一、 概述
沖入法工藝由于其簡便易行的特點(diǎn),在國內(nèi)得到為廣泛的應(yīng)用。但是隨著社會(huì)的發(fā)展和行業(yè)競爭的加劇,鑄造行業(yè)生產(chǎn)成本壓力和環(huán)境污染問題越來越突出,鑄造行業(yè)必須向“綠色鑄造”方向轉(zhuǎn)型發(fā)展。此時(shí)沖入法球化處理工藝的不足也引起了人們的重視。喂線法作為一種自動(dòng)化程度高、成本低、環(huán)境友好的球墨鑄鐵變質(zhì)處理方法,得到了國內(nèi)外許多鑄造廠家和學(xué)者的青睞。
球化劑種類對球墨鑄鐵球化效果影響很大,本文使用相同的孕育包芯線,在保持其他控制參數(shù)基本一致的前提下,采用三種不同的球化包芯線對鐵液進(jìn)行喂線處理,主要研究了球化包芯線對球墨鑄鐵組織和性能的影響。
二、原材料及試驗(yàn)方法
試驗(yàn)采用3t中頻電爐進(jìn)行鐵液熔化,用到的主要原材料有生鐵、廢鋼、球墨鑄鐵回爐料,其主要化學(xué)成分見表1。
變質(zhì)處理采用喂線法,孕育包芯線和球化包芯線的主要參數(shù)見表2。喂線時(shí)包芯線從鐵液包中心部位進(jìn)入鐵液,喂線速度為25m/min,孕育線加入長度為噸鐵液18m,球化線加入長度按照表3進(jìn)行控制,當(dāng)wS>0.035%時(shí)進(jìn)行脫硫處理。喂線處理后鐵液的化學(xué)成分見表4。澆注前對鐵液進(jìn)行瞬時(shí)孕育,增加孕育效果,改善石墨形態(tài)。瞬時(shí)孕育劑為粒度為0.3~0.7mm的硅鋇孕育劑,化學(xué)成分與孕育包芯線中的芯粉相同。
試驗(yàn)時(shí)澆注的試塊為厚斷面上附鑄兩個(gè)U70試塊的階梯試塊(見圖1)。按規(guī)范要求從U70試塊上取樣進(jìn)行性能和金相的檢測,性能檢測采用標(biāo)準(zhǔn)的Φ14mm抗拉試棒。
試驗(yàn)結(jié)果與分析:
(1)石墨形態(tài) 圖2為分別采用方案1~方案4進(jìn)行喂線變質(zhì)處理后U70試塊的石墨形態(tài)照片。圖2a為采用方案1進(jìn)行喂線處理后的石墨組織,球化線的芯粉成分為釔基重稀土球化劑,從圖中可以看出石墨球圓整度很好,石墨數(shù)量多,絕大部分石墨球尺寸比較一致,但是存在少量石墨球聚集的現(xiàn)象,并且石墨球分布不均勻,有些區(qū)域石墨球數(shù)量較少。圖2b為采用方案2的石墨形態(tài)照片,石墨數(shù)量比較少,形態(tài)比較差,出現(xiàn)大量異形,并且分布不均勻。圖2c為采用方案3后的石墨形態(tài),采用此方案處理的鐵液石墨球圓整好,球徑小、石墨球數(shù)量很多,并且分布很均勻。圖2d為采用方案4后的石墨形態(tài)照片。此方案采用與方案3相同的包芯線,但是沒進(jìn)行二次孕育,從照片上可以看出,石墨球數(shù)量較多,分布不太均勻,大部分石墨球的球形很好,但是存在少量異形石墨。
通過對比可以發(fā)現(xiàn),采用Q3球化包芯線處理鐵液后石墨形態(tài)好,不僅石墨球的圓整度好,并且石墨球數(shù)量也多,達(dá)到了200個(gè)/mm2以上。通過圖2c與圖2d對比可以發(fā)現(xiàn),二次孕育可以明顯改善石墨球圓整度和分布狀況,增加石墨球數(shù)量。圖2b石墨形態(tài)很差,則是由于Q2包芯線中輕稀土含量太高造成的,同時(shí)也說明試驗(yàn)中熔化的鐵液純凈度較高,只需要很少的稀土元素就能中和鐵液中干擾元素的不利影響,而Q3球化包芯線的稀土含量只有0.8%,球化效果佳。
不同球化包芯線球化處理后U70試塊的石墨形態(tài)
(注:圖a、b、c分別為為采用Q1、Q2、Q3球化包芯線處理鐵液,圖c、d采用相同的包芯線,圖d沒有進(jìn)行二次孕育)
?。?)力學(xué)性能 表5為采用不同的試驗(yàn)方案喂線處理后的性能結(jié)果。從表中可以看出方案2的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和試塊硬度明顯高于其他三種方案,延伸率比其他方案差很多,主要是由于方案2采用的Q2球化包芯線稀土含量太高,處理后的球墨鑄鐵石墨形態(tài)差,白口傾向大,基體組織中珠光體含量偏高造成的,經(jīng)過腐蝕后組織的觀察,方案2的珠光體含量達(dá)到15%,而其他方案的珠光體含量只有5%。方案1和方案3抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度以及試塊硬度基本一致,但是方案3的伸長率比方案1高24.0%,主要是由于方案3的石墨分布優(yōu)于方案1。方案4的抗拉強(qiáng)度和伸長率比方案3略低,主要是石墨形態(tài)差造成的。
結(jié)語
(1) 采用喂線變質(zhì)處理工藝必須根據(jù)鐵液的質(zhì)量合理選擇球化包芯線,才能良好的球化效果。
(2) 原鐵液較純凈時(shí),采用低稀土的球化包芯線能夠生產(chǎn)出石墨球數(shù)量多,圓整度非常好的球墨鑄鐵。
(3) 喂線變質(zhì)處理工藝和二次孕育有機(jī)結(jié)合使用能產(chǎn)生良好的效果,得到石墨形態(tài)和性能優(yōu)良的球墨鑄鐵。