低温球铁方面资料.docx

低温球铁方面资料.docx

《低温球铁方面资料.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《低温球铁方面资料.docx（32页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

低温球铁方面资料

文章摘要:

2试验结果及分析用以上方法生产的铁素体球铁．冲击性能良好．能够满足低温使用的需要。

部分试样的化学成分及力学性能见表1。

可见，所生产的球铁性能稳定，冲击韧度值较高，硬度适中。

合理的球化及孕育处理确保了石墨的大小和形态，适当的热处理方案能够保证得到100％的铁素体基体，从而改善了球铁的冲击性能。

镍元素的加入．显著改善了表1试样的化学成分、力学性能试样化学成分（质量分数，％）／J·cm。

硬度金相组织编号CSiMnSPNi常温低温（-40~C）下降比率（％）HB球化级别石墨大小（级）铁素体量（％l3l321．940．200．0250．07l24．6921．598．7l35l～2lloo23．691．760．160．0230．06924．4523．165-3Il6l～2l～2l0033-331．640．150．0250．06824．5822．986．5Il7lll0043．671．500．Il0．0290．05l0．7727．2727．020．9l20ll～2l00注：

所用冲击试样为U型缺Vl试样球铁的冲击韧度，尤其是低温冲击韧度。

3结论

（1）低温用铁素体球铁的化学成分（质量分数，％）为：

3．3～3．7C，1．5～2．0Si，Mn≤0．2，S≤0．03，P≤0．07。

将硅含量控制在2．0％以下．严格控制Mn、S、P的含量是非常必要的。

（2）加入少量的Ni可以显著提高冲击韧度，尤其是低温冲击韧度。

（3）球化剂粒度在6~12trim之间，孕育剂块度在3～8mill之间，可以保证良好的球化及孕育效果。

（4）适当的热处理工艺是获得低温用铁素体球铁的重要途径。

经两阶段退火后，基体中的铁素体量达到100％，从而确保材料低温下的使用安全性。

-20℃低温铸态无Ni球铁铸造兆瓦级风电机组部件方法

[摘要]本发明涉及一种-20℃低温铸态无Ni球铁铸造兆瓦级风电机组部件方法，它是以国产生铁为原料，经熔炼、球化、孕育制得低温铸态无Ni球铁，再经铸造得梁、箱体类薄壁件，所述低温铸态无Ni球铁的成分配方是：

C3.6％～3.9％，Si1.7％～3％，Mn0.1％～0.4％，不加Ni，Mg的残余含量0.045％～0.07％，剩余的是铁和杂质，杂质中P＜0.04％，S＜0.02％；上述含量低温铸态无Ni球铁的成分是通过添加球化剂、孕育剂及采用二次孕育方法获得；球化后铸造工艺为：

在1300℃～1380℃将球化后的液态混合物浇铸到铸型中，并使其在铸型中缓慢冷却到300℃以下，从铸型中清出。

本发明可以使用比国外生铁质量差的国内生铁，在不加Ni的条件下达到-20℃冲击韧性要求，同时满足其它机械性能要求。

含镍量及热处理对QT400-18L低温冲击韧性的影响

球墨铸铁由于其优良的力学性能,已经成为现代工业中重要的机械工程材料之一。

高速铁路机车用曲轴箱体采用QT400-18L制造,出于安全的考虑,对零件的低温性能提出了更高的要求,尤其是低温-40℃时冲击韧性要求达到αkv≥12.0J/cm2。

而普通球铁很难达到如此高的性能要求。

因此,必须采取合金化及热处理等措施来控制球铁的成分及组织,才能获得性能合格的铸件。

本研究采用在QT400-18L中加入0-1.8wt%的Ni进行合金化,选择950℃×2h高温退火+750℃×3h低温铁素体化退火的工艺对铸件进行热处理。

试样的化学成分为,3.5-3.9wt%C,1.4-2.0wt%Si,0.050-0.20wt%Mn,0.020-0.040wt%P,0.030-0.040wt%S,0.040-0.060wt%Mg。

采用水玻璃砂造型,浇注Y型试块,从其底部取样并进行相应的热处理。

用无水乙醇和干冰混合,模拟-20℃、-40℃和-60℃三种低温环境,测试了试样的低温冲击韧性,在室温下测试了试样的抗拉强度、延伸率和硬度。

采用光学显微镜观察试样组织,用X-ray衍射仪分析试样物相组成,用扫描电子显微镜观察试样断口形貌...Ductileironhasbeensignificantengineeringmaterialsforitsexcellentmechanicalproperties.Crankcasesofengineusedinhigh-speedrailwayaremadeofQT400-18L.Onaccountofsafety,ahigherpropertyatlowtemperatureisnecessary.Especially,itsimpacttoughnessαkvat-40℃isrequiredtoexceed12.0J/cm2.Butacommonnodulargraphitecastironcannotmeetthisrequirement.Forthisreason,appropriatemeasuresshouldbetaken,suchasalloyingandheat-treatmenttocontrolcomponentsand..

耐低温冲击球墨铸铁

和常温球墨铸铁相比，耐低温冲击球墨铸铁的生产还是有一定的难度，应该说有一定的技术含量。

对球化剂、孕育剂、生铁、废钢等原附材料，球铁成分、过程控制及检测诸多方面都提出了全新的要求。

1生产条件

　　采用0.5T中频感应电炉熔炼铁液，呋喃冷硬树脂砂造型，主要生产如图一所示箱体铸件，牌号要求为GJS-350-22-LT，铸件单重为117kg。

2生产过程 

　　主要炉料为低碳、低锰废钢和回炉料，采用增碳剂，增硅剂调整铁液成份，控制原铁液及铸件化学成份到表1要求范围。

升温至1510℃～1530℃，进行球化和孕育处理

分析与探讨

　　如何获得较高低温冲击韧性的球墨铸铁件呢？

冲击韧性反映材料断裂时吸收的能量，也反映快速形变条件下，材料抵抗裂纹萌生、发展和断裂的能力。

低温冲击韧性是一个材料的韧性指标，也就是说具有较高低温冲击韧性的球墨铸铁件在-20℃或-40℃时具有较高冲击韧性，脆--韧性能转变温度较低，能够较好的克服冷脆。

　　因此，如下的一些措施都能有效的提高球墨铸铁的低温冲击韧性指标 

　　4.1提高球墨铸铁材质的铁素体含量

　　研究表明不同温度下不同基体组织对低温冲击韧性有较大的影响，塑性较高的铁素体球铁能获得较高的冲击韧性指标

　　4.1.1化学成份

　　降低促进或稳定珠光体形成元素如：

Mn、V、Zr、Nb、Ti、Cr、Mo、W、Cu、Pb、Sb等元素，其中值得一提的两个元素，一个是锰，它对球墨铸铁的冲击韧性和脆性转变温度都有特别不利的影响，每提高0.1%的锰含量，球铁的脆性转变温度提高10℃～12℃，所以，尽量选择低锰生铁和废钢作为原材料；另一个元素是Cu，他虽然是中性元素，提高珠光体含量的作用不明显，但是，随着含Cu量的增加，球墨铸铁的脆性转变温度升高，并且冲击韧度也下降。

　　适量提高铁素体形成元素，如：

C、Si、Ca、Ba、Al、Bi等元素，其中值得一提的是Si元素，众所周知，Si是强烈促进石墨化元素，有利于提高铁素体含量，但Si量增加，冲击韧性明显下降，Si含量每提高01.%脆性转变温度就提高5.5℃～6℃，含Si量在4%左右的球墨铸铁，虽具有全部的铁素体基体，但脆性很大，就是常温下也难于在有冲击载荷的条件下使用，因此，具有低温冲击性能要求的球铁中Si含量一般控制在1.6～2.0%。

　　4.1.2降低铸件随型冷却速度

　　一定成份的球铁，改变其共晶阶段冷却速度，可在较大范围内改变其基体组织，也就是说铸件随型冷却速度愈慢，其基体组织中铁素体含量愈高，铸件越厚，冷却速度越慢，铁素体含量越高。

但应防止出现晶粒及石墨球粗大；造型材料不同，导热能力不同，导致随型铸件冷却速度也不同，应选用干型砂或树脂砂等导热较慢的造型材料，同时应适当放宽铸型厚度（俗称加大吃砂量），尽量减少或不用冷铁，对于薄壁件来说，适当提高浇铸温度的措施来减缓铸件冷却速度，尽量延长开箱时间，有条件的可将随型铸件集中摆放，减缓散热。

　　4.1.3热处理

　　从图4、图5可看出，通过热处理工艺后，提高了铁素体含量，延伸率、冲击韧性都得到了较大幅度的提高，通过退火处理部分元素在高温下能得以扩散，铸件基体组织的晶格变细、晶粒细化，铁素体量和性能得以稳定提高。

同时，通过热处理的方法，可适当放宽对原辅材料中部分元素的苛刻要求。

对于达不到要求的或中小铸件可通过热处理的措施来祢补。

　　4.2细化晶粒、增加共晶团数量

　　随着材料晶粒尺寸的增大，材料的断裂应力显着降低，当晶粒尺寸大于某一临界尺寸时，既出现脆性断裂，细化及减小晶粒尺寸可降低脆性转变温度，从而提高球墨铸铁低温冲击韧性指标。

　　4.2.1合成铸铁熔炼工艺

　　采用废钢和回炉球铁作为主要原料，采用石墨增C，硅铁或碳化硅增Si的方式熔炼球铁铁液。

由于C、Si的熔点比铁液的温度高，主要是靠扩散溶解的方式进入铁液，在铁液中存在着大量的[C]的微晶，这种微晶是先共析或共晶石墨很好的外来形核基底，有利于细化晶粒。

　　4.2.2多次孕育

　　孕育的实质是脱氧、脱硫形成外来晶粒，其目的是增加石墨形核能力，细化晶粒，增加石墨球数量，增加铁素体含量，经过三次孕育，尤其是浇铸过程中采用0.3～1mm的含Ba孕育剂进行瞬时孕育，孕育量虽少，但孕育效果显着。

　　4.3净化铁液，减少晶粒内部、晶粒间的夹渣及夹杂物

　　材料断裂往往是穿晶或沿晶断裂，材料晶粒内部或晶粒间有夹杂或夹杂物，削弱了材料的键合力，在冲击载荷作用下，经常形成为裂纹源，或裂纹传播的途径，降低材料的耐低温冲击能力。

　　4.3.1铁液预处理

　　4.3.1.1脱氧、脱硫处理

　　对于采用冲天炉--电路双联熔炼的厂家，可采取摇包方式冲入方式或气动脱硫方式进行脱硫，使原铁液中的硫含量降至0.02%一下，不过，现在用的脱硫剂大部分为CaO或CaC2成份，这种脱硫剂脱氧能力较差，能适当辅助以一些脱氧元素如Ca、Ba、Al等元素就更好。

对于采用电炉直接熔炼也有必要采取铁水的脱氧、脱硫处理。

　　4.3.1.2铁液的过热及静置

　　提高铁液熔炼温度，可以使原材料中带入的夹杂物，以及在熔炼过程中形成的夹渣及夹杂物上浮至铁液表面，尤其是对于采用废钢增碳工艺更要适当提高熔炼温度≥1500℃，增加保温时间，不然，碳不能完全溶到铁液中，形成夹渣。

对球化后的铁液进行1～3min的静置，有利于活泼金属如Mg、Ba、Al、Fe的氧化物及硫化物上浮，从而净化铁液。

　　4.3.1.3多覆盖勤扒渣

　　多覆盖有利于熔炼过程，浇铸过程中减少铁液和空气的接触时间，降低铁液中的氧含量；勤扒渣，有利于聚集在熔炼过程或球化过程中形成的残存氧化物、硫化物，从而使铁--渣分离，保证进入型腔前的铁液得到良好的净化。

　　4.3.1.4铁液过滤

　　结合浇铸系统在型上或型内设置一个带有过滤器的集渣包，一是阻止固、液态渣的通过；二是有利于铁液平稳注入型腔，减少二次氧化渣的形成；三是在集渣包中上浮一些集渣物，尽量减少一次渣进入型腔。

　　4.4降低晶界偏析元素

　　Mn、Sb、Sn、As、Ti等元素为晶界偏析元素，应尽量降低其含量。

　　4.5降低氧化物、硫化物形成元素

　　Ca、Ba、Al、Mg、稀土元素易形成氧化物、硫化物，应尽量降低其含量

　　4.6专用球化剂、孕育剂

　　用于生产耐低温冲击球铁的球化剂、孕育剂应注意如下三原则

　　一是：

高的稳定的球化及孕育效果：

这一方面取决于球化剂本身的成分稳定，主要元素如Mg、Re、Ca、Ba等偏差范围应小于±0.3%；另一方面是铁水质量的稳定，如出铁温度，S、O含量的稳定；再次就是操作工艺的稳定，如出铁速度及除铁位置的控制，防止出铁过慢使铁水直冲球化剂。

　　二是：

较强的墨化能力，Mg、Re是主要