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大型球墨铸铁件特有问题的解决途径分析

来源:本站整理 秩名 2016-06-29 浏览
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大型球墨铸铁件的类型比较多,如:大型柴油机缸体、大型轮毂、大球磨机端盖、高炉冷却壁、大型轧钢机机架、大型注塑机模板、大型汽轮机轴承座、风电设备中的轮毂及底座以及核电设备中的废渣罐等。这些部件除必须满足标准中规定的力学性能外,还有一些特殊性能要求,如风电铸件要求低温冲击韧度,核渣罐有许多附加的特殊验收标准等等。因此,作为铸造厂来说生产这些铸件,事先必须做周密的考虑。

大型铸件

1)首先要考虑的是如何获得健全、致密、尺寸合格的铸件

生产大型球墨铸铁件的技术流程与灰铸铁件基本相同,只要结合球墨铸铁的特点在缩尺的选定、砂箱设计等方面稍作修正即可。

2)其次要针对大型球墨铸铁件的共同特点做相应工作

大型球墨铸铁件的共同特点是特别厚重,大多数要求铁素体基体,力学性能必须满足标准数据,有时外加低温冲击性能要求等。

1 大型球墨铸铁件生产的特有问题

由于大型球铁件冷却速度缓慢,导致共晶凝固期长达数小时,而在此期间要形成球铁的主要组织,因而就出现了大断面球铁或大型球铁件所特有的一系列问题:球墨数量少、球墨直径大、球墨畸变、石墨漂浮、化学成分偏析、晶间碳化物以及碎块状石墨(Chunky Graphite)等。这些问题早已受到关注,虽形成机理尚不统一,但对具体问题已有了初步的解决措施。

还有一个重要问题是如何满足和解决低温冲击韧度的要求?问题的巧合在于解决这两大难题的方向及措施大致相同。

2 解决大型球墨铸铁件特有问题的途径

1)强化冷却以加速凝固

关于碎块状石墨的成因普遍较易接受的说法有二:一是球状石墨破碎而引起;二是由于热流或某些合金元素特别是Ce 和La 的偏析造成奥氏体外壳的稳定性降低,导致球墨的生长模式改变而形成。不管哪种理论或说法,可以肯定的是,共晶阶段凝固时间太长(即缓慢冷却)是形成碎块状石墨的直接和客观因素。因此不管采取什么方法,只要能缩短凝固阶段的时间,都可有效地阻止碎块状石墨的出现。

也有文献指出,球墨畸变有一个临界冷却速度(0.8 ℃/min)[1]。石墨畸变有时是一个突变过程,因此加速冷却,缩短凝固时间,特别是缩短共晶阶段的凝固时间,想方设法使共晶凝固阶段缩短至2 h 以内是有显著效果的。围绕这个原则有不少措施:强制冷却;金属型挂砂;使用冷铁等等。

冷铁的导热率大,特别是蓄热能力强,是被广泛认为可以应用的有力措施。石墨的导热率高于挂砂冷铁(分别为45W/m•℃及17 W/m•℃),但它的蓄热能力比冷铁小,假如有强制冷却的条件,则用石墨是比较合适的。对于大型或特大型球墨铸铁件,进行强制冷却仍不失为一种有力的措施。一般可采用风冷、雾冷或水冷装置,甚至可采用液氮冷却方式加速铸件的凝固速度。有数据表明,20 t 级球墨铸铁乏料容器铸件凝固时,其传热效果为:金属型吸热占58%、石墨及砂型(型芯部分)吸热占3.5%、砂型及其它装置部分吸热占3.5%、水冷导热占3.5%。由此可见,金属型可使铸件50%以上的热量传导出去,而型芯部分传热很少,显然强制冷却是必要的。

2)改进工艺技术

(1)精心选择原材料

为了生产出优质大型球墨铸铁件,无论怎样精选炉料都是值得的。原料的干扰元素应尽可能低,特别要注意的是生铁来源、废钢品种、增碳剂的选用。

(2)化学成分设计

CE 不能过高(4.2%~4.3%),如w(C)选3.6%~ 3.7% ,w(Si)则必须低至1.8% ~2.0% ;另外,w(Mn)<0.3%,w(P)、w(S)也要严格限制。除殊殊情况外,一般不用合金,因而必须严格挑选废钢。

w(Si)低是必须做到的,否则易出现碎块状石墨,低温性能也会达不到要求,问题就出在又要w(Si)低,又要不出现因w(Si)低而产生的弊病。日本百吨级乏燃料容器成分为:w(C) 3.6%,w(Si) 2.01%,w(Mn) 0.27%,w(P) 0.025%,w(S) 0.004%,w(Ni) 0.78%,w(Mg) 0.065%。

(3)选择双联熔炼

双联熔炼能充分发挥冲天炉铁液成核能力强、电炉热效率高的特点。铁液必须高温出炉,有条件时可脱S,在电炉内的时间不要太长。根据情况决定球化温度,不能太高亦不能太低。

笔者主张大型件球化处理不要用冲入法,因为时间太长。至少用盖包法,最好用特色法或喂丝法,在固定地方喂丝,甚至可连同喂孕育丝。球化剂千万不要用常用的,最好重稀土球化剂和轻稀土球化剂混合使用。如采用冲入法,球化剂中w(Mg) 6%,w(RE) 1.0%~ 1.5%就可以了;如生铁较纯,w(RE) 0.5%~1.0%亦可。如采用喂丝法,可用高w(Mg)量的球化剂,但w(RE)要低,稍含些Ca 即可。

浇注温度要合适(1300~1350 ℃),不要太高,否则液态收缩太大;宜采用分散内浇道中速浇注,尽可能用高刚度铸型以充分利用石墨化膨胀进行球墨铸铁的自补缩,减轻冒口负担,确保铸件内部致密。

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