高韌性球鐵生產技術（高韌性球鐵生產技術）

2023-10-16 21:20:58

高韌性球鐵生產技術?鑄態高強度高韌性球墨鑄鐵生產技術 摘要 本文以鑄態QT600-10材質生產技術為例，簡要介紹了鑄態高強度高韌性球墨鑄鐵件控制要點：在鑄態通過控制影響力學性能的微觀組織因素，滿足球墨鑄鐵件高強度和高韌性的要求 關鍵詞 鑄態高強度高韌性；鑄態QT600-10；合金化； 　　鑄態高強度高韌性球墨鑄鐵件，在滿足特殊性能要求的基礎上，減少了熱處理環節，節約了中間運輸成本，縮短了供貨周期，是企業在製造過程中，努力追求的方向，特別是當前市場競爭激烈日趨白熱化的環境下，可以有效減低企業生產成本，提高產品競爭力現結合本企業，在多年生產鑄態高強度高韌性球墨鑄鐵件方面積累的經驗，以QT600-10材質為例介紹其控制方法 　　1 引言 包括球墨鑄鐵在內的鑄造合金的性能是由其含有一定成分的顯微組織所決定的，要獲得所需的性能，可以通過控制其顯微組織，並使該組織中含有一定數量的合金強化元素通常強度與塑性之間始終存在矛盾，而隨著對合金強化基體組織認識的加深，對於金屬材料性能特殊要求的不斷提高，要求球墨鑄鐵強度達到600MP以上，同時要求其具有很好的強韌性延伸率10%以上，通過熱處理很難同時保證強度與韌性要求，通過控制影響顯微組織的因素（化學成分，合金化，熔煉質量，球化孕育處理、壁厚條件、冷卻速度等），可以滿足鑄態高強度，高韌性要求，現簡單介紹其控制方法： 　　2 化學成分的選擇 　　2.1 碳 碳促進鎂的吸收，改善球化、提高石墨球的圓整度；提高鐵液的流動性，減少鑄件的疏鬆缺陷和縮凹傾向；能夠促進石墨化，減小白口傾向但是，過高的碳又容易產生石墨漂浮，使鑄件綜合性能降低因此將碳控制為3.5%~3.7% 　　2.2矽 促進石墨化元素，在球墨鑄鐵生產中由於矽的孕育作用，使珠光體和鐵素體的比例改變：Si控制在2.0%~2.5%有利於珠光體組織的生成，而為了在保證強度達到600MP的基礎上，延伸率達到10%，必須適當提高孕育效果，保證一定比例的鐵素體組織，將矽控制在2.5%~2.8% 　　2.3 錳 錳使穩定珠光體元素，可以提高強度和硬度，降低塑性和韌性；但錳易產生偏析，錳量過多，易在共晶團邊界形成化合物，降低鑄件的力學性能，對厚大鑄件更為嚴重 　　一般不採用錳作為鑄態形成珠光體的元素，將錳控制為<0.5% 　　2.4 硫 硫與鎂、稀土親和力很強，消耗鐵液中的球化元素，形成MgS、RES渣，降低球化率；硫越高、消耗球化劑越多、因此鐵液含硫量高是造成球化元素殘留量少而導致球化不良的主要原因；另外，含硫量高還容易產生夾渣、皮下氣孔等缺陷故S<0.03 % 　　2.5 磷 磷在球鐵中溶解度很低，當磷超過某一含量時，易偏析於共晶團邊界形成磷共晶，降低鑄件的塑性、韌性和強度，並且使鑄件產生冷裂因此P <0.05 % 　　2.6 鎂和稀土 鐵液中有一定的鎂和稀土元素的殘留量才能保證石墨成球在稀土鎂球鐵中，鎂起主要球化作用，稀土起輔助球化作用，並起到淨化鐵液、抗球化幹擾元素的作用將它們控制在如下範圍：Mg殘0.030%~0.05%、RE殘0.030%~0.05% 　　2.7銅 錫 銅在共晶轉變時，促進石墨化，減少或消除游離滲碳體的形成；在共析轉變時，促進珠光體的形成，可減少或完全抑制鐵素體的形成；對基體固溶強化是鑄態高強度高韌性球墨鑄鐵生產中，理想的合金元素而銅量小於0.4%時，對於大量增加珠光體數量沒有明顯影響，對於薄壁鑄件採用銅作為合金元素保證強韌性要求是最為理想的選擇，根據壁厚條件，控制Cu的範圍為0.20~0.50%； 　　而對於厚壁件，採用一定比例的微量合金元素錫（在0.04%可以消除鐵素體獲得鑄態珠光體；加入0.06%~0.10%，可使64mm厚的斷面在鑄態完全珠光體，且不形成游離滲碳體）配合一定比例的銅來控制基體組織比例，並強化微觀組織，根據鑄件壁厚Cu Sn%為0.2~0.5% 0.02~0.05%，可以有效保證鑄態球墨鑄鐵件的強韌性要求 　　3 鐵液的熔煉 鐵液採用中頻感應電爐熔煉工藝，使用儘可能純淨的生鐵：P、S、幹擾球化元素及各類合金元素要儘可能低；回爐鐵一般為同材質的澆冒口、廢品或加工的鐵屑，便於合金回用降低成本，也有利於鐵水成分控制；廢鋼應儘可能選用單一種類、乾淨，無砂、鏽等雜物的廢鋼；合金銅、錫是產品性能是否能達到要求的關鍵，在不利用特殊專用球化劑、孕育劑的情況下，如何確保合金在鐵水中均勻，是產品質量和性能穩定的基礎，考慮到兩種合金在熔煉過程中不燒損，在熔煉前期以合金形式加入到爐底熔煉，可以確保合金在整爐鐵水中最大限度的濃度均勻；原鐵水化學成分控制原則上CE適中，C 高，Si低，Mn，P，S低，幹擾元素Ti低的前提下，爐料配比使C：3.6~3.8%，Si：1.1~1.5% ，我來為大家科普一下關於高韌性球鐵生產技術?下面希望有你要的答案，我們一起來看看吧!

高韌性球鐵生產技術

鑄態高強度高韌性球墨鑄鐵生產技術 摘要 本文以鑄態QT600-10材質生產技術為例，簡要介紹了鑄態高強度高韌性球墨鑄鐵件控制要點：在鑄態通過控制影響力學性能的微觀組織因素，滿足球墨鑄鐵件高強度和高韌性的要求。 關鍵詞 鑄態高強度高韌性；鑄態QT600-10；合金化； 　　鑄態高強度高韌性球墨鑄鐵件，在滿足特殊性能要求的基礎上，減少了熱處理環節，節約了中間運輸成本，縮短了供貨周期，是企業在製造過程中，努力追求的方向，特別是當前市場競爭激烈日趨白熱化的環境下，可以有效減低企業生產成本，提高產品競爭力。現結合本企業，在多年生產鑄態高強度高韌性球墨鑄鐵件方面積累的經驗，以QT600-10材質為例介紹其控制方法。 　　1 引言 包括球墨鑄鐵在內的鑄造合金的性能是由其含有一定成分的顯微組織所決定的，要獲得所需的性能，可以通過控制其顯微組織，並使該組織中含有一定數量的合金強化元素。通常強度與塑性之間始終存在矛盾，而隨著對合金強化基體組織認識的加深，對於金屬材料性能特殊要求的不斷提高，要求球墨鑄鐵強度達到600MP以上，同時要求其具有很好的強韌性延伸率10%以上，通過熱處理很難同時保證強度與韌性要求，通過控制影響顯微組織的因素（化學成分，合金化，熔煉質量，球化孕育處理、壁厚條件、冷卻速度等），可以滿足鑄態高強度，高韌性要求，現簡單介紹其控制方法： 　　2 化學成分的選擇 　　2.1 碳 碳促進鎂的吸收，改善球化、提高石墨球的圓整度；提高鐵液的流動性，減少鑄件的疏鬆缺陷和縮凹傾向；能夠促進石墨化，減小白口傾向。但是，過高的碳又容易產生石墨漂浮，使鑄件綜合性能降低。因此將碳控制為3.5%~3.7%。 　　2.2矽 促進石墨化元素，在球墨鑄鐵生產中由於矽的孕育作用，使珠光體和鐵素體的比例改變：Si控制在2.0%~2.5%有利於珠光體組織的生成，而為了在保證強度達到600MP的基礎上，延伸率達到10%，必須適當提高孕育效果，保證一定比例的鐵素體組織，將矽控制在2.5%~2.8%。 　　2.3 錳 錳使穩定珠光體元素，可以提高強度和硬度，降低塑性和韌性；但錳易產生偏析，錳量過多，易在共晶團邊界形成化合物，降低鑄件的力學性能，對厚大鑄件更為嚴重。 　　一般不採用錳作為鑄態形成珠光體的元素，將錳控制為<0.5%。 　　2.4 硫 硫與鎂、稀土親和力很強，消耗鐵液中的球化元素，形成MgS、RES渣，降低球化率；硫越高、消耗球化劑越多、因此鐵液含硫量高是造成球化元素殘留量少而導致球化不良的主要原因；另外，含硫量高還容易產生夾渣、皮下氣孔等缺陷。故S<0.03 %。 　　2.5 磷 磷在球鐵中溶解度很低，當磷超過某一含量時，易偏析於共晶團邊界形成磷共晶，降低鑄件的塑性、韌性和強度，並且使鑄件產生冷裂。因此P <0.05 %。 　　2.6 鎂和稀土 鐵液中有一定的鎂和稀土元素的殘留量才能保證石墨成球。在稀土鎂球鐵中，鎂起主要球化作用，稀土起輔助球化作用，並起到淨化鐵液、抗球化幹擾元素的作用。將它們控制在如下範圍：Mg殘0.030%~0.05%、RE殘0.030%~0.05%。 　　2.7銅 錫 銅在共晶轉變時，促進石墨化，減少或消除游離滲碳體的形成；在共析轉變時，促進珠光體的形成，可減少或完全抑制鐵素體的形成；對基體固溶強化。是鑄態高強度高韌性球墨鑄鐵生產中，理想的合金元素。而銅量小於0.4%時，對於大量增加珠光體數量沒有明顯影響，對於薄壁鑄件採用銅作為合金元素保證強韌性要求是最為理想的選擇，根據壁厚條件，控制Cu的範圍為0.20~0.50%； 　　而對於厚壁件，採用一定比例的微量合金元素錫（在0.04%可以消除鐵素體獲得鑄態珠光體；加入0.06%~0.10%，可使64mm厚的斷面在鑄態完全珠光體，且不形成游離滲碳體）配合一定比例的銅來控制基體組織比例，並強化微觀組織，根據鑄件壁厚Cu Sn%為0.2~0.5% 0.02~0.05%，可以有效保證鑄態球墨鑄鐵件的強韌性要求。 　　3 鐵液的熔煉 鐵液採用中頻感應電爐熔煉工藝，使用儘可能純淨的生鐵：P、S、幹擾球化元素及各類合金元素要儘可能低；回爐鐵一般為同材質的澆冒口、廢品或加工的鐵屑，便於合金回用降低成本，也有利於鐵水成分控制；廢鋼應儘可能選用單一種類、乾淨，無砂、鏽等雜物的廢鋼；合金銅、錫是產品性能是否能達到要求的關鍵，在不利用特殊專用球化劑、孕育劑的情況下，如何確保合金在鐵水中均勻，是產品質量和性能穩定的基礎，考慮到兩種合金在熔煉過程中不燒損，在熔煉前期以合金形式加入到爐底熔煉，可以確保合金在整爐鐵水中最大限度的濃度均勻；原鐵水化學成分控制原則上CE適中，C 高，Si低，Mn，P，S低，幹擾元素Ti低的前提下，爐料配比使C：3.6~3.8%，Si：1.1~1.5%。

　　4 球化及孕育處理 　　4.1 球化劑的選用 球化劑的選用與鐵液質量有關：原鐵液中含硫量不同，選用含稀土量不同的球化劑，即使利用電爐熔煉，如果使用的生鐵中含硫及其它雜質元素多，原鐵水含S＞0.03%，則選用FeSiMg8RE7的球化劑；S＜0.03%時，則選用低稀土的FeSiMg8RE5或FeSiMg8RE3球化劑。 球化劑質量不僅與化學成分有關，而且與粒度也有一定的關係，生產實踐過程中，粒度過大，不易快速溶解，使反應熔化時間長，導致球化劑上浮至鐵液表面燒損，鎂的吸收率下降，影響球化效果；同時，球化劑粒度過小，特別是呈粉末狀的比例要嚴格控制，因為鐵水溫度高，容易直接燒損，溫度低則，直接氧化。生產過程中球化劑粒度主要還是取決於球化包的大小和球化溫度：生產過程中使用300Kg球化包，球化處理溫度1510°C~1540°C，因此球化劑粒度選用5~30mm，超標粒度的球化劑應小於5%。 　　4.2 球化處理 採用通用的堤壩式衝入法球化處理，堤壩高度為100~200mm，球化劑加入球化包堤壩靠爐體一側後，加0.4%的粒度為3~8mm孕育劑覆蓋在球化劑上，用鐵叉搗平搗緊，再加放一塊厚度8mm專用壓板用鐵叉搗平，由此可提高鎂的回收率20%~30%，球化劑加入量約為鐵水重量的1.0%~1.2%。球化反應時間一般為100秒~120秒，球化時鐵水應避免直接衝到球化劑上，球化方式應是鐵水大約到1/3時開始球化反應。由於電爐熔煉的鐵水純度高，表面活度大，鐵水容易氧化，因此球化反應結束後，要立即加集渣劑覆蓋，及時轉包孕育，球化處理後的鐵水應該儘可能快的澆注完畢，避免球化衰退和溫度降低過多，影響產品質量，一般根據鑄件大小，等待澆注的時間，不超過8分鐘。　　4.3 孕育處理 孕育劑選用常用的75FeSi，為提高孕育效果，併合理控制終矽量根據生產條件，採用二次孕育處理方式：採用衝入法球化時在球化劑表面加入0.4%的孕育劑，孕育劑粒度3~8mm，待衝入鐵液進行球化處理時，同時發生孕育作用，在澆注前將鐵水從球化包轉入澆注包時在鐵水表面加入0.2~0.3%的粒度為1~3mm的孕育劑作為二次孕育，可以有效防止孕育衰退提高孕育效果。 由於鑄態高強度高韌性球墨鑄鐵件的性能主要由合金化後的微觀基體組織保證，而珠光體數量以及鐵素體基體強度主要依靠合金銅、錫的作用體現，適當加強孕育效果，有利於鑄件在保證抗拉強度達到600MP的前提下，有較強的韌性，延伸率＞10%，並能有效消除碳化物，有利於鐵水補縮，減小鐵水收縮傾向，防止鑄件產生疏鬆。