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关于灰铸铁孕育的几个问题

2019-05-22 11:40:18
某公司拥有1.5t中频炉3台,1t保温浇注炉1台,迪砂线主要以生产冰箱压缩机件和小型汽车零部件为主。自2000年投产以来,为改善和提高铁液质量,使用过的孕育剂不下十种,其间遇到过各种问题,走过不少弯路, 现总结出来供同行参考。

孕育剂

1 孕育量的确定 

孕育量一般是根据产品的金相组织确定的,要考虑的金相组织主要有石墨形态及长短、是否出现渗碳体、珠光体含量等。湿型砂是所有砂型中冷却速度最快的砂型,含水量一般在3.0%左右,有些达到4.0%。因此,湿型砂生产灰铁件最容易导致薄壁部位出现渗碳体,在其它条件不变的情况下,这成为判定孕育量加入多少最重要的依据。

许多公司曾经遇到这样的问题:同样的原铁液、同样的孕育剂在不同的产品上用量相差很大,从0.15%到0.9%不等,而且加0.9%孕育量的产品薄壁部位还经常出现渗碳体。即使零件形状差别再大,如此大的偏差也是不合常理的,为此,我们进行了现场调查,结果如表1。

由表1可知,产品二每型铁液的浇重比产品一要少13kg, 因此,同样多的铁液浇注时间必须要延长一倍多。每型铁液的浇重是没法改变的,而不管何种孕育剂,要保持37min内不衰退也是不可能的,问题就出在出铁量这个环节上了。如果减少每包出铁量并多出两次铁,孕育衰退就可以避免;或者将孕育后移,即加大随流孕育量,也能解决这个问题。   

由于出铁和吊炉料上炉台是同一台吊车,要改变出铁方式对生产和物流势必产生较大影响,于是我们选择了加大随流孕育的方式。根据各方面资料介绍,一般灰铸铁孕育量在0.2%左右就足可以保证孕育良好,我们则尝试进行了加大随流孕育量的试验,试验结果见表2。


 可知,增加随流孕育加入量后,出铁槽孕育剂加入量大大降低,因此,随流孕育是解决孕育衰退好的办法。但随流孕育加入量太大,孕育剂有不能完全溶解的危险,因此,我们最后选择了出铁槽0.3%+随流0.18%的方式。相对湿型砂,树脂砂对灰铁件的激冷要小得多,白口产生的可能性也要少很多,因此,确定孕育量主要应该考虑石墨形态及长短,珠光体含量等。


2 关于白口   

某公司产品经常出现白口,白口对产品加工性能影响很大,如何预防和消除一直是公司日常工作的重点。产生白口的原因很多,我们在此抛开零件本身的形状和型砂水份的影响,仅就铁液和孕育方面进行一些探究。


2.1 铁液质量的影响   

众所周知,如果原铁液白口深度深则产品白口也深。原铁液白口深度与生铁白口的遗传性、废钢加入量的多少以及w(S)量的高低有关。在生产过程中,曾经有一段时间,由于生铁紧张,该公司只能用球铁生铁来生产灰铁铸件,其w(Si)量特别低,采用原有的孕育方式,产品白口多且深,只能用增加孕育量的办法来消除白口。

多用废钢也会导致产品白口增加。而S对孕育的作用已经比较清楚,w(S)在0.05%~0.1%,对孕育是有好处的,当然对减少白口也是有益的;如果w(S)低了,可以用加硫铁精矿的办法来补充,但w(S)是不是低于0.05%孕育就一定有问题呢?该公司曾经在很长一段时间内,产品中w(S)量在0.02%~0.04%,也没有出现孕育不良的问题,分析认为,这可能与该公司使用的孕育剂有关。  

该公司使用的SiBaCa孕育剂对高、低w(S)量铁液均有良好的孕育作用。不过,为了保证良好的孕育,w(S)量还是稍高一点好。 

2.2孕育的影响

现有的消除白口能力强的孕育剂主要有含Sr、RE、Ca等元素的孕育剂,一般可确保在15~20min内三角试片不出现白口,这对大多数产品来说已经足够。不过再强的孕育剂都存在衰退问题,所以预防白口的关键是铁液孕育后如何尽快浇注的问题,而加强随流孕育无疑又是其中好的办法。  

我们的经验:只要随流孕育加入量在0.15%左右,对大多数产品而言,白口问题基本可以得到解决。 

3关于孕育剂 

市场上销售的孕育剂品种很多,应该选择性价比高又适合自己的孕育剂产品。  

3.1  75SiFe

75SiFe是最常采用的孕育剂,其中的Al、Ca对孕育效果有重要的作用。但75SiFe孕育的铁液衰退很快,大件生产和流水线浇注炉生产时,一般不宜选择。要有效促进A型石墨形成,防止薄壁处白口的产生,必须加大75SiFe加入量,有时要达到1.0%,但加入量1.0%不仅增加成本,而且有可能导致铸件缩松。因此,不建议将其作为孕育剂。


3.2  含Sr孕育剂

含Sr孕育剂消除白口的能力很强,有利于改善薄壁铸件中石墨的形态和分布状况,使不同厚度处组织的差别更小,理论上还有预防缩松的作用。含Sr孕育剂对w(Al)、w(Ca)量有很高的要求,因为Al、Ca的孕育作用与Sr的作用刚好相反。一般要求w(Al)≤0.1%,w(Ca)≤0.3%,要达到这样的w(Al)、w(Ca)量,必须对SiFe进行精炼,势必增加含Sr孕育剂的生产成本,所以含Sr孕育剂都比较贵,差不多是75SiFe的2倍。 

不过含Sr孕育剂的加入量约为75SiFe的三分之一,因而总体来说,相比75SiFe的孕育效果有提高,经济上也是划算的。有资料介绍含Sr孕育剂能够解决产品缩松问题,然而该公司的生产实践证明并非如此:生产的一种冰箱压缩机零件,在产品的厚大部位偶尔出现缩松。公司曾试过修改浇注系统以增加对产品的补缩,降低浇注温度减少产品的液态收缩,但效果均不明显。试用含Sr孕育剂,加入量为出铁槽0.25%+随流0.15%,产品石墨等级为5级,薄壁部位无白口,但解剖厚大部位,仍存在缩松。产品共晶团数量为200个/mm²左右,比SiBaCa的500个/mm²左右确实要少,说明含Sr孕育剂没有问题,同时说明含Sr孕育剂解决缩松效果是比较有限的,不可期望太高。

3.3含Ba孕育剂 

含Ba孕育剂最重要的作用是减缓孕育衰退,具有很强的促进石墨化的能力,可改善薄壁铸件中石墨的形态和分布状况,进而减少厚薄部位的硬度差。w(Ba)在20%~30%的SiBa孕育剂,能显著降低铸铁的白口倾向,可保持孕育效果的时间增至30min左右,特别适用于大型铸件,而用于小件可能导致产品珠光体量不够。目前比较广泛使用的是w(Ba)在2%~3%的含Ba孕育剂,加入量0.3%左右,铁液在20min内孕育基本不衰退,其价格仅比75SiFe贵1000多元,用量约为75SiFe的三分之一,是值得广泛推广的孕育剂。 


3.4稀土复合孕育剂

稀土孕育剂一般不单独使用,经常和Ba、Ca合成一种稀土-Ba-Ca孕育剂,在保留含Ba孕育剂优点的基础上,脱氧能力更强,对高w(S)铁液特别有效。但这种孕育剂加入量不能过高,否则产品中w(RE残)量过高,可能使铸铁结晶时产生过冷,出现渗碳体组织。使用时必须严格控制用量,用量不超过0.4%。稀土孕育剂价格也不是太贵,只比含Ba孕育剂稍高,是值得选择的一种孕育剂。

4如何控制购买的孕育剂质量 

我们应该如何控制好购买的孕育剂质量呢? 

4.1化学检测

通过检测孕育剂中的Si、Al、Ca、Ba、稀土等的质量分数可以初步判定孕育剂是否合格,但这些元素的检测比较复杂,需要时间比较长,一般铸造厂并没有这种能力,因而,下面的方法更加实用。 

4.2目测

开袋检查孕育剂颜色是否正常?黑渣是否多?不符合粒度要求的、太粗的或太细的是否过多?这些问题最经常出现,每次进货之后一定要开袋检查。某公司曾经购买过一批孕育剂,化学检测元素合格,便投入使用,结果导致20多炉产品出现白口及石墨异常。经过检查发现是孕育剂中黑渣太多,孕育剂颜色发暗造成的。 

4.3现场试用

每批孕育剂到厂后,经上述检查合格,大家还要现场试用3~5炉,通过金相分析产品的石墨、白口、珠光体等组织,与正常生产的产品进行对比,发现异常立即停用,可避免批量产品报废。 

4.4供应商的选择

在选择供应商时,一般选择规模大一些并有一定信誉的供应商,这样,质量比较有保证。有些供应商没有自己的冶炼炉,也没有产品的化学检验手段,只是从他人手中购买大块的原料进行破碎,这样的供应商的质量保证能力很弱。 

5孕育不良或过量的危害 

孕育不良将导致石墨异常,薄壁部位出现白口,力学性能低下等问题;而孕育过量则导致石墨粗大,珠光体量不足,力学性能低下等问题。

孕育过量一般在工艺试制过程中容易出现,在正常生产条件下则一般不会出现。2006年,某公司把75SiFe孕育剂更换成SiBa孕育剂,虽然工艺试验时已经把孕育量从1.0%降为0.6%,然而客户反应加工后产品厚大部位仍出现石墨粗大,直到将孕育量降至0.4%后产品才恢复正常,这说明孕育过量或不足对不同的孕育剂是不同的。 

正常生产条件下孕育不良不会出现,但在设备出现问题时,尤其在流水线生产过程中,用浇注炉浇注铁液的工艺则经常出现孕育不良。因为在出现设备故障时,浇注炉中还存放有已经孕育但没有浇注的铁液,随着故障时间的延长,这些铁液将因为孕育衰退而导致孕育不良。在铁液量不太多时,我们一般采取在下包铁液中适当多加孕育剂的办法来重新孕育;而如果铁液量太多,则只能把浇注炉中的铁液重新回炉处理。 

6孕育剂的贮存与干燥 

孕育剂必须放在干燥通风的地方,回潮的孕育剂必须烘干后方可使用。每年3~5月,是南方的梅雨季节,越是通风的地方空气反而越潮湿,因此,这个季节使用孕育剂要更加小心。加在出铁槽或转运包的孕育剂不必烘干,只须在出铁前几分钟把孕育剂放在出铁槽或转运包内,利用余热把孕育剂烘干即可,特别注意的是,加入转运包的孕育剂不可过早,否则孕育剂有被氧化或粘在包底的危险,影响孕育效果。

随流孕育装置和浇注机在一起,每天可提前把随流孕育剂放在浇注机的炉台上自然干燥1~2h,然后再加入到随流孕育装置中,一般不需要专门烘干。有些工厂用压缩空气来带动随流孕育剂,一定要注意压缩空气的干燥问题,否则,压缩空气的水份可能对孕育产生影响。 

7结束语

灰铸铁的孕育对产品质量起着至关重要的作用,因此要慎重选择孕育剂种类,并且要特别注意使用方法,尽可能把孕育置后以增加孕育效果,减少孕育剂用量,稳定产品质量。



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