熔模铸造铸态材料生产工艺

来源：职称阁分类：建筑论文时间：2020-11-13 09:37热度：

　　介绍了熔模铸造铸态QT450-18材料的生产工艺：（1）炉料配比为8%生铁+40%08钢+50%回炉料+1.6%人造石墨增碳剂+0.4%SiC；选用FeSiMg6RE1球化剂进行冲入法球化处理，采用75SiFe作为包内孕育剂，采用铁素体孕育剂进行随流孕育，并在浇注系统内加入SiBaCa长效孕育剂进行型内孕育；采用全硅溶胶制壳工艺，蒸汽脱蜡后，在贯穿式焙烧炉进行高温焙烧，提高模壳的强度及透气性。生产结果显示：试样的球化等级控制在1~3级，石墨球大小6~8级，珠光体体积分数≤25%，抗拉强度≥450MPa，伸长率≥18%。

熔模铸造铸态材料生产工艺

　　关键词：球墨铸铁；熔模铸造；球化处理；孕育处理

　　熔模精密铸造具有尺寸精度高、表面光洁度好、可生产形状复杂、超薄壁铸件的特点，因而成为精密球墨铸铁件生产的一种重要手段。笔者主要研究熔模铸造QT450-18材料的生产工艺，根据GB/T1348—2009《球墨铸铁件》标准，试验时采用微机控制30t电子万能拉伸试验仪，测试Y型单铸试块的力学性能。浇注的Y型试样形状及尺寸如图1所示，拉伸试样的形状及尺寸如图2所示。金相检验按照GB/T9441—2009《球墨铸铁金相检验》标准评定。

　　1生产工艺

　　1.1化学成分

　　QT450-18材料的化学成分要求如表1所示，球化、孕育处理后的化学成分检测结果如表2所示。

　　1.2熔炼工艺

　　为了尽量减少有害元素含量，所选原材料应较为纯净，采用优质生铁、08钢以及部分回炉料[1-4]，炉料配比为8%生铁+40%08钢+50%回炉料+1.6%人造石墨增碳剂+0.4%SiC，采用0.5t中频感应电炉熔炼铁液。为了不降低熔炼生产效率，对炉料添加量和顺序进行如下规定：首先在炉子底部加入50kg球墨铸铁回炉料、5kg增碳剂和100kg废钢，全部熔化后，再加入3kg增碳剂和100kg废钢，熔化后再加入40kg生铁，最后加入剩余回炉料。出炉温度1510~1530℃，浇注温度1380~1420℃。如果出炉温度过高，球化剂和孕育剂的加入量会增多，不仅会增加成本，还会使铸件凝固时间延长，易造成孕育衰退，产生开花状石墨；球化处理温度过低时，球化剂难以被铁液熔解吸收，会导致球化不良，也会造成铸件表面严重渣气孔缺陷，因此，要严格控制出炉温度。

　　1.3球化处理及孕育处理

　　当球化剂中w（Mg）量低时，Mg对铁液的搅拌作用减轻，球化剂与铁液的反应将会平稳，铁液轻微翻腾，在铁液液面只能看到少量的Mg气泡闪光，球化剂中Mg的烧损将会减少，Mg的吸收率提高，w（Mg残）量增加，因此，选用低Mg、低RE的FeSiMg6RE1球化剂，粒度为15~30mm，化学成分如表3所示。采用冲入法进行球化处理，球化剂的加入量为1.4%。处理前先将3.5kg球化剂加入处理包内，在其上面覆盖1kg粒度为4~8mm的75SiFe孕育剂和两块生铁块，上面再覆盖定量的除渣剂，使球化剂起爆反应延迟，减少有效Mg的损耗。为了保证球化效果，提高球化率，增加石墨球数，减少白口倾向，提高铸件的伸长率，在球化处理前往处理包内加入粒度为4～8mm的75SiFe作为包内孕育剂，加入量为0.4%；浇注时采用粒度为1～4mm的铁素体孕育剂进行随流孕育，加入量为0.4%；与此同时，还在浇注系统内加入粒度为1～2mm的SiBaCa长效孕育剂进行型内孕育，加入量为0.2%。为避免孕育衰退导致球化等级下降，规定每包铁液浇注总时间控制在5min以内。

　　1.4铸造工艺

　　熔模铸造主要的工艺过程为：制蜡模—蜡模组装—制壳—脱蜡—型壳焙烧—熔炼浇注—落件清砂—磨浇道—热处理—抛丸—探伤—机加工—检查入库。采用全硅溶胶制壳工艺，蒸汽脱蜡后，模组进入贯穿式焙烧炉进行高温焙烧，提高模壳的强度及透气性，在浇注时表现为“红壳浇注”。与砂型铸造相比，熔模铸造在浇注前期冷却速度较慢，后期冷却速度较快，所以，在设计化学成分时，要考虑冷却速度、铸件壁厚以及合金元素对石墨形态和基体组织的影响，保证力学性能稳定性。

　　2生产结果及分析

　　2.1生产结果

　　通过控制化学成分，不断优化球化和孕育过程，进行了大量的试验，铸态球墨铸铁的室温力学性能的检测结果如表4所示。图3为铸态QT450-18的金相组织，可见，QT450-18的石墨球数多、细小且分布均匀，其球化等级为2级，球化率在90%以上，石墨球大小达7级，渗碳体体积分数≤1%。由于石墨球数多，且细小、圆整、均匀分布，减小了对金属基体的切割作用，金属基体的性能得到最大限度的发挥。

　　2.2结果分析

　　生产结果表明：生产铸态QT450-18时，珠光体体积分数应控制在25%以内。在保证铁素体基体的同时，应尽可能提高球化等级，细化石墨球，增加单位面积上的石墨球数量和石墨球的圆整度，保证球化与孕育效果。采用大比例的废钢加增碳剂配以一定量的生铁和回炉料来生产合成球墨铸铁，其中，使用的优质08钢具有较高的纯净度，其w（S）、w（P）量都在较低的水平，并且原始组织中不含石墨相。采用废钢为主要原料，加入人造石墨增碳剂及硅铁进行增C增Si得到合成铁液，与采用生铁作为炉料得到的铁液相比，熔炼反应更充分，纯净度更高，夹杂物更少[5]，在此基础上强化孕育，可以得到更加细小圆整的石墨球以及更发达的奥氏体枝晶骨架[6]，从而使铸件具有更好的力学性能，尤其是冲击韧性及伸长率。熔模铸造采用全硅溶胶制壳工艺，蒸汽脱蜡后模组进入贯穿式焙烧炉焙烧，为提高硅溶胶型壳的透气性、减少球墨铸铁件渣气孔和冷隔缺陷，需保证红壳浇注，但是红壳浇注的铸件凝固时间会延长，孕育衰退将加剧。因此，采用3次孕育方式来加强孕育效果，防止孕育衰退导致的球化不良。实际生产球墨铸铁时采用冲入法球化处理工艺，将0.4％的孕育剂覆盖于球化剂之上，在球化处理的同时完成一次孕育。一次孕育操作简便，但是距离铁液凝固的时间较长，其孕育作用会绝大部分衰退。通过增加孕育剂用量的方式弥补孕育作用的损失或者抵挡孕育衰退，从理论上和实践上均被证实不可能。加强孕育最有效的工艺措施是采用高效、长效的复合孕育剂，并且在球化处理后进行浇注随流孕育和型内孕育。

　　3结束语

　　采用熔模铸造生产铸态QT450-18材料时，要选择适当的化学成分，通过强化孕育处理工艺，将珠光体体积分数控制在25%以内，球化等级控制在1～3级，石墨大小控制在6～8级，提高单位面积上的石墨球数量和石墨球的圆整度，可以获得性能符合牌号要求的铸态材料。

　　参考文献

　　[1]金柱，陈娟.熔模铸造铸态QT600-10的生产工艺[J].现代铸铁，2019（2）：1-4.

　　[2]高峰，武炳焕.QT800-5轻量化平衡轴支架的开发[J].现代铸铁，2020（1）：13-17.

　　[3]孙成瑜，王秀国.冲入法球化处理工艺的改进[J].现代铸铁，2019（1）：9-13.

　　[4]王建东，王成刚，杨永泉，等.特种越野卡车高强度球墨铸铁件的研制[J].现代铸铁，2020（2）：7-12.

　　[5]国林钊.高强度高伸长率球墨铸铁材质（QT700-10）研究[D].济南：山东大学，2015.

　　[6]贺焱，郭学锋，林浩，等.高强高韧合成球墨铸铁的组织及力学性能[J].热加工工艺，2010（7）：27-29.

　　作者：金柱陈娟

文章名称：熔模铸造铸态材料生产工艺

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