铸铁熔炼基本知识.docx

铸铁熔炼基本知识.docx

《铸铁熔炼基本知识.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《铸铁熔炼基本知识.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

铸铁熔炼基本知识

铸铁熔炼基本知识（内容）

一、熔解的目的

获得一定成分和一定温度的铁水

二、球铁和灰铁的主要性能特点及原因

1.灰铁的性能特点及原因

a）强度的性能差

●石墨的缩减作用——灰铸铁组织中存在大量的石墨，石墨强度很低可近似认为无强度，这就使得材料的实际承载面积总比材料的实际面积要小

●石墨的缺口（切割）作用——灰铸铁组织中的石墨大多以片状形式存在，在石墨片的确良尖端有应力集中现象易导致基体过载失效

b）硬度不稳定因受石墨的影响大硬度稳定性差

c）缺口敏感性低——灰铸铁组织中存在大量的石墨，石墨的缩减作用与石墨的缺口作用使得灰铸铁缺口敏感性低，石墨片越粗大缺口敏感性越低

d）良好的减震性——大量的石墨阻止了振动的传播，将能量转化为热能而散发

e）良好的减摩性

●石墨本身具有润滑作用

●石墨脱落处可存储润滑油以保证油膜完整从而提高润滑效果

2．球铁的性能特点

1）强度和硬度高

2）具有一定的韧性

3）优良的屈/强比

4）较低的缺口敏感性

原因：

石墨呈球状对基体割裂作用弱，基体连续

3．球铁灰铁性能差异的根本原因

球铁灰铁性能差异的根本原因在于石墨形状的不同。

三、影响铸件性能的主要因素

1．常见合金元素对铸件性能的影响

1）C、Si（CE）的影响

●碳当w（CE）%=w（C）%+w（Si+P）%/3

●对球铁的影响

●CE值过高会产生石墨漂浮现象，使夹杂物增多铸铁性能下降；CE值过低易产生缩松裂纹等缺陷，CE值在4．6—4．7%左右时易形成组织致密的铸件（实际生产球铁时,如对性能成分无特殊要求,则原汤调质目标为C——3.85%Si——1085%,球化处理后的成分约为C——3.65%Si——2.80%,w（C）%=w（C）%+w（Si+P）%/3=3.65%+2.08%+0.06%/3=4.60%.成分的选取恰恰有利于得到致密铸件）

●Si可减小铁水的白口倾向,可细化石墨,提高石墨的圆整度:

但Si过高会降低铸件的韧性,提高脆性转变温度,因而在寒冷地区使用的铸件或有高韧性要求的铸件一般Si%<2.80%。

高Si可增强铸件高温时的耐氧性。

（一般球产品的原汤Si含量在1.65——1.85%左右，而Ford排气管原汤Si含量在3.10——3.20%左右，Si含量的增大有效的提高了排气管的高温耐氧化性）

●鉴于以上原因球墨铸铁的C、Si含量一般在以下范围内取值

铁素体球铁C:

3.80-4.00%Si:

2.40-2.80%

珠光体球铁C:

3.60-3.80%Si:

2.20-2.60%

对灰铸铁的影响

CE值高，组织中石墨粗大，强度降低，缩松倾向减小（在我们实际生产中FC15牌号原汤C:

3.3%,Si:

2.10%值为4.20%;而FC25牌号原汤的C:

3.30%,Si:

1.75%CE值为3.89%。

由此可见在灰铁中值对强度有着直接的影响。

的部分皮带轮中间部位厚大无法利用冒口补缩，只有利用提高CE值得方法来减小缩松倾向，原汤C:

3.50%,Si:

1.95%此种成分已经与FC15很接近了）

●CE值低，组织中石墨变细，强度增加，缩构倾向增大，铸造性能下降，硬度增大不易加工

●在不改变CE值的前提下提高Si/C比，可提高铸件强度，高Si可增强铸件高温时的耐氧化性

●一般灰铸铁中C:

2.60-3.60%;Si:

1.20-3.00%,C、Si含量根据铸件强度要求、主要壁厚的不同而分级较细

b）Mn的影响

●对球铁的影响

●Mn具有稳定珠光体的作用，所以随Mn含量的增加铸件的强度增大，硬度增加，延伸率降低；同时Mn易形成碳化物，白口倾向大，含量过高时会在基本各共晶团边界上形成碳化物恶化铸件的力学性能

●壁厚<6mm的铸件及铁素体基体的铸件中一般要求Mn<0.30%（CMT所有FCD45材质原汤标准对Mn的要求均在0.30以下，在珠光体基体的铸件中一般要求Mn<0.60%（大金曲轴等高牌号的材质标准中Mn的含量在0.60%左右））

●对灰铁的影响

●Mn会与S结合形成MnS。

因Mn和S都具有阻碍石墨化，稳定碳化物的性能，而MnS不阻碍石墨化，因此在灰铸件中与S中和后剩余的Mn才起提高铸件力学性能的作用

●在灰铁中一般Mn含量在0.40-1.20%范围内

c）Cu的影响

●Cu促进形成珠光体，抑制铁素体并固溶强化基体所以可以提高Cu的含量的方法提高铸件的机械性能

●同时Cu可促进石墨化，消除游离渗碳体，改善铸件断面组织、性能的均匀性，故在提高铸件力学特性Cu比Mn更具有优越性，在高牌号铸件中因Mn的加入量受限制通常采用加入Cu的方法来提高强度（CMT生产的铸件机械性能优良，加工性能好的一个重要原因就是厂内几乎所有产品中均加入了Cu来提高铸件强度）

d）S的影响

●对球铁的影响

●S是反球化元素，球化时消耗稀土和Mg,对球化效果影响显著，通常依照原汤含S量决定球化剂的加入比例

●因生产中不能脱磷，故只能通过对原材料含磷量的控制来控制铁水含磷量

f）Mo的影响

●Mo可明显提高强度，可提高抗热疲劳性，但Mo的加入提高了“低P”的要求（Ford排气管中加入Mo有效提高了高硅铸件的力学性能，同时提高抗热疲劳性，加入Mo后排气管磷含量要求0.05%以下，比其余球铁0.06%以下要求严格）

g）Cr的影响

●易形成碳化物降低延伸率和冲击韧性，故意一般要求Cr%<0.05%

●能增加铸件的耐磨性，如在生产某些制动盘时要求加入一定比例的Cr

h）Sb的影响

●对球铁的影响

●属于干扰球化元素，但0.002-0.010%时可改善厚大断面的石墨球圆整度,增加石墨球数,增加珠光体含量。

一般加入量0.006-0.010%，但要求采用含稀土的球化剂

●对灰铁的影响

●强烈促进珠光体形成，提高硬度、强度，在提高性能方面比Mn经济。

因其作用强烈，为防止通过返村对低牌号产品造成不良影响故对Sb的使用要加以控制

i）Sn的影响

●通常在球墨铁中加入一定比例，以提高珠光体的含量；但含量>0.1%时有反球化作用，且在共晶团界形成FeSn2偏析化合物导致使韧性降低，故使用中一般不超过0.10%（我们生产600-700牌号球铁时一般加入0.020-0.025%的锡）

2.铁水中气体对铸件性能的影响

a）铁液中的气体元素以三种形式存在

●溶解在液态或固态的铸铁中

●与铁液中的元素化合

●以气孔形式存在

b）O——阻碍石墨化，一般在熔炼时带入

N——阻碍石墨化，增加抗拉强度，含量高时易形成氮气孔，可用Ti固氮减少或消除氮气孔，一般在熔炼时带入

d）H——阻碍石墨化，增加白口倾向，降低抗拉强度及塑性，提高硬度，一般在浇注时带入

e）为减少铁液中的含气，应在溶解时防止铁水氧化，浇注时铁水包、浇注机充分预热，控制铁水中Al的含量（为减少铁水的含气量我们在生产中有一系列的规定，如：

炉料不准锈蚀，不准带有油污，漆皮：

铁水长时间保温后要重新调质；新更换的浇注机要洗三包后才能正常使用等）

3.铁水温度对铸件性能的影响

●温度过低铁水流动性差不能得到外观完整的铸件，铸件薄壁处易出现白口，熔解温度过低时还会产生石墨粗大的现象

●延长高温静止时间会细化石墨及组织

●温度过高时会使石墨形态变差，甚至出现自由渗碳体

●对于普通灰铁的过热温度要求在1550℃以下尽量高；球铁要保证在炉前处理后仍具有较好的冲型能力

4.炉料的影响

a）在生产中发现存在以下现象：

炉料有变化时虽然调质后化学成分相同但最终铸件的组织（石墨化程度、白口倾向、石墨形态、基体组织）却相差很大。

b）以上现象产生原因归结为以下几点：

●遗传效应——在相同的生产条件下，合金的组织和性能取决于原材料的微观组织和质量。

●合金中含气的影响

●其它未控制的微量元素的影响

c）对于以上因素在生产中很难检测、控制，所以实际生产中要尽量保证原材料的稳定，和配比的稳定，实际生产中对每种材质均有配料标准：

FC15-17

冲天炉

返材：

60-70％，其余为生铁

FC20-30

冲天炉

返材：

70-80％，其余为生铁或废钢

FCD45材质

冲天炉

返材：

60-70％，其余为生铁

电炉

废钢：

1000Kg以上

FCD50-55材质

冲天炉

返材：

80-90％，其余为生铁

电炉

废钢：

1000Kg以上

FCD60-70材质

冲天炉

返材：

100％

电炉

废钢：

1000Kg以上

四、合金的熔解方式

1.冲天炉熔解

a）冲天炉的熔解的特点

●经济

●不易准确控制铁水的温度及成分

●对炉料尺寸要求较严格（较长的返材需破碎后使用，废铁屑要压块后使用）

●噪声大、污染大

b）冲天炉熔解过程中成分的变化

一般情况下冲天炉熔解过程中，铁水会存在增碳、硅氧化烧损，增的过程（硫主要来白于焦炭，所以在补脱硫的前提下如要得到低硫铁水就要严控炭的含硫量）

2.电炉熔炼

a）电炉熔解的特点

●成本较高

●易于准确控制铁水的温度及

●可熔解废铁屑，大块料

●噪声小、污染小

b）电炉熔解的成分变化

●C烧损（出铁水过程中要每出一包后加约0.5Kg碳粉来补充碳的烧损）

●增Si

●Mn烧损

●S、P基本不变

3.冲天炉、电炉双联熔炼

可在较低能耗的前提下获得准确的成分准确温度的铁水，可直接熔解废铁屑，大块料

五、铁水的处理

1.球化处理

a）球化处理的目的——使石墨生长成球状已得到球墨铸铁

b）作用原理——镁、稀土具有强烈的脱硫、脱氧作用，硫、氧含量低至一定值时石墨生长成球状

c稀土、镁球化剂的优点——具有较好的反应动力学条件，有较高的抗干扰能力，石墨球圆整，比纯Mg安全，劳动条件好

d）球化工艺——冲入法、自建压力包法、型内球化、镁块球化等。

因“冲入法”操作简单，在适当的控制下可获得稳定的球化效果，所以我们选用了“冲入法”进行球化。

●球化不良——球化处理后，球化率未能达到预定的要求

●球化元素含量高，孕育效果差，型砂含水高或S高

7.2.6.2铸件缺陷处理

上面提到的最可能出现的铸件缺陷以及可能的原因都列在国7.35中。

此表只能作为指导，因为只列举了各种缺陷的最典型原因。

可能原因

●浇注温度过高

●浇注速度过快

●内浇口位置太靠近型腔临界区域

●浇注时间太短

●水分含量太高

●型砂坚实性差

●非活性泥份含量过高使型腔表面强度太差

●非活性泥份含量太小，使砂粒间空隙过大

●型砂或芯砂太粗

●活性膨润土含量不足,使型腔表面强度不够

●新砂过热,降低了强度性能

补救措施:

●降低浇注温度

●降低内浇口面积，根据金属静压高度重新计算

●将内浇口从最靠近型腔的位置移开

●降低浇注时间因而降低型腔承受高温金属的时间

●增加射砂和挤压压力

●调节非活性泥份含量

●增加新砂加入量

●安装型砂冷却器

●提高砂/金属比率，提高生产速度（型/小时）（缩短型砂胶被铸件灼烧时间表）

冲砂可能原因

●被冲蚀内浇口的浇注速度太高

●内浇口位置不佳

●浇注时间过长

●型砂太干

●芯砂和型砂结构太松散

●砂温太高

补救措施:

●减小内浇口面积

●移除产生缺陷的内浇口

●缩短浇注时间，即减少型腔壁和型芯被金属液冲刷时间

●增加水分含量

●提高射砂和挤压压力以增加型砂紧实性

●安装型砂冷却机，增加砂/金属比率，提高生产速度（型/小时）

浇注不满可能原因：

●浇注温度太低

●浇注操作欠佳

●浇口面积不适当

●内浇口分布欠佳

●浇注时间过长

●型砂紧实性太差，导致砂型在分型线处变形，使内浇口高度降低近而是面积减小

●型腔内气压太高

补救措施:

●提高浇注温度

●更快充满浇注系统并保持浇口杯充满。

金属液应浇在浇口杯中央。

●重新计算浇口面积。

原浇口面积太小

●在铸件温度最低处布置一个内浇口，以便在浇注最后阶段将高温金属液注入温度最低区域

●减少含水量提高射砂和压实压力，以降低型砂的紧实率

●使型腔排气更好并/或减少砂芯和砂型中排放气体的材料

显微缩孔可能原因:

●浇注温度太高到使凝固区间太宽,金属膨胀严重

●对于铁的情况,则为:

孕育剂加入比例太多

碳当量太高

含磷量太高

合金加入比例太高（铬、钼等）

补救措施:

●铸件中铁水和热量分布不均匀

●冒口不足

●回炉废品污染

●降低浇注温度

●减少或改变孕育剂类型

增加含碳量

降低含磷量

降低合金加入量

●改善浇口位置提高铸件金属静压高度,从而改善金属液分布

●增加冒口或/和冒口颈

●更好地控制回炉废料成份（减少废钢）

宏观缩孔可能原因:

●金属液温度过高

●浇注时浇口杯中液面下沉

●孕育剂加入量太大增加了共晶团数量

●含磷量太高

●合金加入量过多（铬、钼等）

●浇口面积太小,使浇注时间过长

●金属液分配不匀

●冒口不足

●砂型不够紧实,降低了砂型的刚度

●回炉废品污染

补救措施:

●降低浇注温度,减小凝固温度范围

●在整个浇注过程中保持浇口杯充满以增加铸件的金属静压高度和冒口压力

●减少孕育剂加入量或改变型号

●增加含碳量

●降低含磷量

●降低合金元素加入量

●调整浇口面积

●调整浇口分布以改善铁水分布

●增加冒口和冒口颈,使最多的高温铁水进入补缩口,扩大补缩口出铁口

●提高型砂紧实率,并提高射砂和挤压压力

●更好地型砂控制回炉废料成份（减少废钢）

夹砂可能原因:

●浇注系统没有充满,砂粒无法浮到浇口杯和浇道上表面

●浇口面积设计不当,使金属液无法连续充满浇注系统

●内浇口位置不当,冲刷砂型或砂芯壁上的型砂

●型砂紧实性差

●非活性泥份含量太高使型砂变脆且强度变低

●造型时或砂芯上有掉砂或开裂

●脆性砂边缘

●砂型和下芯框吹砂不力

补救措施:

●提醒浇注工注意操作要领

●重新计算浇注系统

●将补缩口从发生缺陷处移开

●增加型砂含水量以提高紧实率,提高射砂和挤压压力、

●增加新砂以抑制非活性泥份

●控制造型操作、模型和型芯质量

●提高膨润土量、在模型和芯盒尖角处采用倒角、提高芯砂强度,从而降低型砂的脆性

●改进吹砂系统七调整喷嘴位置

夹渣可能原因:

●除渣不力

●浇注方法不佳,浇注时未使浇注系统充满,使渣粒不能浮到浇口杯和浇道表面

●孕育剂过量七孕育剂不当

●浇口面积不当,使浇口杯在整个浇注过程中无法始终充满

●废钢污染

补救措施:

●改进除渣操作

●提醒浇注工注意操作要领

●减少孕育剂加入量或更改孕育剂

●重新计算浇注系统

●安装集渣器

●更好地控制回炉料

7.2.7气孔（小、清晰且亮）

可能原因

●浇注温度低

●金属液中含硫量高

●金属液中含锰量高

●浇包脏污

●浇注难熔金属

●浇口不佳

补救措施

●在高于1420℃的温度下浇注

●分别降低硫和锰含量至低于0.12%和0.65%。

如果满足下列条件，硫会被锰中和：

●最低锰%=1.7×S%+0.3%

●经常对浇包除渣

●耐高温材料必须可以承受能力1500℃

●在浇注系统使用集渣器

7.2.8气孔（小且很亮）

可能原因：

●金属中铝含量太高

●孕育剂中铝含量太高

●型砂太湿

●浇包衬里湿润

补救措施：

降低铝含量至低于0.01%

●必要时使用另外一种含铝低的孕育剂

●型砂的水分含量应该符合“型砂”章所指的值

●充分干燥衬里

7.2.9气孔（伸长且不规则）

可能原因：

●砂芯粘接剂中含氮高

●金属液中含氮量高

补救措施：

●需要使用含氮量低的砂芯粘接剂

●降低废钢加入量

●降低金属液中的含氮量至低于0.01%]

●用最高0.03%的钛含量中和氮含量

7.2.10气孔（较大的圆形孔）

可能原因：

●砂型中的气体

●砂芯中的气体

●通风也堵塞

●型芯撑等有脏污

补救措施：

●通过降低煤粉、粘接剂、水等含量避免砂型产生过多的气体

●在砂芯中使用较少的粘接剂并充分固化

●改善砂芯和型腔的通风情况

●清洁生锈的、脏的或污染的型芯撑等物

铸件缺陷

关于铸件缺陷及其补救方法有许多资料可查。

因此以及其它许多原因，本节所述的缺陷并不详尽。

本节章着重于一些最容易发生和比较棘手的缺陷。

列于以下：

1.表面缺陷：

a.金属渗透

b.冲砂

c.浇注不满

2.缩孔

a显微缩孔

b宏观缩孔

3夹杂

a夹砂

b夹渣

4气孔

a.圆形小孔

b.圆形大孔

关于1a）金属渗透是指任何形式的铸件表面粘砂,金属液由于一种或几种原因渗入铸件/砂型界面的砂粒结构间.图7.26所示为典型的金属渗透缺陷.这是由于型砂中水份过多,铸件热节处发生气爆形成的.与高温铸件相邻的型砂中的蒸汽泡被压入金属液,相同体积的金属液则渗入砂粒间的空隙.

结果:

铸件表面粗糙.

另一种渗透如图7.27所示.最低的内浇口面积（环绕的）相对于浇口以上的金属静压高度太大,致使通过内浇口的金属液流速过快.金属液很容易渗入铸件最低处的砂粒间,使铸件表面粗糙.

关于1b）砂冲蚀缺陷通常是指进入型腔的高速金属液使砂粒移位,在铸件表面留下的痕迹.图7.28所示为典型的冲砂缺陷.

关于1c）当金属粘度相对浇道尺寸和型腔体积太低时,会发生浇不足.浇不足的最初阶段表现为亮点,发生在铸件中最后、最冷的金属液凝固前聚集处（图7.29）.在极端情况下,金属液将无法充满砂型,导致铸件残缺（图7.30）.

浇注不满最常见的原因是浇注温度太低或浇注时间过长.因浇口位置不佳导致铁水分配不当,这也会形成浇注不满缺陷.

关于2a）呈枝晶状凝固的金属液在凝固时要收缩,因此它与其它收缩材料一样需要金属液补缩。

如果枝晶凝固时补缩金属液无法进入，就形成了显微缩孔（图7.31）。

要使金属液进入枝晶间空隙几乎是不可能的，最好的矫正此缺陷的办法是调整金属成分，减小凝固区宽度（凝固起始温度至凝固终了温度间的范围），或者在低低的浇注温度浇注。

有时改变内浇口位置使热量分布优化，也可以解决问题。

金属凝固的膨胀和收缩使得铸件凝固时需要补缩。

通常凝固最迟的铸件厚实部位如果补缩（冒口）不足，就会形成缩孔缺陷。

缩孔倾向的大小取决于浇注温度、金属成分、砂型稳定性等。

图7.32为典型的铸件顶部宏观缩孔。

关于3a）和3b）混在金属液中的型渣或砂将形成夹杂。

即使形成原因不同，通常也很难区别夹渣和夹砂。

图7.33所示为夹砂，图7.34所示为夹渣。

关于4a）这些小球孔再次按位置分类：

1.在顶面，在进行机械加工时将显露；有时可以在砂芯下发现。

清晰且明亮；也可能形状不规则且有夹渣。

2.在靠近砂型的铸件表面；也是在机械加工时显露。

这种小孔小于前面的孔且很光亮。

3.在砂芯表面，有时在机械加工之前就可以看到。

这种气孔通常在落砂后显露，且与前面一种气孔相比容易伸长，甚至也有不规则的类型。