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球墨铸铁热处理工艺跟球墨铸铁处理工艺

日期:2020-05-12 20:22点击:次
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)。
{一}、球墨铸铁热处理工艺
  球墨铸铁(简称球铁)自上世纪四十年代问世并投入生产以来以其耐磨、减振和生产成本低廉等优点得到了迅猛的发展。迄今为止,球铁在汽车、机车车辆、机械机床及配件、铸铁管等生产中获得了广泛的应用。我国球铁在2006年的产量己增长为680多万吨,约占当年世界球铁总产量的31.6%,在铸铁件中所占的比重也由1997年的14.1%增至24一25%,仅球铁曲轴年产量就达到约20万吨,1000万根以上。球铁铸件除了产量大,种类多之外,目前厚大球铁件也在不断研发和生产。球铁依然是本世纪最为重要的工程结构材料之一。
  随着现代装备向轻量化、节能、高效的方向发展,人们对球铁的强度和使用性能的要求也不断提高。因此,铸造和冶金工作者通常采用铸造合金化,抑或通过热处理工艺来达到提高球铁机械性能的目的。但是,前者因在球铁铸造过程中需添加昂贵的合金元素(如Ti、Cu等),使球铁件的生产成本大大增加,这极大地削弱了球铁件廉价的市场优势;后者耗时、耗能的弊端使球铁生产失去了市场开发的竞争力。而且,球铁较合金钢韧性差,目前球铁强化手段对冲击韧性的提高非常有限。
  金属塑性加工理论经上世纪四十年代发展成为一门单独的应用学科以来,涌现出大量的新设备和新工艺。它是金属材料在外力作用下成形的同时改善和提高其内部组织、性能,尤其是铸造组织的一种加工方法。通过金属在塑性状态下的体积转移,充分提高了制件的材料利用率,提高了制件的强度和工件的精度。而在高温塑性变形过程中,将金属的形变和相变结合在一起的热机处理过程不仅能提高材料的强度,改善金属微观组织,还可以大大提高生产效率,节省了不必要的能源消耗,典型的塑性加工工艺有连铸连轧、锻造余热淬火、控制轧制、超塑性成型等。
  由于塑性变形不仅可以合理消除球铁中缩孔、缩松等收缩类铸造缺陷,提高球墨铸铁强度和综合使用性能,还可以减少甚至替代现有的一些合金化和热处理工艺,达到减低成本,增加生产效率,降低能源消耗的目的。因此,将塑性成形工艺应用在球铁材料上势在必行。通过塑性变形提高球铁的强度和冲击韧性,将最大限度地发挥球铁自身优良的耐磨性、减震性以及低廉的生产成本等特点,也为球铁齿轮、轴承甚至曲轴类工件的应用开辟更广阔的空间。
  但是,目前国内外对球铁可塑性的研究非常匾乏,尤其是系统地分析球铁在高温下的塑性行为,以及变形对球铁微观组织变化的影响规律尚不多见。这严重影响了塑性加工工艺在球铁中的应用,也阻碍了球铁产业的进一步扩大发展。
  {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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