铸铁生产过程铁水特性若干问题的探讨.doc

铸铁生产过程铁水特性若干问题的探讨 （一）熔炼铸铁时，铁水温度是否越高越好？ 1、灰铸铁过热温度与其强度、硬度的关系为：A、在1300~1460℃的范围内，随铁水温度的升高，其抗拉强度、布氏硬度值都上升B、在1460~1500℃的范围内，随铁水温度的升高，其抗拉强度继续上升，但布氏硬度变化不 大C、在1500~1600℃的范围内，随铁水温度的升高，其抗拉强度还在上升，但布氏硬度下降2、随着铁水温度的提高其化学成分与含气量发生变化：在冲天炉熔炼中，存在着两个反应：2［C］+O22CO［Si］+O2SiO2在一定的化学成分和压力下，两者反应有一个平衡温度，对于含C3.3%，Si20%的铸铁，其 平衡温度TP为1420℃，在铁水处于TP+50℃，就会发生Si的还原反应：SiO2+2C→［Si］+2CO所以，生产中可观察到，铁水温度越高，硅酸烧损越少，甚至出现增硅现象试验表明：过低的浇注温度会提高气孔的废品率，而过高的浇注温度会增加缩孔的废品率 所以，在该生产条件下，普遍认为最佳浇注温度是1395~1420℃，但是，生产条件各自不同，不能 照搬别人的结论3、铁水温度的选择，应考虑铸件的壁厚、大小和选择的牌号。

通常壁厚越大，浇注温度和过热温度都可适当调低；而随牌号越高，碳当量越低，铁水温度 就要升高值得指出：牌号越高，虽然温度要求越高，但是其过热度不但没升高，反而下降，所以， 尽管高牌号铸件的浇注温度较高，但其铁水的流动能力不如浇注温度较低的低牌号铸件的流动能力， 其原因在于：后者的过热度较前者高二）灰铸铁的化学成分中，硫、磷是否越低越好？灰铸铁中尤其是牌号较高的灰铸铁件，并不是硫、磷越低越好，而是应有一个适当的量1、硫对灰铸铁的影响(1)含硫量对灰铸铁共晶团的影响：由于硫化物可以作为共晶石墨形核的基底，同时又能抑制共晶团的长大，但是，硫又是促进 铸铁形成白口的元素，所以，适当的硫量是有利的从减少白口的角度考虑，含硫量在 0.041%时，白口宽度最小，无论孕育与否都一样，但从共晶团数则处于中间状态2）硫对灰铸铁机械性能的影响对非孕育与孕育灰铸铁抗拉强度和相对硬度的影响：含硫量对非孕育铸铁抗拉强度和相对硬度的影响含硫量对孕育铸铁抗拉强度和相对硬度的影响试验表明：无论孕育或非孕育铸铁，当S≤0.04%时，其布氏硬度随硫量的增加而迅速提高；当 S＞0.04%后，硬度的增加趋缓，含硫量在0.006%时，基体中有40%珠光体，而在含硫0.04%时，珠光 体含量为100%，无论对于孕育或非孕育灰铸铁，其抗拉强度在S0.04—0.06%之间达到最大值，而且 相对硬度达最低值。

同时，实验表明，当灰铁的含硫量低于0.04%时，难以使含Sr的Si—Fe发挥孕育作用对于薄壁的冰箱压缩抗铸件，虽然其化 学成分规定C3.3—3.7%，Si1.8—2.7%, Mn0.3—0.7%，而P.S≤0.15%，最好P≤ 0.12%因为磷在灰铸铁中形成二元或三元磷共晶，而这些共晶体熔点比基体低，故容易引起铸件 产生缩松冷裂等缺陷但是，磷并不是越低越好，而是应控制在一定的范围内磷可以减弱灰铸铁 件的机械粘砂和化学粘砂，从而可使铸件表面光洁生产实践表明，当磷含量在0.02—0.04%时，铸件出现粘砂，而将含磷量增加至0.09—0.12%时，铸件粘砂就消失，并且铸件清砂时间可以减少 35%磷为什么有减少铸件粘砂的作用？铸件粘砂主要产生在热节处，尤其是内腔的热节处，而不 是发生在铁水静压力最大的位置即铸件的下部粘砂是发生在铸件的凝固过程，它是由铸铁共晶转 变产生石墨化膨胀引起的对于铁水中磷含量与铁水渗入深度的测量表明：含磷量越高，铁水渗入砂粒之间的深度越小 另外，铸件粘砂严重必导致强化抛丸，进一步造成铸件表面硬化，恶化加工性能2）磷用于改善铸件的耐磨性和流动性铸铁含P量% 0.068 0.102 0.172 0.191 0.26 渗入深度mm 12 8 4 1 无 对于要求耐磨性较高的铸件如机床导轨、活塞环、缸套等，往往采用含磷的合金铸铁，如P— Cu—Ti铸铁，含P量也在0.35—0.65%；加磷的目的在于利用磷共晶的耐磨性达到减磨的目的。

对于 一些薄壁铸件和艺术铸件，为了使铸件轮廓清晰，表面光洁，通常都会加入适量的磷如缝纫机铸 件含P为0.3%，暖气片含P为0.4—0.5%，一些艺术铸件含P量甚至达1.5%三）灰铸铁的共晶团数是否越多越好？1、铸铁的共晶团数，在一定的条件下，其抗拉强度随共晶团数的增加而提高有研究认为，灰铸铁的共晶团数从40个/cm2增加到400个/cm2，其共晶团数与抗拉强度呈线性 关系，即共晶团数越多，抗拉强度也越高同时，共晶团数在150—550个/cm2时，随共晶团数的增 加而白口宽度逐渐减少2、抗拉强度与共晶团数的关系是随条件而变化的当用同一种成分的铁水，采用相同的孕育剂及其加入量，其浇注温度也相同时，仅仅是改变 铸件尺寸的大小时，则遵循着随共晶团数的增加，抗拉强度上升的规律但是，按上述条件，改变不同种类的孕育剂时，则共晶团数与抗拉强度之间，并不存在上述 关系同样，共晶团数与白口宽度的关系，当采用不同的孕育剂时，共白口宽度与共晶团数并没有 关系其原因在于：加于灰铸铁水中的孕育剂，若能既促进石墨形核，又能促进石墨生长，则随着 共晶团数的增加，其白口宽度减少若孕育剂仅促进石墨形核，但阻碍石墨生长，则共晶团数增加， 但白口宽度也增加。

反之，孕育剂中元素对促进石墨形核作用不大，但能强烈促进石墨生长，则共 晶团数增加作用不强，但对减少白口宽度的作用很强，从而共晶团数不多，但白口宽度相当小3、共晶团数过高的不利影响：共晶团数在大于400个/cm2后，将会增加铸件缩松的倾向，增加铸件收缩深度其原因在于：共晶团数越多，共晶团之间的通道就越小，液体的补缩就越困难，所以共晶团 之间的液体凝固时，得不到补缩而呈现缩松同时，共晶团越多，铸铁石墨化膨胀产生的压力就越 大，其值可达3.5—7kg/cm3因此，容易引起铸型型壁向外扩大，因而，生产中可看到，潮模比干 模的铸件更易出现缩松缺陷当然，共晶团数太少也不利故有些铸件如汽车发动机铸件，一般要求共晶团数在360个/cm2 左右四）灰铸铁的硅碳比如何选择？按一般推荐的化学成分，灰铸铁的牌号从HT150~HT400其Si/C在0.58—0.41之间，其中 HT200~300牌号则在0.55—0.5之间变动，所以，所谓高Si/C比是指Si/C＞0.6对一般不加合金元素的灰铸铁件，Si/C比对铸铁的强度的影响与其碳当量CE值的大小有关：当CE为3.6%时，Si/C从0.36—0.55提高到0.71—0.85%时，抗拉强度σb可提高40—50Mpa，效 果比较显著，而当CE为 4.0%时，在相同的条件下，σb仅提高10—20Mpa，而CE进一步增加到4.05—4.2%时，σb基本不变。

所以主张在机床灰铸铁件采较高的Si/C比进口机床Si/C在0.7左右，高于一般采用0.5左右之值这样可以提高铸铁的弹性模量E，从而 改善机床的静刚度和装配精度，可以增加铸件断面的均匀性，可以适当降低铸铁的残余应力等等但是，过高的Si/C对铸件的生产也带来不利的影响：（1）试验表明，每增加1%的C量，缩孔减少0.58%；而每增加1%的Si量，缩孔增大0.64%所 以当碳当量在3.8—4.0% 时 , Si/C升高将使缩孔率增加；但线收缩影响不明显这是由于碳当量一定时，Si/C越高，显微 组织中的石墨量就越少，故石墨膨胀补缩孔的能力减弱2）Si/C越高，缩孔体积对浇注温度相当敏感，特别是当浇注温度高于1320℃时，形成缩孔 的倾向更大因为铸铁的液相线温度随含Si量而下降；所以，当碳当量一定时，Si/C越高，化学成 分中Si含量就越高，在相同的浇注温度时，相当于提高铁液的过热度3）对于厚大的铸件，随Si/C的升高，中心的铁素体量迅速增加因此，对Si/C的选择，对于壁厚相当或少于60mm的铸件，提高Si/C，可取得较好的效果，而 对于壁厚大的铸件Si/C宜控制在0.4—0.5。