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球墨鑄鐵石墨開花的解決方法

放大字體  縮小字體 發布日期:2014-01-26  來源:中國碳谷網  作者:中國碳谷網  瀏覽次數:3650
核心提示:球墨鑄鐵石墨開花的解決方法,為了 提高產品的合格率,減少質量隱患,我們對鑄造鑄件質量進行了統計分析與研 究,找出了造成石墨質量異常的原因,并采取了有效的預防措施。

  在生產過程中,高強度、高伸長率的鐵素體基球墨鑄鐵( 如QT450 — 12A),常有少量鑄件力學性能( 如抗拉強度和伸長率) 達不到技術要求。為了 提高產品的合格率,減少質量隱患,我們對鑄造鑄件質量進行了統計分析與研 究,找出了造成石墨質量異常的原因,并采取了有效的預防措施。

  一、基本生產工藝及產品質量統計

  1. 生產條件

  ( 1) 熔化設備 兩臺3t 工頻爐。

  ( 2) 原料 生鐵、廢鋼、回爐料。

  ( 3) 爐內鐵液成分 wC = 3. 85 % ~3. 95 % 、wSi ≤1. 6 % 、wMn ≤0. 20 % 、wP ≤0. 06 % 、wS ≤0. 03 %。

  2. 數據分析

  造成產品力學性能不合格的主要原因是金相組織石墨開花,約占總數的4. 51 % ( 占廢品總數的92. 1 %),且主要為每爐的首/ 尾包處理的鐵液。開花狀石墨 在有外力作用時會引起應力集中,從而使力學性能降低。

  二、原因分析及應對措施

  1. 開花狀石墨的形成

  ( 1) 球狀石墨主要是從鐵液中直接析出,并按螺形位錯生長。石墨剛從鐵液中析出時,由于鐵液溫度較高,石墨可能生長也有可能被熔解。隨著鐵 液溫度的降低,石墨生長加快,當石墨長大到一定尺寸后,在鐵液熱混流的作 用下,石墨容易破裂,形成開花狀石墨。

  ( 2) 共晶轉變時,隨著溫度的降低,鐵液中的碳通過奧氏體邊界析出 到被奧氏體包圍的石墨球上的速度加快,這樣石墨球的體積增大而奧氏體的邊 界被束縛,使石墨球內應力提高,當這種內應力達到足以突破奧氏體邊界束縛 力時,石墨球也會破裂開花。

  2. 石墨開花的主要表現

  爐前增碳

  根據開花狀石墨球的形成過程可知,爐前增碳會造成 爐內表面鐵液中石墨的遺傳,且遺傳較大的石墨顆粒在球化處理時作為外來晶 核優先長大,引起石墨球大小不均,較大的石墨球在共晶溫度鐵液中不穩定而 生長速度相對較快,在高溫熱混流作用下容易破裂,產生開花狀石墨。而當前爐次的第二包和其他包處理的鐵液,因為爐內鐵液基本不存在未熔化的碳的遺 傳,所以球化質量相對比較穩定。

  3. 工藝措施

  根據上述觀點,在鐵液碳當量不變的情況下,要解決開花狀石墨球必 須從以下幾個方面采取工藝措施。

  ( 1) 減少原料中碳的遺傳

  由于熔化鐵液時常需加入一定量的增碳劑, 以保證鐵液出爐時的碳含量要求。因此,一方面,當鐵液中碳的含量低于工藝 要求時,實際生產過程中采取增碳處理后應將爐內鐵液溫度提高到1560 ~ 1580 ℃,并過熱 10 ~15min,使未熔的大石墨充分熔解為均勻的小顆粒石墨, 以保證球化良好;另一方面,配料時鐵液中的碳最好一次性配到工藝要求的范 圍內,這就要求配料人員必須準確估算爐內剩余鐵液量和使用的回爐料的化學成分,這會使生產節奏好,并降低生產成本。

  ( 2) 避免球化處理時過早出現大的石墨球 降低球化處理時鐵液的碳當量( CE) ,使CE≤4. 55 % ,適當減少一次孕育量,防止鐵液過早出現較大 的石墨球。

  ( 3) 降低高溫鐵液的熱混流現象 球化處理時,鐵液溫度應控制在 1540 ~1560 ℃,澆注溫度應控制在1400 ~1440 ℃。從球化處理到澆注完畢的時間應控制在10min 內,減少石墨球在液態條件下的生長時間。

  ( 4) 降低碳的活度和增強奧氏體的強度( 合金處理、減少石墨球數和 細化石墨球) 相關資料表明,廢鋼有促進生成白口鐵的現象。配料時加入的廢 鋼越多,球化處理時石墨的析出能力越低,形成的石墨球數越少且細小。爐前 碳的含量高時加廢鋼降碳,從未發現石墨開花現象可說明這一點。錳固溶于奧 氏體中,會降低碳的活度,使碳通過奧氏體邊界析出的速度降低。而實際生產中,加入大量廢鋼是不可能的,因為廢鋼加入越多,原鐵液的含碳量越低,需 大量增碳,不但增加工作量且浪費原料和能源,而適當控制錳的含量既方便又 經濟。實際生產中,當碳高且硫和錳低時,對首包處理的鐵液應采取將wMn 控 制在0. 20 % ~0. 25% 的工藝措施。

  ( 5) 準確把握球化處理和倒包時鐵液量 這就要求生產人員經驗( 憑 視覺估算鐵液量) 豐富。在實際生產中,相當一部分金相組織石墨開花的不合 格件就是由于球化處理時鐵液量太少,以及倒包后鐵液分配不均引起碳當量過 高所造成的。

  ( 6) 準確控制出爐溫度和澆注溫度 出爐溫度過高或過低均會影響球 化處理時鐵液對稀土鎂的穩定吸收,造成球化效果波動,也影響后期的孕育效 果。澆注溫度的高低,不僅受出爐溫度高低的影響,還受到澆包狀況和后期孕 育劑加入量及粒度大小的影響。因此,出爐溫度和澆注溫度的高低都會造成鑄 件產生開花狀石墨缺陷。

  石墨球開花不合格相對減少,不合格包數較 采取措施前大幅下降。通過不合格包次的化學成分分析發現,不合格件主要是 硅含量偏高( wSi ≥2. 8%) 及熔煉鐵液時成分控制不準確造成的。

  三、結語

  綜上所述,在高碳當量的工藝條件下,采取以上工藝措施,有效地降 低了球化處理后石墨開花的現象,不良品率降至1% 左右,為大批量生產高強 度、高伸長率的鐵素體基球墨鑄鐵( 如QT450 —12A、QT400 —15)奠定了良好 的基礎。

  當前爐次的首包 工頻爐的攪拌雖然較均勻,但在爐內鐵液的上 層因感應圈的攪動力較差,從而導致上層鐵液含碳量較高,因此,首包鐵液在 球化處理過程中碳易積聚而導致石墨長大,進而破裂引起石墨開花。

  當前爐次的首包鐵液球化溫度較高 過高的球化處理溫度可能引 起兩種球化結果:

 、偾蚧瘎龘p過多導致球化不良,金相組織出現片狀和蠕蟲 狀石墨。

 、 由于石墨生長過快但又不穩定,導致石墨破裂,出現石墨開花。

  當前爐次的出爐溫度較低過低的出爐溫度將導致球化劑的吸收率 較高,過高稀土鎂使石墨生長過快,大的石墨破裂引起石墨開花。

 
關鍵詞: 石墨 球墨鑄鐵石墨
 
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