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球铁球化和孕育处理的最新发展

时间:2016-04-19 14:16      作者: admin

多年来,许多工程师和研究人员都在研究一种提高铸铁球化和孕育效果的办法。薄壁球墨铸铁和厚壁球墨铸铁的球化方法和孕育处理工艺受到较大的重视。型内孕育由于孕育剂在型内进行,铸件凝固时间短,球化和孕育的效果好,是目前球墨铸铁球化和孕育处理的最新发展。这种工艺是在浇注系统中设计孕育处理室,把孕育剂直接放入型内反应室或者放入冒口颈、横浇道或铸件内浇口的上游型腔内进行处理,在充型过程中完成孕育处理,具有良好的球化和孕育效果。进行型内孕育时要注意的问题有,所加的合金必须完全溶解,而且要保证从浇注开始直到终了都具有适当的浓度均匀性;不允许将未溶的剩余合金带入铸件内部,同时浇注系统要设计集渣装置,防止反应熔渣进入铸件。为了满足这两个方面的基本要求,首先从孕育剂的物理形状出发,合金的物理形状有:单一块状、松散粒状、密集粒状或根据需要而具有的特殊形状;一般国外采用单一块状合金的孕育剂,其尺寸设计应能保证在浇注终了时,孕育剂反应完全。型内孕育处理工艺的优点为处理过程反应平稳、孕育剂吸收率高、孕育衰退倾向较小。

稀土硅与球化剂同时添加后,普通孕育与型内孕育方法可以分别获得铸态薄壁新型高强度球墨铸铁件和Y型铸态高强度球墨铸铁件。利用高纯生铁(3.9%C(质量分数,下同)、0.01%Si、0.05%Mn、0.01%P、0.006%S)、电解铁、Fei-Si、Fe-Mn、S-Fe及纯铜,用10kHz,20kW的高频电炉溶制最终目标组成为3.7%C(质量分数,下同)、2.5%Si、1.0%Mn、0.02%P、0.012%S及1%~2.5%Cu的球墨铸铁原铁水;铁水温度1773K时用Fe-Si-Mg-RE(5.95%Mg、2.35%RE)球化剂浇包法球化处理,考虑原铁水S含量RE目标值为0.05%,不足的RE量用RE-Si补充(其中w(RE)=31.7%),与球化剂同时加入。球化反应后用质量分数为0.4%的Fe-Si进行孕育处理,在1673K时浇入Φ10mm试样铸型,用Φ10mm铸件加工为Φ6mm标准拉伸试样,进行拉伸试验。结果表明:w(Cu)=2.5%的试样抗拉强度超过1200MPa、伸长率3%、硬度310HB。获得与奥贝球墨铸铁相匹敌的铸态新型高强度、低硬度球墨铸铁。观察显微组织发现:其组织为无渗碳体析出的全珠光体基体上分布有球化良好的小球径石墨,而且珠光体很细化。分析认为:通过添加与原铁水中S量相对应的RE量,在铁水中形成充当石墨核心的硫化物,当石墨核心数增加到临界白口石墨球数以上时,石墨化作用抑制了渗碳体形成的同时,使锰、铜加入量提高成为可能;二者分布在珠光体基体上,锰促进珠光体中渗碳体形成,而铜阻碍固溶于奥氏体中的碳原子向石墨球扩散从而形成细化的珠光体基体,可以铸态获得高强度球墨铸铁。

对Y型铸件进行了旨在提高强度的试验,在合金化的基础上用型内孕育、孕育丝孕育等方法,均无法获得铸态球墨铸铁抗拉强度超过900MPa的试样;于是进行了稀土硅与球化剂同时添加后型内孕育的尝试。球化处理后用质量分数为0.2%的Fe-Si孕育剂进行孕育处理,浇注温度为1723K,浇注时将铁水直接浇到设置在Y型试样铸型上部放有孕育块的型内孕育室内,从Y型试样上加工拉伸试样。拉伸结果表明:经过型内孕育处理的试样可获得950MPa的高强度和4%的伸长率。观察其显微组织发现:组织为全珠光体基体上分布有球化良好的小球径石墨,而且珠光体较细化。(榕霖)

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