QT600-3、QT450-10球墨铸铁件的铸造技术

发布时间：2021-06-19 人气：

球墨铸铁是近60年来发展起来的重要铸造金属材料。通过用稀土镁合金对铁液进行处理，加以有效的孕育，球墨铸铁中的石墨形态大部分或全部呈球状，造成的应力集中小，对基体的割裂作用也较小，故球墨铸铁的抗拉强度、塑性和韧性均髙于其他铸铁材料，塑性低于钢，疲劳强度接近一般中碳钢，其耐磨性和减震性又优于铸钢，而且成本低，还可经过多种热处理工艺来提高和改善性能，因此其应用日趋广泛，在机械制造行业中产量逐年飞速增长。
为了生产出优质的球墨铸铁件，广大铸造工作者对其工艺做了大量的研究。但是，球墨铸铁的共晶凝固是典型的糊状凝固方式，在凝固前具有一次（液态）收缩、体积膨胀和二次收缩的过程。在凝固过程中，当相邻的共晶团互相接触时，位于共晶团间隙部位的铁液与外部隔绝，由于共晶凝固时石墨是***相，导致***后凝固的铁液中严重缺碳，这部分铁液凝固时产生的收缩（即二次收缩）得不到补充，因而形成微观缩松。因此，球墨铸铁在铸造生产中会出现多种缺陷，如缩孔、缩松、夹渣、皮下气孔等，并极易形成批量报废,不仅造成材料的极大浪费而且影响产品的交付使用。如何保证球墨铸铁铸件的产品质量仍是铸造工作者不可轻视的问题。为使球墨铸铁铸件的质量提高，本文结合生产实践，探讨用工频电炉生产QT600-3及QT450-10等常用球墨铸铁件的铸造技术，铸件检验按GB/T 9441《球墨铸铁金相标准》及GB/T 1348《球墨铸铁件》进行：球化类型不低于3级，石墨大小不大于4级，珠光体量大于75%，允许有少于4%的渗碳体+磷共晶，其中磷共晶不多于1.5%。这两种材质的铸造技术对生产其他牌号的球墨铸铁也有借鉴作用，供同行参考。

球墨铸铁化学成分的设计
球墨铸铁的化学成分设计的原则为：高碳低硅、锰、磷、硫，强化孕育处理，再根据球铁牌号、热处理状态和基体要求,以及铸件形状、尺寸及生产条件确定。在保证石墨球化和铁水充分孕育的情况下，宜采用尽量高的含碳量（但不宜超过4.0%),但要控制碳当量，以防产生石墨漂浮。铸件未经热处理时，其基体为铁素体，并且采用纯净的低锰炉料时，选取碳当量CE为4.5%〜4.8%。选定碳当量以后，含碳量选取3.4%〜3.9%, 对于薄壁小件则取上限，以保证充分石墨化，不出现渗碳体。对于硅，应使铁液为低硅，有利于孕育处理，更有利于提高铁素体的数量，减少碳化物的形成，减少白口倾向，细化石墨球，提高石墨球数及球化率。对于铁素体球墨铸铁的硅量选定为2.2%〜2.9%。锰是形成碳化物能力较强的元素，促进珠光体的形成，随着锰量的提高，球墨铸铁的强度、硬度、耐磨性提高而塑性、韧性、伸长率下降。为此，生产铁素体球墨铸铁件的锰量应为0.1%〜0.3%。硫和磷均是有害元素。铁液中硫含量愈高，球化剂消耗在脱硫上的量就愈多，往往造成球化不良和球化衰退，且硫化物夹杂浇入铸型中，铸件就产生硫化物夹杂，铸件易断。磷含量高易形成硬而脆的磷共晶，分布在球墨铸铁的晶界上，会显著地降低铸件的塑性和韧性，故要求严格控制含量。残余镁量太高，易产生夹渣、缩松、皮下气孔和白口倾向；残余稀土量太高，易产生白口倾向且偏析严重。为此，在保证充分球化的前提下，应尽量降低残余镁量及稀土量，但是稀土与镁含量过低时，往往产生球化不良或球化衰退现象各元素的选取范围。

铁液质量控制
釆用工频感应炉熔炼合金。铁液的质量对铸件质量有着决定性的作用。铁液质量好，则凝固时能够形成数量更多更细小的共晶团，把共晶团的间隙分割得更为细小，而形成的膨胀应力却更大，从而能更有效地克服组织疏松。球墨铸铁金属液的流动性不如灰铁，铁液出炉温度高，有利于脱硫、除气、净化铁液及强化孕育，且球墨铸铁在处理过程中要降温，为保证浇注温度，球墨铸铁铁液温度要求控制在1 450〜1 500 ℃，在熔炼过程中要防止氧化，在浇注的过程中不能使炉渣进入铁液中，以免破坏除S的效果，影响球墨铸铁件的质量。熔炼和孕育过程中，Mg、RE和P、S的成分波动较小，而C、Si、Mn则由于原材料等原因波动较大，对球墨铸铁的力学性能产生直接影响。
球墨铸铁的铸造工艺
在铸型方面，球墨铸铁铸件的模具的收缩率要比普通灰铸铁小，铸型的紧实度必须要高，如果采用砂型铸造，型砂的水分必须严格控制，一般为3.5%〜4.5%,可以防止皮下气孔缺陷，型砂的透气性要好，型腔要有足够的排气能力，砂箱的强度要高。
球墨铸铁铁液中含有稀土镁合金等易氧化元素，浇注方式不当，则会形成氧化夹杂、铁豆等铸造缺陷，球墨铸铁件还容易产生夹渣和皮下气孔缺陷，因此，浇注系统应能保证铁液快速、平稳流入型腔，并具有良好的挡渣能力，与可锻铸铁基本相似。浇注系统采用半开放式为好，比例为S直_:_<S横:S内=1:(1.2〜2):0.8, 实践证明，这种浇注系统可使铁液不出现喷射、飞溅紊流。对于形状复杂、体积大的球墨铸铁件，应采用底注式浇注系统。
对于冒口和冷铁要合理使用，球墨铸铁件存在着共晶石墨化膨胀，具有较强的自补缩能力，尽可能采用无冒口铸造技术，不必遵循顺序凝固或同时凝固的原则。中小铸件常用暗冒口，暗冒口能防止石墨化膨胀时把铁液挤出型腔外。
一般采用堤坝式浇包，包径与高之比为1:(1.8〜2)。浇注温度控制在1 350〜1 400℃，快速浇注，在尽可能短的时间内浇注完毕，时间控制在10 min以内，以防止发生球化衰退现象。力学性能试块应在中后期浇注。
球墨铸铁的实际生产中，需要在合金熔炼、模具设计、铸造工艺和工人操作技能等方面探索。虽然多年来在球墨铸铁铸造实践的基础上确定了比较合理的工艺技术，大大提高了铸件质量，其化学成分、金相组织、力学性能和铸造缺陷等都稳定控制在较为理想的范围内，效果显著，但是仍然需要在实际中不断发展、完善，生产经验还有待积累，球墨铸铁是不断发展的材料，如何推行新的球化和孕育工艺、稳定铸件质量，需要广大铸造工作者共同努力。

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