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球墨铸铁管钢球墨铸铁管铸造相关知识介绍

球铁件不球化或球化不良 特征:铸件断口呈灰黑色,力学性能明显偏低,金相检查可发现石墨呈片状,铸件的残余镁量和稀土量太低,这种状况一般是不球化。铸件断口仍呈银灰色,但有分散的灰黑点,力学性能偏低,金相检查可发现小部分石墨呈片状或蠕虫状,铸件的残余镁量和平共处稀土量比政党含量偏低,这种状况一般为球化不良。防止措施: ①根据原铁液的含量以及球化剂的镁和稀土含量来决定球化剂的加入量,例如采用W(Mg)在7%-9%,W(RE)在2%-5%的球化剂,处理温度不超过1500℃时,表达式的加入量可供参考,具体加入量应根据各厂的情况作适当调整。 ②球化处理要确保化剂与铁液有足够的反应时间,一般情况下反应时间在80-100秒为最好。处理好的球铁要尽快浇注。 ③尽量降低原铁液含量硫量,如使用高碳低硫焦炭,有条件的话可采用脱硫处理,原铁液出铁时要避免出到炉渣(炉渣中硫是铁液的3-4倍)。 ④严格控制生铁中的反球化元素(如砷、铅,、钛、铝等的含量)。 ⑤防止铁液氧化,处理球铁时温度要适中,根据铁液化温度的高低,来选择球化剂的化学成分。 ⑥大断面件应适当降低稀土含量,必要时可加入少量锑中和稀土使用球墨畸变的作用。 球化衰退 特征:同包铁液浇注的然后件中,前期浇注的球化良好,后期浇注的铸件球化不良,或者不球化。防止措施: ①处理好的铁液尽快浇注,铁液表面要覆盖保温材料,避免铁液表面氧化。 ②确保铁液有足够的残余镁量,厚大断面的球铁件可采用衰退能力较强的球化剂,(钇基生稀土镁球化剂)。 石墨漂浮(含开花状石墨) 特征:在铸件断口的上表面可见到一层清晰、密集的黑斑,金相检查可发现断面顶部石墨球聚集,聚集层下部有时有连续的或者个别的开花状石墨。石墨漂浮严重削弱球铁的力学性能,使强度、硬度、伸长率和冲击韧度都明显降低。防止措施: ①严格控制碳当量,这是解决石墨漂浮的根本途径,一般情况下,碳当量控制在4.3%-4.7%.薄小件偏上限,厚大件偏下限。 ②加快铸件的冷却速度,在厚大部位处放置冷铁。有时候可加入一些反石墨化元素(如钼) ③ 球化剂的稀土含量不宜太高。 1 缩孔缩松 1.1影响因素 (1)碳当量:提高碳量,增大了石墨化膨胀,可减少缩孔缩松。此外,提高碳当量还可提高球铁的流动性,有利于补缩。但提高碳当量时,不应使铸件产生石墨漂浮等其他缺陷。 (2)磷:铁液中含磷量偏高,使凝固范围扩大,同时低熔点磷共晶在最后凝固时得不到补给,以及使铸件外壳变弱,因此有增大缩孔、缩松产生的倾向。一般工厂控制含磷量小于0 08%。 (3)稀土和镁:稀土残余量过高会恶化石墨形状,降低球化率,因此稀土含量不宜太高。而镁又是一个强烈稳定碳化物的元素,阻碍石墨化。由此可见,残余镁量及残余稀土量会增加球铁的白口倾向,使石墨膨胀减小,故当它们的含量较高时,亦会增加缩孔、缩松倾向。 (4)壁厚:当铸件表面形成硬壳以后,内部的金属液温度越高,液态收缩就越大,则缩孔、缩松的容积不仅绝对值增加,其相对值也增加。另外,若壁厚变化太突然,孤立的厚断面得不到补缩,使产生缩孔缩松倾向增大。 (5)温度:浇注温度高,有利于补缩,但太高会增加液态收缩量,对消除缩孔、缩松不利,所以应根据具体情况合理选择浇注温度,一般以1300~1350℃为宜。 (6)砂型的紧实度:若砂型的紧实度太低或不均匀,以致浇注后在金属静压力或膨胀力的作用下,产生型腔扩大的现象,致使原来的金属不够补缩而导致铸件产生缩孔缩松。 (7)浇冒口及冷铁:若浇注系统、冒口和冷铁设置不当,不能保证金属液顺序凝固;另外,冒口的数量、大小以及与铸件的连接当否,将影响冒口的补缩效果。 1.2 防止措施 (1)控制铁液成分:保持较高的碳当量(>3 9%);尽量降低磷含量(<0 08%);降低残留镁量(<0 07%);采用稀土镁合金来处理,稀土氧化物残余量控制在0 02%~0 04%。 (2)工艺设计要确保铸件在凝固中能从冒口不断地补充高温金属液,冒口的尺寸和数量要适当,力求做到顺序凝固。 (3)必要时采用冷铁与补贴来改变铸件的温度分布,以利于顺序凝固。 (4)浇注温度应在1300~1350℃,一包铁液的浇注时间不应超过25min,以免产生球化衰退。 (5)提高砂型的紧实度,一般不低于90;撞砂均匀,含水率不宜过高,保证铸型有足够的刚度。 2 夹渣 2 .1 影响因素 (1)硅:硅的氧化物也是夹渣的主要组成部分,因此尽可能降低含硅量。 (2)硫:铁液中的硫化物是球铁件形成夹渣缺陷的主要原因之一。硫化物的熔点比铁液熔点低,在铁液凝固过程中,硫化物将从铁液中析出,增大了铁液的粘度,使铁液中的熔渣或金属氧化物等不易上浮。因而铁液中硫含量太高时,铸件易产生夹渣。球墨铸铁原铁液含硫量应控制在0 06%以下,当它在0 09%~0 135%时,铸铁夹渣缺陷会急剧增加。 (3)稀土和镁:近年来研究认为夹渣主要是由于镁、稀土等元素氧化而致,因此残余镁和稀土不应太高。 (4)浇注温度:浇注温度太低时,金属液内的金属氧化物等因金属液的粘度太高,不易上浮至表面而残留在金属液内; 温度太高时,金属液表面的熔渣变得太稀薄,不易自液体表面去除,往往随金属液流入型内。而实际生产中,浇注温度太低是引起夹渣的主要原因之一。此外,浇注温度的选取还应考虑碳、硅含量的关系。 (5)浇注系统:浇注系统设计应合理,具有挡渣功能,使金属液能平稳地充填铸型,力求避免飞溅及紊流。 (6)型砂:若型砂表面粘附有多余的砂子或涂料,它们可与金属液中的氧化物合成熔渣,导致夹渣产生;砂型的紧实度不均匀,紧实度低的型壁表面容易被金属液侵蚀和形成低熔点的化合物,导致铸件产生夹渣。 2.2 防止措施 (1)控制铁液成分:尽量降低铁液中的含硫量(<0 06%), (2)熔炼工艺:要尽量提高金属液的出炉温度,适宜的镇静,以利于非金属夹杂物的上浮、聚集。扒干净铁液表面的渣子,铁液表面应放覆盖剂(珍珠岩、草木灰等),防止铁液氧化。选择合适的浇注温度,最好不低于1350℃。 (3)浇注系统要使铁液流动平稳,应设有集渣包和挡渣装置(如滤渣网等),避免直浇道冲砂。 (4)铸型紧实度应均匀,强度足够;合箱时应吹净铸型中的砂子。 3 石墨漂浮 3. 1 影响因素 (1)碳当量:碳当量过高,以致铁液在高温时就析出大量石墨。由于石墨的密度比铁液小,在镁蒸汽的带动下,使石墨漂浮到铸件上部。碳当量越高,石墨漂浮现象越严重。应当指出,碳当量太高是产生石墨漂浮的主要原因,但不是唯一原因,铸件大小、壁厚也是影响石墨漂浮的重要因素。 (2)硅:在碳当量不变的条件下,适当降低含硅量,有助于降低产生石墨漂浮的倾向。 (3)稀土:稀土含量过少时,碳在铁液中的溶解度会降低,铁液将析出大量石墨,加重石墨漂浮。 (4)球化温度与孕育温度:为了提高镁及稀土元素的吸收率,国内试验研究表明,球化处理时最适当的铁液温度是1380~1450℃。在此温度区间,随着温度升高,镁和稀土的吸收率增加。 (5)浇注温度:一般情况下,浇注温度越高,出现石墨漂浮的倾向越大,这是因为铸件长时间处于液态有利于石墨的析出。若缩短凝固时间,随着浇注温度升高,石墨漂浮倾向降低。 (6)滞留时间:孕育处理后至浇注完毕之间的停留时间太长,为石墨的析出提供了条件,一般这段时间应控制在10min以内。 3 2 防止措施 (1)控制铁液成分:严格控制碳当量,不得大于4 6%;铁液的含碳量不得大于4 0%,可用废钢来调整铁液的含碳量;采用低硅(<1 2%)生铁;改进孕育处理,增强孕育效果,这样可降低孕育硅铁量。 (2)控制稀土的加入量:在保证球化的前提下,加入量要少。 (3)改进铸件的结构,使壁厚尽量均匀,且小于60mm;若壁厚相差很大、热节很大,可在厚壁或者热节处加放冷铁;若是热节或厚壁位置在铸件顶部,可在此处加冒口。 (4)严格控制温度:通常要求在1380~1450℃进行球化处理,1360~1400℃进行浇注。同时,尽量缩短铁液出炉到浇注之间的滞留时间。 (5)必要情况下,可以加入钼等反石墨化元素,提高碳在铁液中的溶解度,从而减少石墨析出。 4 皮下气孔 4. 1 影响因素 (1)碳当量:适当增加含硅量有助于皮下气孔的减少。同时,在硅量保持不变的情况下,随着含碳量的增加,球铁中皮下气孔的个数呈现出单峰曲线,且峰值点总保持在共晶点左右,因此,最好将碳硅含量选择得高一些,以使球铁的碳当量稍大于共晶点。 (2)硫:硫高会引起皮下气孔等缺陷,当含硫量超过0 .094%时就会产生皮下气孔,含硫量越高,情况越严重。 (3)稀土:铁液中加入稀土元素能脱氧、脱硫,提高铁液表面张力,因此有利于防止产生皮下气孔。但稀土含量太高,会增加铁液中氧化物的含量,使气泡外来核心增加,皮下气孔率增加。 (4)镁:过高的镁将会加剧铁液的吸氢倾向,大量的镁气泡和氧化物进入型腔,增加气泡的外来核心;此外镁蒸汽直接与砂型中的水分作用,产生MgO烟气及氢气,也会产生皮下气孔。 (5)铝:铁液中的铝是铸件产生氢气孔的主要原因。据报道,当湿型铸造球墨铸铁的残留铝量为 0.030%~0 .050%时,将产生皮下气孔。 (6)壁厚:皮下气孔还有"壁厚效应"特征,即气孔的产生在一定壁厚范围内,实际上这与铸件的凝固速度有关。铸件壁厚大时,其凝固结皮时间推迟,有利于气泡逸出。因此,一般来说壁厚小于6mm或大于25mm时不易产生皮下气孔。 (7)浇注温度:浇注温度类似于壁厚效应,也有一个温度范围,在1285~1304℃时,皮下气孔相当严重。笔者进一步研究认为,不同的壁厚其危险温度也不相同,因此,应根据铸件壁厚共同确定浇注温度。当然,提高浇注温度能延缓氧化膜的生成,防止熔渣进入型腔,同时对砂型烘烤时间加长使水分向外迁移。 (8)型砂含水率:铸型产生皮下气孔的倾向按下列顺序依次减小:湿型、干型、水玻璃型、壳型。司乃潮的研究也证明了这一点,即随着型砂水分的提高,球铁产生皮下气孔的倾向增大,而当型砂水分小于4 .8%时,皮下气孔率接近于零。 (9)型砂紧实度与透气性:型砂的透气性太低,导致型壁所产生的气体不能排出型外,而向金属侵入,致使铸件产生气孔;随着型砂紧实度的增加,皮下气孔的倾向也加大,但当紧实度相当高时,倾向又减小,这可能是由于表层砂紧实度高,增大了水分向铸件方向的迁移阻力,但若型砂水分也高,将使水蒸气爆炸的可能性增加。 (10)浇冒口:合理设计浇冒口,使铁液平稳浇注,并具有较强的挡渣功能;同时,适当增加直浇道和冒口的高度,以增加金属液的静压力。。 5 球化衰退及球化不良 5.1 影响因素 (1)碳当量:铁液的碳当量太高时(尤其是硅含量也高时)将使石墨球化受到影响。试验表明,对于厚壁铸件,当碳当量超过共晶成分时就有可能产生开花状石墨。但是提高铁液的含碳量有利于镁回收率的提高。因此生产中大多采用高碳低硅的原则,通常含硅量控制在2%左右。此外,碳当量的选取还与铸件壁厚有关:当壁厚为6.5~76mm时,碳当量为4.35%~4.7%;当壁厚>76mm,碳当量为4.3%~4 .35%。 (2)硫:当铁液中的含硫量太高时,硫与镁和稀土生成硫化物,因其密度小而上浮到铁液表面,而这些硫化物与空气中的氧发生反应生成硫,硫又回到铁液,又重复上述过程,从而降低了镁与稀土含量。当铁液中的硫大于0.1%时,即使加入多量的球化剂,也不能使石墨完全球化。 (3)稀土与镁:稀土与镁含量过低时,往往产生球化不良或球化衰退现象。一般工厂要求球化剂的加入量为1.8%~2.2%。 (4)壁厚:铸件壁太厚也容易产生球化不良及衰退缺陷,主要是因为铁液在铸型中长时间处于液态,镁蒸汽上浮,造成镁含量降低;共晶时大量石墨生成而释放出的结晶潜热使奥氏体壳重新熔化,石墨伸出壳外而畸形长大,形成非球状石墨。 (5)温度:若铁液温度过高,铁液氧化严重,由于镁与稀土易与氧化物产生还原反应,而使得镁、稀土含量降低,同时高温也将增加镁的烧损和蒸发;铁液温度太低,球化剂不能熔化和被铁液吸收,而上浮至铁液表面燃烧或被氧化。 (6)滞留时间:铁液中镁的含量是随孕育处理后停留时间的增加而减少,其主要原因是因硫及镁、稀土的氧化与蒸发造成的。一般情况下,滞留时间不超过20min。 (7)浇冒口:浇冒口若设计不合理,会产生浇注时间太长、铁液飞溅以及卷入空气,使镁、稀土氧化严重。 5.2 防止措施 (1)严格控制铁液成分:选择合适的碳当量;铁液中的含硫量应小于0 08%(其中生铁含硫不得大于0 03%,焦碳含硫不得大于0 08%),可采用小苏打进行脱硫。 (2)加入足够的球化剂, (3)合理设计铸件结构,避免壁厚过大,也可在壁厚处加冷铁以提高凝固速度,缩短液态时间,从而防止球化衰退及不良。 (4)注意处理温度。出炉温度应低于1460℃,以防球化剂严重烧损;要防止高温下的氧化现象,盖好覆盖球化剂的铁板(厚度应>3mm);铁液扒渣后应用草木灰等盖好;当铁液温度>1350℃出现球化不良及衰退时,可补加球化剂;而当<1350℃时就不能补加球化剂,也不得浇注球铁件,只能补加其它铁液浇注不重要的灰铸铁件或芯骨等。 (5)铁液出炉后应及时浇注,滞留时间不得超过20min。 (6)合理设计浇冒口,,采用型内和型上球化处理,加强孕育。

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