1 前言

鐵型覆砂工藝生產(chǎn)的鑄件因外觀光潔、內(nèi)部致密、尺寸精確逐步受到歡迎，逐漸成為眾多輪轂廠家的選擇，主要材質(zhì)為QT450-10，全部采用這種工藝，但在生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)強(qiáng)度高、延伸率低、穩(wěn)定性差的問題，本文與實際生產(chǎn)現(xiàn)場結(jié)合，通過對工藝的優(yōu)化和調(diào)整使鑄件本體延伸率穩(wěn)定達(dá)到12%以上、綜合成品率由94.53%提升至97%，成功解決了生產(chǎn)過程中的難題。

2 化學(xué)成分與原材料

公司汽配產(chǎn)品已批量生產(chǎn)多年，熔煉設(shè)備采用1噸中頻電爐，外購生鐵和廢鋼，原材料配比基本固定，原鐵水化學(xué)成分如表1：

表1    原鐵水化學(xué)成分

爐次	C	Si	Mn	P	S
1	3.82	1.26	0.34	0.029	0.026
2	3.84	1.37	0.31	0.035	0.031
3	3.84	1.27	0.33	0.032	0.025
4	3.83	1.33	0.31	0.033	0.02
5	3.83	1.4	0.41	0.040	0.03
6	3.85	1.35	0.35	0.035	0.024
7	3.79	1.4	0.3	0.033	0.024
8	3.85	1.37	0.33	0.037	0.027
9	3.84	1.37	0.40	0.036	0.026
10	3.80	1.22	0.37	0.042	0.032

從表1可以看出：生產(chǎn)過程中原鐵水Mn、S含量波動較大，部分爐次Mn、S含量較高，在鑄態(tài)高韌性QT450-10中，錳能阻礙共析轉(zhuǎn)變的石墨化，增加、穩(wěn)定和細(xì)化珠光體，部分錳也可以固溶入鐵素體中，提高強(qiáng)度并降低韌性，增加結(jié)晶過程的過冷傾，對韌性影響很大，因此錳含量應(yīng)越低越好。硫含量過高易形成較多硫化物雜質(zhì)，特別在球化劑加入量不變時，硫高必然消耗較多的球化劑，會造成球化元素殘留量少而導(dǎo)致球化不良或球化衰退的現(xiàn)象，嚴(yán)重降低球化穩(wěn)定性和球鐵的力學(xué)性能。

由于中頻電爐冶金能力差且沒有凈化效果，原材料質(zhì)量好壞是原鐵水成分和生產(chǎn)過程穩(wěn)定的關(guān)鍵，通過對原鐵水成分的分析，經(jīng)過查找發(fā)現(xiàn)一家供應(yīng)商生鐵中Si、S含量波動較大，部分批次廢鋼中Mn含量較高，為了穩(wěn)定化學(xué)成分和有效的控制促進(jìn)白口和反球化元素，盡量降低原鐵水中的Mn、S含量，采取了如下方法：

⑴  選用定點供應(yīng)的生鐵、廢鋼，并嚴(yán)格控制其質(zhì)量。

⑵  控制原鐵水中Mn＜0.3%，Ｓ含量在0.025%左右；增加了對Cr、Ti等微量元素的控制。

3 球化處理

采用沖入法球化工藝，球化包容量1.2-1.5T、高徑比1.2:1，球化劑加入量為鐵液重量的 1.2～1.5%，球化劑放在澆包鐵水沖入方對側(cè)的堤壩內(nèi)，之后再上面均勻覆蓋粒度5～25mm的75硅鐵孕育劑，再覆蓋同牌號烘干的干凈球鐵鐵屑并適當(dāng)緊實；球化處理時，先沖入澆包容量2/3的鐵液，將剩余的 75 硅鐵孕育劑投入包中，然后壓包蓋待球化反應(yīng)完畢，補(bǔ)加鐵液至滿包，扒渣并覆蓋一層珍珠巖集渣、保溫。

實際生產(chǎn)過程中為了防止孕育衰退或出現(xiàn)碎塊狀石墨，增加并細(xì)化球狀石墨，澆注時加入量為鐵液量0.1～0.2%的隨流孕育。

取澆注最后一件鑄件本體試塊，金相組織如圖1、圖2，本體理化性能如表2；球化級別3～4級，石墨大小 5 級左右，球化質(zhì)量一般，對鑄件強(qiáng)度和延伸率有不利影響，必須改善球化處理效果，提高石墨球圓整度和石墨球數(shù)量。

仔細(xì)觀察球化過程各環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)包蓋與包壁之間間隙過大，包蓋不能完全覆蓋包口和包嘴，球化處理過程大量鐵水飛濺出去，鎂和稀土大量燒損并散發(fā)到空氣中，同時球化處理時間偏短。                         

              圖1    

           圖2

               圖3  

               圖4 

為了提高鎂吸收率、改善球化質(zhì)量：

⑴ 改善壓包蓋板的形狀，使其能充分覆蓋澆口四周和包嘴，降低球化過程澆包內(nèi)鐵水飛濺程度，減小鎂在鐵水翻騰過程中過度的燒損。

⑵ 明確現(xiàn)場操作工在向澆包內(nèi)沖鐵水和加球化劑、孕育劑和碎鐵屑過程中作業(yè)規(guī)范，確保從球化反應(yīng)開始到結(jié)束時間不小于60S。

工藝優(yōu)化后，從批量生產(chǎn)的鑄件中隨機(jī)抽取澆注最后一件鑄件本體試塊，金相組織如圖3、圖4，理化性能如表2所示：

表2    工藝優(yōu)化前后QT450-10球化處理

通過調(diào)整球化包蓋板、壓合金操作，合理了延長球化處理時間，減小了稀土鎂加入量，提高了鎂吸收率；石墨球圓整度更好，石墨數(shù)量更多，鑄件延伸率大幅提高，同時也減少了球化不良和球化衰退的出現(xiàn)。

4  鑄件冷卻時間

一般砂型機(jī)械化自動線作業(yè)，鑄件開箱由流水線節(jié)拍控制，開箱時間不會存在較大波動，較少考慮冷卻速度對鑄件延伸率的影響，但鐵型覆砂工藝因鑄件外面被一層5-7mm的覆砂層和厚厚的鑄鐵型包圍，鐵型對進(jìn)入型腔的鐵水有很強(qiáng)的激冷作用，直接導(dǎo)致基體中鐵素體數(shù)量明顯減少、珠光體含量升高，鑄件強(qiáng)度升高、延伸率降低，對于鑄態(tài)高韌性QT450-10球鐵來說存在極大不利。

如表3、下圖所示，澆注后不同冷卻時間對QT450-10鑄件本體珠光體含量的影響，同一包鐵水澆注的形成的鑄件，澆注后13分鐘開箱的鑄件基體中珠光體含量高達(dá)40-50%，延伸率只有4-8%；澆注后30分鐘開箱鑄件基體中珠光體含量不超過20%，延伸率達(dá)12%以上；因此確定適宜的冷卻時間對鐵型覆砂工藝鑄態(tài)高韌性鑄態(tài)QT450-10鑄件生產(chǎn)尤為關(guān)鍵。

表3   開箱時間對QT450-10鑄件本體珠光體含量的影響

         開箱時間30分鐘 

                                          

         開箱時間13分

5   結(jié)束語

⑴ 適宜穩(wěn)定的原材料和化學(xué)成分是生產(chǎn)高韌性球墨鑄鐵的關(guān)鍵，鐵水成分異常波動、殘存微量元素的變化會嚴(yán)重惡化石墨形態(tài)，削弱球墨鑄鐵性能。

⑵ 結(jié)合自身生產(chǎn)現(xiàn)狀，通過對蓋包法球化處理工藝的優(yōu)化，提高了鎂吸收率，減少了球化劑的加入量，有效細(xì)化石墨，增加了石墨球數(shù)量，減少球化不良和球化衰退的出現(xiàn)，系統(tǒng)的提升了產(chǎn)品質(zhì)量和合格率。

⑶ 鐵型覆砂工藝鑄件開箱冷卻時間對鑄態(tài)高韌性QT450-10球墨鑄鐵性能有較大影響，決定了鑄態(tài)高韌性球墨鑄鐵最終性能能否滿足要求，必須引起足夠重視，企業(yè)應(yīng)該結(jié)合自身產(chǎn)品特點和生產(chǎn)實際通過驗證來確定最佳的冷卻時間。

文章來源鑄造工業(yè)網(wǎng)