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球铁球化孕育处理发展与球墨铸铁处理工艺
日期：2020-04-06 16:44点击：次
多年来，许多工程师和研究人员都在研究一种提高铸铁球化和孕育效果的办法。薄壁球墨铸铁和厚壁球墨铸铁的球化方法和孕育处理工艺受到较大的重视。
{一}、球铁球化孕育处理发展
多年来，许多工程师和研究人员都在研究一种提高铸铁球化和孕育效果的办法。薄壁球墨铸铁和厚壁球墨铸铁的球化方法和孕育处理工艺受到较大的重视。型内孕育由于孕育剂在型内进行，铸件凝固时间短，球化和孕育的效果好，是目前球墨铸铁球化和孕育处理的新发展。这种工艺是在浇注系统中设计孕育处理室，把孕育剂直接放入型内反应室或者放入冒口颈、横浇道或铸件内浇口的上游型腔内进行处理，在充型过程中完成孕育处理，具有良好的球化和孕育效果。进行型内孕育时要注意的问题有，所加的合金必须完全溶解，而且要保证从浇注开始直到终了都具有适当的浓度均匀性；不允许将未溶的剩余合金带入铸件内部，同时浇注系统要设计集渣装置，防止反应熔渣进入铸件。为了满足这两个方面的基本要求，首先从孕育剂的物理形状出发，合金的物理形状有：单一块状、松散粒状、密集粒状或根据需要而具有的特殊形状；一般国外采用单一块状合金的孕育剂，其尺寸设计应能保证在浇注终了时，孕育剂反应完全。型内孕育处理工艺的优点为处理过程反应平稳、孕育剂吸收率高、孕育衰退倾向较小。
稀土硅与球化剂同时添加后，普通孕育与型内孕育方法可以分别获得铸态薄壁新型高强度球墨铸铁件和Y型铸态高强度球墨铸铁件。利用高纯生铁(3.9%C(质量分数，下同)、0.01%Si、0.05%Mn、0.01%P、0.006%S)、电解铁、Fei-Si、Fe-Mn、S-Fe及纯铜，用10kHz，20kW的高频电炉溶制最终目标组成为3.7%C(质量分数，下同)、2.5%Si、1.0%Mn、0.02%P、0.012%S及1%～2.5%Cu的球墨铸铁原铁水；铁水温度1773K时用Fe-Si-Mg-RE(5.95%Mg(质量分数，下同)、2.35%RE)球化剂浇包法球化处理，考虑原铁水S含量RE目标值为0.05%，不足的RE量用RE-Si补充(其中w(RE)=31.7%)，与球化剂同时加入。球化反应后用质量分数为0.4%的Fe-Si进行孕育处理，在1673K时浇入!10mm试样铸型，用!10mm铸件加工为!6mm标准拉伸试样，进行拉伸试验。结果表明：w(Cu)=2.5%的试样抗拉强度超过1200MPa、伸长率3%、硬度310HB。获得与奥贝球墨铸铁相匹敌的铸态新型高强度、低硬度球墨铸铁。观察显微组织发现：其组织为无渗碳体析出的全珠光体基体上分布有球化良好的小球径石墨，而且珠光体很细化。分析认为：通过添加与原铁水中S量相对应的RE量，在铁水中形成充当石墨核心的硫化物，当石墨核心数增加到临界白口石墨球数以上时，石墨化作用抑制了渗碳体形成的同时，使锰、铜加入量提高成为可能；二者分布在珠光体基体上，锰促进珠光体中渗碳体形成，而铜阻碍固溶于奥氏体中的碳原子向石墨球扩散从而形成细化的珠光体基体，可以铸态获得高强度球墨铸铁。
{二}、球墨铸铁处理工艺
1、熔炼
目前较多使用的是冲天炉、电炉双联熔炼和中频感应电炉熔炼两种方式。两种方式各有其优点和不足。冲天炉熔炼效率较高、铁液纯净度高、流动性好，但熔炼过程中使用的焦炭具有增硫作用，而且冲天炉铁液出炉温度相对较低，需使用电炉对其铁液进行加温和吹氮脱硫，使得熔炼成本增加；单独使用中频感应电炉熔炼，对原材料提出较高要求。一方面，使用高纯生铁和碳素结构钢熔炼；另一方面，使用碳素结构钢加增碳剂熔炼。电炉熔炼不管采用哪种原材料的方式，铁液的流动性都不如冲天炉电炉双联熔炼的好。而且浇注后的产品容易出现缩松等铸造缺陷。必须采用在铸件厚大面增设外冷铁或良好的补缩手段才能生产出合格的产品(也有的厂家采用高刚性铸型实现产品的自补缩)。
原材料在加入炉内之前，要除锈烘干，避免铁液内含气量超标。原铁液出炉前不要做除气处理，以免带入杂质(如果用Al脱氧，产生高熔点Al2O3随脏物排除的同时，部分的Al溶解入铁液，不但破坏石墨球的生长，还偏析到奥氏体的周界；如果用1号稀土脱氧，将使铁液中稀土含量增加，球墨铸铁件有变脆的倾向)。铁液出炉温度1480~1500℃左右，不要超过1520℃或在1520℃左右长时间停留，否则会使铸件的致密度和力学性能明显降低。因为较高的过热度会造成近程有序结构不可逆的松弛，即使采用优良的孕育手段也很难奏效。
2、采用适量的球化剂和球化处理方法
采用稀土含量较低的球化剂。加入量适当控制。因原铁液含S量较低，球化剂的加入量一般情况下不应该超过1.5%。如果铸件中Mg或者RE的含量超过0.03%时，其离子有向晶界集中的倾向，使产品的脆性急剧增加。不管采用何种类型球化剂只要能保证球化效果，其加入量越少越好。球化时采用包内冲入法，球化剂和孕育剂上要覆盖同类的铁屑，覆盖量应在5~8mm厚为宜。参与球化的铁液不应少于300kg。1~2t的铁液，两次倒入铁水包为好，其他情况下应一次孕育，直接倒入，避免中间环节时间过长。
3、合理孕育
采用75Si-Fe，二次孕育，合理分配。依据铁液重量多少确定孕育剂块度大小。1t以下铁液，孕育剂尺寸为15mm；1~2t铁液，孕育剂尺寸为20mm；2t以上为30~40mm。孕育剂要纯净，不得有氧化层和其他赃物，表面要新鲜，使用前要烘干。有条件的生产厂家可以采用随流孕育或者在浇注系统中放置大块孕育剂，保证良好、长效孕育效果。
4、浇注
铁液出炉到浇注成型整个过程要紧凑、协调，任何环节不得出现故障停止现象。整个过程宜在15min内完成，时间越短越好。
5、热处理
为了消除可能存在的碳化物和磷共晶；增加基体中铁素体含量，提高韧、塑性；消除或减少铸造应力吼采用退火工艺、二次保温方法。
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