灰鑄鐵自問世以來,因綜合性能優(yōu)于其它材料而被廣泛應用于機械行業(yè),尤其是合金化HT250多數(shù)用于發(fā)動機缸體、缸蓋,以及機床等有特殊要求的地方。但如何熔煉出優(yōu)質(zhì)的鐵液,是多年來一直困擾鑄造工作者的一個難題。本廠生產(chǎn)的LJ465Q曲軸箱,是微型汽車發(fā)動機的主要部件,材質(zhì)為HT250,對理化性能有特殊的要求,由于原材料及熔煉方面的因素,鐵液質(zhì)量曾時好時壞,嚴重影響了生產(chǎn)。經(jīng)過多年攻關(guān),各種問題現(xiàn)以基本解決。本文作者總結(jié)了近年來質(zhì)量攻關(guān)所獲得的經(jīng)驗,針對該產(chǎn)品在熔煉方面的特點提出相應的解決措施。

1化學成分和爐料配比的確定

1.1化學成分的確定

灰鑄鐵的化學成分必需按鑄件的壁厚和技術(shù)要求合理選擇。

(1)碳當量的選擇。

傳統(tǒng)方法認為,提高灰鑄鐵強度就要降低碳當量,或者提高錳量來提高灰鑄鐵中珠光體比例,以此來提高強度。但是,以降低碳當量來提高灰鑄鐵強度的方法會帶來許多不利因素,如工藝性能變差、白口傾向增大難以加工等,因此未被廣泛采用。當前,普遍采用的方法是在達到較高強度的前提下,使用盡可能高的碳當量。碳當量的提高可以大大改善灰鑄鐵的鑄造性能,使縮孔、縮松減少,降低鑄造廢品率。本廠生產(chǎn)的LJ465Q曲軸箱是典型的薄壁件,壁厚最薄處為315～4mm,碳當量控制在410%～411%。同時針對碳在化學成分中的核心作用,參考此前生產(chǎn)的276Q、376Q曲軸箱,選擇碳量在313%～314%,硅量在210%～211%,爐前采用快速光譜分析儀對成分進行控制。至今已生產(chǎn)鑄件13萬件,鑄件抗拉強度都能達到250MPa以上,硬度也可達到190～240HBS,完全滿足產(chǎn)品技術(shù)要求。

(2)合金元素的控制

合金元素在灰鑄鐵中的作用主要是提高鑄件的強度,主要表現(xiàn)為:①細化石墨和共晶團;②增加基體中珠光體的含量,并使珠光體的片間距細化;③提高滲碳體的熱穩(wěn)定性;④形成碳化物或含有合金元素的磷共晶等硬化相。但合金元素的加入一方面要考慮其對性能的影響,另一方面還要考慮經(jīng)濟性。一些貴重金屬(如鎳)雖然對鑄件力學性能的提高有較大的幫助,但價格較貴,增加了鑄造成本,故不予采用。本廠加入的合金是銅、錳鐵、鉻鐵,加入量分別為0170%～0175%、0175%～0180%、0125%～0130%。

1.2爐料配比的確定

為確保獲得較高的力學性能,爐料中采用大量廢鋼,并相應減少生鐵使用量,以生產(chǎn)出合格鑄鐵。這在現(xiàn)實生產(chǎn)中具有兩方面的意義。①有效地提高了鑄件的性能;②因減少了生鐵使用量,使鑄造成本得到很好地控制。由于本廠采用的熔煉設(shè)備為工頻電爐,大量廢鋼的加入,必然要求通過適當?shù)姆绞綄㈣F液碳量提高到合理的范圍內(nèi)。因此,通過在爐內(nèi)加入快速增碳劑來調(diào)整鐵液的含碳量。同時也要注意,增碳劑的過多加入會降低鐵液的質(zhì)量,為此本廠曾經(jīng)付出了慘痛的代價。而爐料配比又直接決定了所加增碳劑的數(shù)量,故本廠生產(chǎn)的LJ465Q曲軸箱使用的爐料配比為生鐵∶廢鋼∶回爐料=2∶5∶3。同時,在熔煉過程中加入快速增碳劑以提高鐵液中的碳含量。

2爐料的選擇

正確選擇爐料是獲得高質(zhì)量鐵液的必要條件,它不僅影響鑄件的化學成分,而且對組織也有較大的影響。因爐料所含微量元素不同,雖然同樣的化學成分,同樣的鐵液處理方式,但得出的結(jié)果可能大相徑庭,這被鑄造學者稱之為生鐵的遺傳性。本廠對生鐵要求比較嚴格,通過不斷的試用、摸索,最后在全國范圍內(nèi)指定兩個廠家定點采購,并通過加強與供方的合作,保證了生鐵的質(zhì)量。由于爐料中使用的廢鋼比例增加,所以要求廢鋼成分波動小、雜質(zhì)含量低、表面鐵銹少,廢鋼厚度要大于3mm。同時,對于回爐料應分類堆放,表面干凈無雜質(zhì)。對LJ465Q曲軸箱所用回爐料,應盡可能使用其本體回爐料,其次是同一類鑄件(如LJ462Q曲軸箱、376Q、276Q機體),再次是普通回爐料。

3熔煉操作

鑄件的內(nèi)在質(zhì)量、外觀質(zhì)量以及是否存在缺陷都與鐵液有關(guān),高質(zhì)量的鐵液是獲得優(yōu)質(zhì)鑄件最基本和最重要的先決條件。熔化后的鐵液必須滿足以下要求:①具有較高的出鐵溫度和流動性,以保證澆注的鑄件輪廓清晰,無冷隔、澆不足等缺陷,同時,可以使鑄件組織均勻,從而改善鑄件的力學性能;②化學成分應達到預定的要求;③必須將各種有害元素降低到一定程度,保持鐵液純凈,減少渣、氣體等夾雜物。從實踐來看,適當?shù)奶岣叱鲨F溫度對鑄件力學性能、質(zhì)量是有利的,但對熔煉設(shè)備、合金元素的燒損是不利的。由于LJ465Q曲軸箱最小壁厚只有6mm,且形狀復雜,因此選擇出鐵溫度為1520～1550℃,孕育處理后的澆注溫度為1440～1460℃,采用快速測溫儀對鐵液進行溫度控制。

4強化孕育處理

4.1孕育劑的選擇

有了優(yōu)質(zhì)的鐵液再配以有效的孕育,是獲得高性能鑄件的有效方法。通過有效的孕育不僅可以細化基體組織,改變石墨形態(tài),還可以減少白口傾向,改善加工性能。近年來,我國已改變了以往單一使用硅鐵作為孕育劑的狀況,開發(fā)出了多種復合孕育劑。本廠使用的孕育劑為福士科復合孕育劑,再配以75硅鐵進行孕育,效果相當好,多年來,LJ465Q曲軸箱可控指標很少不符合要求。

4.2孕育劑的加入方法

孕育劑一般在出鐵口處加入,隨鐵液緩慢進入包內(nèi),通過鐵液的沖刷、攪拌,力求均勻。實際操作時,待包內(nèi)鐵液達到約20%時,開始加入孕育劑,至包內(nèi)鐵液為80%時,全部加完。因此保證孕育劑在包內(nèi)能充分均勻地溶入鐵液中,使整包鐵液成分均勻,才能保證鑄件組織一致。

5結(jié)論

(1) 確定合理的化學成分和爐料配比是獲得優(yōu)質(zhì)鐵液,生產(chǎn)高性能灰鑄鐵件的前提條件;

(2) 加強爐料的管理和控制,減少微量元素對鑄件質(zhì)量的影響;

(3) 通過提高熔化溫度,從而減少非金屬夾雜的不良作用,是獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的有效途徑;

(4) 強化孕育工藝可以細化基體組織,改變石墨形態(tài),還可以減少白口傾向,改善加工性能。