%~2.5%的钼、1.8%~2.0%铜和0.35%稀土元素等,机械加工性能有所改善,可车削,耐蚀性与高硅铸铁相近似。实践证明,这种铸铁用作硝酸生产中的稀硝酸泵叶轮及氯气干燥用的硫酸循环泵叶轮,效果都很好。

以上所述的这些高硅铸铁,耐盐酸的腐蚀性能都不好,一般只有在常温低浓度的盐酸中才能耐蚀。为了提高高硅铸铁在盐酸(特别是热盐酸)中的耐蚀性,可增加钼的含量,如在含硅量为14%~16%的高硅铸铁中加入3%~4%的钼得到含钼高硅铸铁,会使铸件在盐酸作用下表面形成氯氧化钼保护膜,它不溶于盐酸,从而显著地增加了高温下抗盐酸腐蚀的能力,在其他介质中耐蚀性保持不变,这种高硅铸铁又称抗氯铸铁。[1]

3. 高硅铸铁加工

高硅铸铁具有硬度高(HRC=45),耐腐蚀性能良好的优点,在化工生产中已用作机械密封摩擦副的材料。由于铸铁含硅量达14~16%,硬度高而且脆性大,在制造上存在某些困难,但是,通过不断实践,证明高硅铸铁在一定的条件下,还是可以进行机械加工的。

高硅铸铁在车床上加工,主轴转速控制在70~80转/分,走刀量0.01毫米。粗车之前要把铸造棱边磨去,粗车的进刀量一般工件最大1.5~2毫米。

车刀刀头材料YG3,刀秆材料用工具钢。

进刀方向为反向,因高硅铸铁脆性大,按一般材料由外向里进刀,最后在边棱处要碎角掉边,致使工件报废。根据实践采用反向走刀,可以避免碎角掉边现象,最后光刀切削量要小。

车刀由于高硅铸铁硬度高,车刀主切削刃不同于一般车刀,如右图所示。图中三种车刀负前角,车刀的主切削刃与副切削刃按不同用途有不同的角度。图a为内外圆车刀,主偏角A=10°,副偏角B=30°。图b为端面车刀,主偏角A=39°,副偏角B=6°。图C为斜面车刀,主偏角=6°。

高硅铸铁钻孔一般在镗床上加工,主轴转速25~30转/分,进刀量0.09~0.13毫米,如钻孔直径为18~20毫米时,用硬度较高的工具钢磨出螺旋槽(槽不宜过深),钻头头部嵌一块YG3硬质合金,磨成钻一般材料的角度,可直接进行钻孔。如钻20毫米以上的孔时,可先钻18~20孔后,再制作一个按所需要尺寸的钻头,钻头头部嵌两块硬质合金(材料用YG3),再磨成半圆形进行扩孔或用军刀进行车削。

4. 应用

由于高硅铸铁耐酸的腐蚀性能优越,已广泛用于化工防腐蚀,最典型的牌号是STSil5,主要用于制造耐酸离心泵、管道、塔器、热交换器、容器、阀件和旋塞等。

总地来说,高硅铸铁质脆,所以安装、维修、使用时都必须十分注意。安装时不能用铁锤敲打;装配必须准确,避免局部应力集中现象;操作时严禁温差剧变,或局部受热,特别是开停车或清洗时升温和降温速度必须缓慢;不宜用作受压设备。

它可制成各种耐蚀离心泵,纳氏真空泵、旋塞、阀门,异型管和管接头,管道,文丘里臂、旋风分离器、脱硝塔和漂白塔、浓缩炉和预洗机等。在浓硝酸生产中,作提馏塔使用时硝酸温度高这115~170℃。浓硝酸离心泵所处理的硝酸浓度高达98%。作硫酸和硝酸混酸的换热器、填料塔,使用情况良好。炼油生产中汽油部分加热炉,三醋酸纤维生产中醋酸醋酐蒸馏塔、苯蒸馏塔,冰醋酸生产和液硫酸生产中的酸泵,以及各种酸或盐溶液泵和旋塞等,均有用高硅铸铁的。

高硅铜铸铁(GT合金)能耐碱及硫酸腐蚀,但不耐硝酸腐蚀。耐碱性比铝铸铁好,耐磨性高,可用作强腐蚀性并有晶浆磨损的泵、叶轮及轴套等。