铸造高强度灰铸铁的4种工艺及控制原则【转帖】

老翻砂匠

当生产高强度（HT300和HT350级）灰铸铁件时更为突出，较难处理的两对主要矛盾是：提高金属强度将引起石墨形态恶化；而材质性能的升高将加大铸件产生缩松的倾向并降低铁水流动性。本文拟就此进行分析并相应地探讨一些调解措施，寄期能有助于拟订调试工艺方案和分析问题时参考。
　　
近年来，很多单位研究并发展了适应具体生产条件和不同铸件要求(包括薄壁高强度灰铸铁件)的高强度灰铁的生产方法，归纳起来，有以下四种。
　　
1、强化孕育铸铁炉料中加入较多的废钢，采用优质铸造焦，以得到出炉温度大于1500℃和高碳当量的铁水，用高效孕育剂强化孕育从而得到高强度灰铸铁。过去生产孕育铸铁依靠加入较多废钢，降低碳量来提高强度，但这种方法工艺性能不好，白口倾向大，尤其是对薄壁铸件(最小壁厚3～10MM)。近代高强度孕育铸铁不用这种方法，靠高效孕育剂来强化孕育，提高性能。一般的方法是：碳当量在3.9～4.1%左右，温度1480℃左右，要求铁水氧化少，采用SI-CA、CR-SI-CA、RE-CA-BA、SI-CA、SI-FE复合、稀土复合等高效孕育剂，进行孕处理。例如某厂5吨冲天炉，利用铸造焦，炉料中加入40%以上废钢，总焦比为7时，铁水温度1520℃～1540℃，炉渣中氧化铁含量低(1.8～3.0%)。经特种孕育剂孕育处理，当碳当量为4.28%时，试棒抗拉强度可达250MPA，相对强度RG=1.28，HB229，珠光体含量大于98%。又如某单位通过提高铁水过热温度，然后采用RE-CA-BA孕育剂对铁水进行孕育处理，烧注一批缸盖铸件，当碳当量为3.9～4.05%时，抗拉强度285～304MPA，相对强度RG=1.1～1.21，石墨形态好，加工后水压试验没发现缩松和漏水现象。
　　
2、合成铸铁所谓合成铸铁工艺，就是用感应电炉熔炼，炉料中用50%以上的废钢，其余为回炉铁和铁屑，经增碳处理得到的铁液。这种方法的优点是：(1)炉科采用大量废钢，不用生铁，降低了铸铁成本;(2)可获得含磷量低的铁水，减少磷量对缸体、缸盖等薄壁高强度灰铁缩松和渗漏缺陷的影响;(3)可避免生铁遗传性影响，铸铁石墨形态好，珠光体含量高，机械性能好，在同样当量时强度可比冲天炉铸铁提高1～2个牌号。
　　
我国某汽车厂利用合成铸铁工艺熔炼高强度灰铸铁生产缸体，效果很好，生产结果表明
　　
(1)采用合成铸铁熔炼工艺浇注的缸体机械性能高，当碳当量为4.0%时，抗拉强度大于250MPA，比冲天炉熔炼提高一个牌号;
　　
(2)铁水断面敏感性小，缸体不同厚度断面及阶梯试块断面硬度分布均匀;
　　
(3)铸铁含磷量低，含杂质少，克服铸件渗漏缺陷;
　　
(4)成本低;
　　
(5)熔炼工艺简单易行，容易撑握。
　　
3、低合金化孕育铸铁调整原铁水的化学成份使其达到较高碳当量，在炉内(或包内)加入少量铬、铜、钼等合金元素，获得高温低合金化铁水，再经孕育处理，得到石墨细小、珠光体含量高、片间距小的组织，从而获得高强度铸铁。用这种方法生产高强度灰铸铁，国外用得较广泛，效果比较稳定，合金元素多是CU，CR、MO、NI等。其最大优点是可使缸体、缸盖薄壁部分的基体组织得到95%以上珠光体，硬度差小。我国某些单位用0.3～0.7%CR，瞬时孕育，控制铬/硅比值，解决了缸体、缸盖的生产问题。
　　
4、调整铸铁常规化学成份及比例，获得高强度、低应力灰铸铁在碳当量保持不变的情况下，适当提高SI/C比值是提高机床铸件强度和刚度重要途经之一。北京机床研究所等单位在这方面作了系统的研究工作，他们认为：通过调整化学成份，特别是改变硅/碳比值，使SI/C在0.5～0.9，再加上适当的孕育和合金化，可以获得具有良好综合性能的高强度灰铸铁件。
　　
有关硅/碳比值的规律是：
　　
(1)在相同碳当量下，SI/C比值高，抗拉强度可提高30～60MPA，相对强度高，相对硬度低，弹性性能好;
　　
(2)在相同碳当量下，SI/C比值增加，残余应力有除低趋势，应力倾向也较小;
　　
(3)提高SI/C比值，白口倾向小，断面敏感性小，而对铁水流动性，线收缩率无影响。
　　
调整锰、硅含量，使含MN量比含SI量高0.2～1.3%以上，得到另一种高强度低应力铸铁。灰铸铁含MN在1.5～3.0%范围内，提高含MN量，尤其是当MN量大于SI量后，能显著细化共晶团，易于获得D、E型石墨和细珠光体基体。另外，控制灰铸铁中MN、SI差值和MN的绝对值，使MN、SI差值在0～0.5%，MN大于2%，还可以在灰铸铁中得到不同类型的硬化相。
　　
因此，控制MN、、SI差值和MN绝对值，就能获得机械性能高，硬度均匀，耐压致密性好和耐磨性能好的高强度灰铸铁。
　　
考察机械制造的动态可知，机械——尤其是行走机械，其研发重点内容之一是提高金属强度以减轻自重和提高使用寿命。
　　
如果孤立地仅就金属强度而言，要提高灰铸铁强度并非难事，因为只要降低灰铸铁的碳硅量，即可减少所形成的片状石墨（相对于金属而言，石墨的硬度和强度可以视为零），同时加入合金元素强化基体，就能达到这一目的。

谭文海

谢谢，分享

误上贼船

有一个问题，用电炉熔炼，把废钢含量提高，碳当量也相应提高，可以保证强度，但不能降低缩孔倾向，也就是说，同样的碳当量，废钢比例高，缩孔倾向大。是这样么，用这个方法解决缩孔好像是不行。还用 如果加CR，是不是容易形成碳化物，也会影响加工性能呢？

铸造小猫

回复 3# 误上贼船
大比例废钢熔炼灰铁，合理使用增碳剂和碳化硅，能够解决缩孔缩松倾向大的问题。关键是生铁加入量要控制好，孕育效果要保证

老翻砂匠

回复 4# 铸造小猫

增碳剂和碳化硅的质量也很重要的~

铸造小猫

回复 5# 老翻砂匠
这是必须的，任何一个环节原材料不够好，最后都会问题一堆

铸造如医

老翻砂匠 发表于 2015-6-16 22:29
回复 4# 铸造小猫

增碳剂和碳化硅的质量也很重要的~

前辈您好，哪里的碳化硅比较好，能否推荐一两个？谢谢

谭文海

辛苦，谢谢

富康铸造

谢谢老师