耐磨铸铁熔炼工艺及质量控制 几多经验

铸造生态圈2022-02-02 07:33:53

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  MHT-1系含P、Ni、Cr、Cu的一种耐磨铸铁,化学成分:2.7%-3.1%C、1.8%-2.0%Si0.8%-0.95%Mn0.15%-0.20%Cr0.2%-0.4%Ni0.2%-0.3%Cu0.15%-0.25%PS含量<0.08%;铸件的金属基体组织为珠光体,均匀分布的铁素体不超过5%,石墨为A型呈均匀分布的涡卷片状,其含量为3%-11%,长度为60-240微米,长宽比大于25,石墨间距为大的间隔程度,不允许存在自由渗碳体和任何外来夹杂。单独细小分散的磷共晶含量<2%。我厂某种铸件要求100%进行硬度检查,硬度为布氏硬度187-241(3.9-4.4d),还需进行X射线检测,不允许有缺陷存在。铸件硬度检测前后均应进行金相检查。因此,条件是比较苛刻的。我们通过实践总结了一些经验。


  1.铸铁组织的影响

  铸铁的各种组成相会对铸铁磨损有不同的影响,有效的改变铸铁组织能增强铸件的性能。


  1.1珠光体

  对耐磨铸铁要求其基体为多相组织,其中包含柔韧的基底,基底上牢固地嵌有硬的组分。柔韧的基体磨损后形成了保存润滑剂的沟槽,而坚硬的组分则承受压力。珠光体能够满足这个原则,且以片状珠光体为佳。


  1.2铁素体

  铁素体是一种最不耐磨的组织。一般耐磨铸铁都要限制其含量。


  1.3  石墨

  石墨具有正反两方面的作用。它一方面由于本身不具有强度,似切口存在于基体中,减少金属基体的有效面积,削弱了铸铁受摩擦力作用而破坏的抗力,因此降低耐磨性。另一方面石墨既能作“自生润滑剂”(半干摩擦时),又能吸附和存储润滑油,保持油膜连续性(液体摩擦时),从而提高了耐磨性。在耐磨铸铁中,若石墨过多,则使基体变松;若石墨过少,则润滑不足。


  1.4磷共晶

  磷共晶是一种硬相包含物,在抗磨铸铁中以二元磷化物共晶单独夹杂状牢固的分布在珠光体上,有利于提高耐磨性。三元磷共晶或沿晶界分布的网络状磷共晶则恶化铸铁机械性能和影响耐磨性。


  1.5自由渗碳体

自由渗碳体是一种硬脆组分,急剧降低铸铁的冲击韧性和耐磨性,因而需严格控制。                                                                                                                                                         

  2.耐磨铸铁化学成分的影响

  铁水冶金质量是提高铸铁件性能的决定性因素,影响因素主要有铁水成分、合金元素、共晶石墨化及孕育处理等。


  2.1 碳当量:碳、硅都是强石墨化元素,碳、硅含量增加,石墨化程度增大,石墨数量增多。但碳当量过高,易出现铁素体,降低耐磨性,或石墨粗大及石墨漂浮,导致铸件力学性能下降;碳当量过低又易形成过冷石墨,从而降低耐磨性。硅对铸铁耐磨性的影响主要决定与它的石墨化作用。一般选择CE=3.6-3.8较为合适。


  2.2 Mn:能使铸铁具有细晶粒组织,而且使石墨细化。还有稳定珠光体的作用。锰含量过高时,会使渗碳体数量增加,生成莱氏体,含锰量一般控制在0.8%-1.0%。


  2.3 P:有一定的促进石墨化作用,能提高硬度,改善耐磨性。有助于获得珠光体,细化晶粒,但含量偏高,易使产生的P共晶超标,一般控制在0.15%-0.18%。


  2.4 S:对耐磨铸铁S是有害杂质,强烈阻止石墨化的元素。但S过低对孕育效果不利,一般控制在0.03%-0.06%为好。


  2.5 Ni、Cu:能促进石墨化的元素。镍还能促进珠光体索氏体化,对耐磨性有良好影响。铜能强化珠光体并细化珠光体,提高耐磨性和抗蚀能力,但含量偏高会增加铸件成本,一般控制在Ni=0.2%-0.3%、Cu=0.2%-0.3%。


  2.6 Cr:能增加渗碳体的稳定性,推迟石墨化过程,促进珠光体的形成,故能增加铸件的耐磨性。但含铬量过高,将使铸件白口化,增加硬度和脆性,降低耐磨性。应严格控制在0.15%-0.20%范围内。


  3.熔炼关键工艺控制

  3.1配料工序

  要加入一定量废钢,以保证降碳细化组织,提高铸件性能,45#加入量控制在5%-10%。


  3.2加料工序

  加料顺序为:回炉料-45#钢-铬铁-铜、镍-磷铁。对于标准自由能小、易于氧化的铬铁应炉前加入,氧化物生成的标准自由能大、氧化损失少的铜、镍于1300℃左右加入,磷铁于1400℃左右炉后加入,注意磷铁粒度不能太大。


  3.3温度控制

  为保证孕育效果,出铁温度要控制在1500℃-1550℃。孕育剂确保充分溶解和吸收,净化铁液。   


  3.4孕育处理

  孕育处理不但影响石墨的数量和形状,而且使铸铁共晶晶粒变小,还能提高铸铁组织的性能的均匀性而减轻铸铁对冷却速度的敏感性。一般采用含Ba、Ca、Al孕育剂,加入量为0.5-0.6%,加入时应均匀、缓慢、连续,粒度要适中。


  4.常见缺陷及质量控制


  4.1渣孔类缺陷:夹渣  

  加工后,铸件表皮之下会发现一个个单体的小孔。此种缺陷产生原因与浇注温度不当、出铁温度偏低或扒渣不彻底有关,应注意控制出铁温度,浇注温度一般在1380-1450℃。

  4.2组织偏析   

  产生原因为:加铜过早,造成比重偏析,应在炉后1300℃以上加入。此外,由于高温下FeS+Mn=MnS+Fe,MnS偏析与熔渣混合还可能产生MnS气孔,原因是浇注温度较低,同时铁液中含Mn和S量较多。


  4.3收缩类缺陷:缩松  

  一般在铸件的厚大断面处、铸件最高或最后凝固的热节处产生的集中孔洞或缩凹。缩孔的形状不规则,孔内壁粗糙不平并常有树枝状结晶,呈暗色或氧化色。产生原因为:含磷偏高;浇注温度偏高、浇注速度太快。应适当降低浇注温度,含磷量控制在0.18%以下,并适当慢浇。


  4.4材质类缺陷:金相组织不合格 

  产生原因:由于碳硅偏高,铁素体含量>5%;由于碳硅偏低或出铁温度偏低,E型石墨较多;孕育不足,出现碳化物和E型石墨。应严格控制碳硅含量,保证出铁温度,强化孕育处理。


  4.5硬度不合格 

  产生原因:碳含量偏低及孕育不足易产生过硬;碳含量过高,则易变软。应严格控制配料并适当增加孕育剂的加入量。


来源:《金属加工(热加工)》转载请注明出处



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