消失模球墨鑄鐵球化處理工藝探索

張英，李兆軍，馬冬霞

淄柴動力有限公司 山東淄博 255000

1 序言

球墨鑄鐵作為一種高性能材料，在許多行業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，經(jīng)過多年的發(fā)展，球墨鑄鐵的產(chǎn)量僅次于灰鑄鐵，是第二大應(yīng)用材料。因此，越來越多的廠家都在對工藝進(jìn)行不斷地優(yōu)化和改進(jìn)。球墨鑄鐵的生產(chǎn)工藝一般包括以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：熔煉合格的鐵液；球化-孕育處理；爐前檢驗(yàn)；澆注鑄件；清理及熱處理；鑄件質(zhì)量檢驗(yàn)。其中，鐵液的球化-孕育處理的作用是改變石墨生長方式，使石墨球圓整細(xì)化。因此，熔煉工藝決定了球墨鑄鐵的性能。

消失模鑄造是一種采用與鑄件尺寸相近的泡沫塑料模，經(jīng)刷涂料后埋入干砂中，在抽真空狀態(tài)下澆注鐵液，鐵液凝固后形成鑄件的鑄造方法。它的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，鑄件精度高，清潔生產(chǎn)，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、大批量生產(chǎn)。在用消失模生產(chǎn)球墨鑄鐵時(shí)，多采用常規(guī)的倒包球化工藝，即將一定量的球化劑放置于球化包包底，其上用覆蓋劑和孕育劑覆蓋嚴(yán)實(shí)，然后將鐵液沖入即可。

然而，消失模生產(chǎn)球墨鑄鐵時(shí)采用上述工藝存在以下問題：一是消失模生產(chǎn)球墨鑄鐵的倒包處理溫度高，球化劑反應(yīng)快，球化時(shí)間較難控制，以致球化劑中鎂的吸收率低；二是處理后的鐵液中鎂的殘余量低，高溫狀態(tài)下燒損較快，以致鑄件的球化等級低，球化衰退嚴(yán)重。由于消失模鑄造在常規(guī)倒包球化工藝中不能生產(chǎn)高質(zhì)量的球墨鑄鐵件，廢品率高，從而亟需提高工藝水平。圖1、圖2所示為采用原球化工藝時(shí)石墨球數(shù)量和珠光體占比情況。

圖1 石墨球數(shù)量占比30%

圖2 珠光體占比85%

從圖1、圖2中可以看出，石墨球數(shù)量少，珠光體含量偏少，會影響球墨鑄鐵的力學(xué)性能和球化等級。

綜上所述，如何有效地解決消失模生產(chǎn)球墨鑄鐵球化等級低、球墨鑄鐵件質(zhì)量差、廢品率高等問題，是目前消失模鑄造領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

鑒于此，開發(fā)出一種新型消失模球墨鑄鐵倒包球化、孕育工藝勢在必行。新型消失模球墨鑄鐵倒包球化、孕育工藝可以有效地解決消失模生產(chǎn)球墨鑄鐵球化等級低、鑄件質(zhì)量差、廢品率高的問題。為此我們進(jìn)行了有針對性的試驗(yàn)。

2 孕育劑的選擇與實(shí)施辦法

針對消失模鑄件澆注溫度高、孕育劑易產(chǎn)生衰退的問題，決定采用熔點(diǎn)高、衰退慢的孕育劑加上普通孕育劑，多次加入的方法，以達(dá)到最佳孕育效果。同時(shí)，根據(jù)不同孕育劑的孕育效果及抗衰退效果的不同，決定采用復(fù)合式孕育劑，按一定的比例分別加入硅鐵、硅鋇、硅鋇鈣孕育劑[1]，分別稱為第一孕育劑、第二孕育劑、第三孕育劑。

第一孕育劑加入量為0.15%，球化反應(yīng)開始20s后，在球化包中撒入重量為鐵液重量0.35%～0.45%的第二孕育劑，再撒入重量為鐵液重量0.2%～0.4%的第三孕育劑。通過3次加入提高了孕育效果，延緩了孕育衰退的時(shí)間，減少鑄件的石墨畸形及非球形石墨數(shù)量，有利于提高鑄件的質(zhì)量。

3 采用有堤壩的球化包，以延緩球化衰退

消失模鑄造球墨鑄鐵之所以球化等級低，主要是因?yàn)榍蚧瘻囟雀撸ㄓ捎跐沧囟雀撸┰斐傻?。如何在保證澆注溫度的情況下提高球化率，我們采用了在堤壩式球化包的堤壩一側(cè)底部先設(shè)置一層球化劑，在球化劑表面設(shè)置一層覆蓋劑并搗實(shí)，在覆蓋劑上放置蓋板，再于蓋板上依次放置球化劑、第一孕育劑和覆蓋劑，蓋板為無銹碳素鋼板或成形球墨鑄鐵板。

將電爐鐵液升溫至1560～1600℃，表面除渣后撒入重量為鐵液重量0.05%～0.15%的碳化硅預(yù)處理劑，并保溫9～11min。將鐵液包內(nèi)扒除浮渣后的鐵液倒入堤壩式球化包內(nèi)未設(shè)置球化劑的一側(cè)[1]。

消失模球墨鑄鐵倒包球化、孕育工藝，是在堤壩式球化包的堤壩一側(cè)底部先設(shè)置一層重量為鐵液重量0.7%～0.9%的球化劑，在球化劑表面覆蓋一層重量為鐵液重量0.05%～0.15%的覆蓋劑并搗實(shí)，在覆蓋劑上放置蓋板，蓋板上再依次放置重量為鐵液重量0.55%～0.65%的球化劑、重量為鐵液重量0.05%～0.15%的第一孕育劑和重量為鐵液重量0.05%～0.15%的覆蓋劑。蓋板的頂面為平面，底面形狀與球化包的包底形狀相同，蓋板頂面邊緣與包體的內(nèi)壁四周間隙≤5mm。因此，加入鐵液進(jìn)行球化反應(yīng)時(shí)，由于中間蓋板的存在，整個(gè)球化反應(yīng)分兩次進(jìn)行。第一層球化反應(yīng)為蓋板上層的球化劑先反應(yīng)，使鐵液吸收一部分稀土鎂。隨著球化反應(yīng)的進(jìn)行，蓋板逐漸熔化。當(dāng)蓋板熔化后，設(shè)置于蓋板下方的球化劑開始反應(yīng)，也就是第二次球化反應(yīng)。通過兩次球化反應(yīng)相繼進(jìn)行的方式，延長了球化反應(yīng)的時(shí)間，提高了稀土鎂的吸收率，減小了后期燒損，提高了球化等級，保證了最終的鑄件質(zhì)量。球化工藝改進(jìn)后，球墨鑄鐵件的金相組織如圖3、圖4所示。

圖3 改進(jìn)后石墨數(shù)量占比60%

圖4 改進(jìn)后珠光體含量占比90%

從圖3、圖4可以清晰地看到，通過工藝的改進(jìn)，石墨數(shù)量和珠光體含量都有明顯的提升，工藝改進(jìn)取得了明顯的效果。

4 結(jié)束語

以上是我們在進(jìn)行消失模鑄造球墨鑄鐵熔煉中球化工藝改進(jìn)的探索，取得了較好的效果，但是珠光體含量仍然需要提高，有待在今后的工作中對工藝做進(jìn)一步改進(jìn)。