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德国球墨铸铁的熔炼和处理技术

信息来源:本站 | 发布日期: 2017-11-07 | 浏览量:
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  1977年德国所产球铁的64%是由感应电炉熔炼的,15%由热风冲天炉、2.3%由冷风冲天炉熔炼,其余直接用高炉和其他熔炉的铁水处理。
  德国球铁原铁水的出沪温度一般在1520℃以上。所以双联熔化法在球铁生产中得到广泛应用,主要用于调整冲天炉和高护铁水的化学成分及温度。
  据笔者在德国考察,即使有直读光谱仪监测,冷风冲天炉熔炼的球铁质量波动也很大,因而冲天炉熔制球铁正逐渐被电炉取代。德国生产的大型球铁件都是采用电炉熔炼,例如THYSSEN公司FWH铸造厂就装有一台65t,两台35t和一台8t工频炉,生产过l80t重的铸件。

一、球铁专用生铁
  GGG-40铸态球铁约占德国球铁总产量的70%。为保证铸态达到要求性能,仅把含锰量低作为质量标志已远远不够,更重要的是要求千扰球化元素和稳定珠光体元素的含量低而且稳定。德国高炉生产的球铁专用生铁的成分见表1,其微量元素及其含量不大于以下数量。
  生产厚大断面球铁要特别住意炉料中千扰球化元素Ti, Pb, Sb, Bi,促进碳化物元素B, V, Cr和稳定珠光体元素Mn, Gu, Sn的含量。
  德国在炉料配比中,生铁所占比例已从1960年的32%下降到1987年的16%,相反废钢由18%上升到39%。

二、化学成分选择
  表2近似给出了球铁原铁水的化学成分,括号中的数字是可能使用的合金元素含量。
  德国球铁的碳当量一般为4.2~4.3%。当铸件模数〔M)较小时,铸态无碳化物存在所需碳当量的最小值可按此经验公式确定:
  为了降低所需的过热温度,减小铁水收缩倾向,在相同碳当量情况下,应采用尽可能高的碳和低的硅。所以普通球铁的含5i量不超过2.6%;特殊球铁GGG一35.3和GGG-40.3的含Si量不超过2.100/a e随着Si% x Sc(共晶度)乘积的增加(一般球铁不超过3.0},石墨球数量和生成铁素体倾向亦增大
  在通常GGG-4o的化学成分范围内,若锰含量小于0.7%,铸态铁素体球铁中珠光体数量主要不是由锰,I}是由微量元素锡、铬和残余镁量确定。关于伴随元素和干扰元素对上述球状珠光体数量的影响有如下经验公式:
  珠光体量(%)=-2 .45+768.〔%Sn)一5"2"(%Si+106.(%Mg)-142. (%CO)+138.(%Cr)+549(%N)+101.(%Al)+51.6(%P)
  德国铁素体球铁的含锰量一般为0.1-0.2%,珠光体球铁为0.3---0.4. 普通球铁的含磷量保持在0,08%以下,高韧性球铁则要求低于0.05% 。原铁水含硫量一般要求小于0.02%,否则要进行脱硫处理。
  MG残取决于铁水停留时间和铸件壁厚,一般为0.02-"0.08%,为抵消于扰元素的影响.大部分球化剂中含有约1,0%的稀土元素。各种干扰和伴随元素的最大允许含量取决于铸件壁厚,如果低于表3给出的含量,则可不加稀土元素

三、球化处理
  德国采用改进的中间包处理球铁工艺,镁的吸收率可达60%,镁燃烧生成的烟气减少80%,因此其应用较广泛。
  钟罩法在大型球铁件生产中广泛采用,如FWH厂就用此法生产。该法处理铁水效果稳定,镁的吸收率高,增硅量只有0.2-0.5%由于球化反应强烈,有利于反应物上浮。但处理过程中热量损失较大,所需时间较长。钟罩法所用球化剂按重量以块状形式供货,其化学成分见表4。
  适合于冲入法的球化剂成分见表5,其中VL63(s)和VL53(s)的稀土量很高,用于处理冶金质量特殊的铁水。
  球化处理的须往意原铁水中钦的含量,随着钛含量增加,实现完全球化所需的Mg含量也上升。当Ti大于0.05%时,将强烈地阻碍球状石墨形成,并减少石墨球数量。最有害的是钛会降低其他干扰元素的临界值,从而增大其危害性。但其不利影响可通过球化剂中含有的铈抵消。

四、孕育处理
  德国通用的球铁孕育剂除普通FeSi外,FeSi-Zr和FeSi-Mn-Zr亦有广泛应用。常见的孕育剂的化学成分见表6
  ZL80是一种应用广泛,孕育衰退慢的孕育剂,有不同的熔点可洪选择。ZIRCOGRAF熔解速度快,可用于各种孕育工艺。
  球铁孕育剂的含铝量应小于1%,粒度不超过8mm。适宜的孕育处理温度为1400--1480℃ 从孕育处理到浇注完成的时间一般不超过}5分钟。多次孕育最适合于球铁的生产,为此单件小批生产的大中型铸件都采用浇口盆孕育,机器造型的小型铸件}}l采用型内孕育或随流孕育工艺。孕育块埋在浇口盆中或直浇道底部,操作简便。一般浇包孕育时孕育量取0.4‘一0.5%,如果还要进行二次孕育,浇包孕育量最多0. 3% O浇口盆或型内孕育量为0.1-0.2%,如果孕育量太大,反而会造成"过孕育"缺陷,如石墨漂浮,缩孔缩松等。

五、铸态与热处理
  GGG-35. 3和GGG-80这两种球铁对大型铸件投有应用意义,前者的性能必须经过铁素体化退火才能达到。其余牌号的球铁既可铸态,也可通过热处理方法生产
  生产铸态球铁时,必须考虑铸件在型内的冷却速度,严格控制化学成分,避免铸件出现严重成分偏析。
  生产铸态铁素体球铁,特别是须保证冲击功的高韧性球铁。必须使用含微量元素及锰低的特种生铁。GGG-40.3要求其铁素体晶粒细小而均匀,故对炉料及熔炼处理技术的要求严格;如果铸件壁厚相差大或基体中珠光体量超过10%。通常也要进行热处理。
  调整铁素体和珠光体混合基体组织的球铁GGG-50的性能,比起GGG-40或GGG-70和GGG-80要复杂得多,因为化学成分及工艺参数的微小波动都会导致基体组织产生区别。要在大型铸件的不同壁厚得到相同数量的珠光体尤为困难。所以在设计要求许可的情况下,应尽量采用GGG-40或GGG-60代替GGG-50。
  基体以珠光体为主的GGG-60---般用铸态方法生产。GGG-7D要求细片状珠光体基体,对厚壁铸件只有通过加入稳定珠光体元素,才能在铸态生成这种组织。用热处理方法生产GGG- 70以上牌号,同样受到铸件壁厚限制,为保证铸件性能,有时还需同时加入合金元素。

六、合金化
  为了铸态生产球铁GGG-60到GGG-80,必须加入稳定珠光体的合金元素铜或锡或者采用较高的锰含量,实际生产中通常是加入铜。获得珠光体基体所必需的铜含量取决于铸件壁厚和原铁水的锰含量,锰量增加可以降低铜的加入量,却增大生成碳化物的倾向。铸件加入铜还可以减少壁厚敏感性的影响。
锡对生成珠光体的作用约比铜强10倍,锡锰结合生成碳化物的倾向比铜锰结合强烈。如超出实现全部珠光体组织所需的锡含量,球铁的抗拉强度反而下降,这是锡在晶界偏析所致。所以往往加入稳定珠光体作用较弱的镍来生产
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