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铸铁用高效长效复合孕育剂

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【摘要】:
(一)在现代铸铁生产中,孕育处理是极为重要的工艺环节,孕育处理的目的是消除白口,改善加工性能,细化共晶团,促进A型石墨,使石墨变粗变短,端部变钝,形态变形弯曲,石墨分布均匀,改善机体组织,提高机械性能,减少断面敏感性等等。对球铁而言,是在细化共晶团的同时细化石墨球,球数增多,球径变小,圆整度提高,提高球化级别,改善机体组织,提高球铁的综合性能。   对铸铁孕育处理不当,也会产生一些副作用:   ⒈
  (一)在现代铸铁生产中,孕育处理是极为重要的工艺环节,孕育处理的目的是消除白口,改善加工性能,细化共晶团,促进A型石墨,使石墨变粗变短,端部变钝,形态变形弯曲,石墨分布均匀,改善机体组织,提高机械性能,减少断面敏感性等等。对球铁而言,是在细化共晶团的同时细化石墨球,球数增多,球径变小,圆整度提高,提高球化级别,改善机体组织,提高球铁的综合性能。
 
  对铸铁孕育处理不当,也会产生一些副作用:
 
  ⒈孕育可能增加缩松倾向。
 
  ⒉孕育剂中的Al,增加铸件产生针孔的可能性。
 
  ⒊孕育处理时铁水温度较低,或孕育剂粒度不适当,常使铸件产生夹杂。
 
  ⒋如果原铁水碳当量比较高,又施以过量孕育反使石墨变得粗大而降低机械性能。
 
  因此,对孕育必须严格控制。对可能产生的副作用,应事先采取防范措施,并在实际生产中防止过量孕育。
 
  (二)各种不同的孕育元素为C、Si、Ca、Ba、Sr、Al、Zr、RE、Mn等,在孕育过程中的表现行为不尽相同,它们在消除白口、细化共晶团改善基体组织以及孕育衰退快慢等方面均显示各自的特性,所产生的副作用及对铸件质量的影响也存在明显差别。因此要发展多品种的孕育剂,根据各自不同的生产工艺条件对铸件材质的不同要求选择更适合的孕育剂。
 
  (三)几种孕育元素互相搭配组成的复合孕育剂,其孕育效果不等于所组成的孕育元素单独作用的孕育效果的简单叠加。某些孕育元素的组合可使孕育效果大大加强,如Si与Ca、Si与Ba、Si与Ca、Ba、Mn,Si与RE,Si与Al,Si与Sr等等。某些孕育元素的组合反而削弱了孕育效果,如Sr与Al、Ca,Sr与RE,Ti与RE等等。因此研制新的复合孕育剂,确定其组织与配比时,要考虑到复合可能使孕育效果大大增加,也可能使孕育效果减弱这两种可能性。
 
  (四)不要过分强调细化共晶团。一般讲,降低原铁水的碳当量,可显著细化共晶团,从而提高铸铁的机械性能。但是共晶团越细,晶间缩松倾向越大,当铸型刚性不足时,会引起型壁移动,而会在铸件内部产生缩孔或缩松。多数孕育剂都有细化共晶团的能力,因此要注意控制孕育量,一方面既要保证铸件不产生白口及获得良好的A型石墨,同时又要防止由于过量孕育使共晶团过分细化而引起铸件缩松。
 
  (五)一般来说,孕育剂的孕育作用越强,其衰退速度也越快。对多数孕育剂来说孕育后5分钟孕育作用已消失一半以上,因此要求铁水孕育后尽快浇注。孕育作用衰退表现为白口倾向回升,共晶团粗化,石墨片粗大,过冷石墨(D、E型石墨)出现,使铸件质量降低。同一种孕育剂其孕育作用的衰减速度可能差别很大,如含RE的孕育剂作球铁的孕育,表现出十分突出的抗衰退能力,而用于普通灰铸铁孕育,则这种抗衰退能力并不很明显。
 
  (六)灰铁铁水的含硫量对孕育具有十分重要作用,灰铸铁中适量的S量(S≥0.06%,≤0.12%)可提高灰铸铁的机械性能,改善切削加工性能。是由于铁水中的S改善和提高了孕育效果,改善了石墨形态并细化共晶团的结果。随S量提高,石墨变短,端部变钝,形态变得弯曲,因此能提高灰铁的性能。如S≤0.025%,对多数孕育剂来说,孕育效果都很差,孕育作用维持时间很短便很快消失了。用电炉熔化的铸铁,含S 0.03%左右,为提高孕育效果,最好在炉料中加入FeS,把铁水硫量提高到0.06-0.12%。而含RE或Ca、Ba的孕育剂,对含S高的冲天炉铁水和含S低的电炉铁水都能得到较好的孕育效果。
 
  铸铁用高效长效复合孕育剂YJ—1
 
  YJ-1孕育剂化学成分:Si 60-70%,Ba 2.0-4.0%,Ca 0.5-2.0%,RE 0-5%,Al 1-2%和适量Bi等元素。RE、Ba、Ca与氧、氮、硫有很强的结合力,还有一定促进球化作用。形成的氧化物、氮化物、硫化物、氧硫化物一部分上浮于铁水表面被排除,使铁水净化;另一部分在铁水中作为石墨的核心质点。此外,在高温下钡蒸汽压小,在铁水中不易损失,它还保护钙不易损耗,使孕育衰退减慢。
 
  Bi是一种很强的表面活性元素,易吸附在石墨——奥氏体共晶团周围,阻碍铁水中的碳原子向石墨扩散,从而限制共晶团及石墨的生长,进而提高了球化和孕育的抗衰退能力。由于RE、Ca、Ba、Si等的核心作用和Bi的“界面活性作用”,不仅提高了球铁抗衰退能力,也提高了石墨的形核能力。
 
  YJ-1孕育剂的最大特点是抗衰退能力强,显著增加石墨球数,细化石墨球,提高圆整度,分布均匀,提高球化1-1.5级。净化铁水,消除渗碳体,减少和分散磷共晶,并有抑制反白口作用,铸件断面敏感性小,基体中铁素体含量高(F≥90%),生产高强、韧性铸态铁素体球铁稳定性好。
 
  这种孕育剂也适用于高磷(0.12-0.13%P)及普通含磷量的球铁。
 
  YJ-1孕育剂,冲天炉、电炉熔炼铁水孕育均适用。粒度3-15mm的用于炉前出铁槽随流冲入,用量0.6-0.8%。粒度0.1-0.6mm或0.2-0.85mm的细粒孕育剂用于浇注随流孕育或倒包孕育(可用定量勺倒入小包中再冲入铁水)即所谓二次孕育,用量一般为0.10-0.25%。
 
  铸铁用高效长效复合孕育剂YJ-2
 
  YJ-2孕育剂化学成分:Si 55-65%,Ca 3-7%,Ba适量,RE适量,Al 1-2%,余量Fe,是一种用途十分广泛的孕育剂,既可用于灰铁孕育,也可用于铁素体或珠光体球铁的孕育。
 
  YJ-2孕育剂是石墨化孕育剂,具有很强的减白口能力,对含有残留元素Cr、Mo、V等薄壁铸件尤为有效。
 
  它在铁水中具有良好的溶解特性,因而能使RE均匀分布在铁水中,RE、Ba、Ca是重要的成核元素,它与铁水中残存的O、S、N形成的氧化物,硫化物、氮化物以及它们的盐类化合物形成大量的结晶核心,具有较强的细化共晶团的作用。能中和有害微量元素,如Pb、Sb、Bi等对石墨形态恶化的干扰作用。可减少铸件断面敏感性,由于它对共晶团数增加不明显,因此可减少铸件缩松倾向,与75FeSi比可提高抗拉强度15-35N/mm2,提高硬度10-25HB。抗衰退能力强,孕育作用有效时间可达15min左右。
 
  使用YJ-2孕育剂,对加入量,铁水成分、温度的敏感性小,生产稳定性好,无论是冲天炉,感应电炉或有无合金元素条件下都能获得很好的孕育效果。它最适用于薄壁,高强度灰铸铁件的孕育,粒度1-5mm或3-8mm,加入量0.3%左右,处理温度1380-1450℃。
 
  铸铁用高效长效复合孕育剂YJ-3、YJ-4
 
  YJ-3孕育剂化学成分:Si 60-70%,Ca 0.5-2.0%,Al 1-2%,Ba、Mn适量,Fe余量。
 
  YJ-4孕育剂含Si 55-65%,Ca 0.5-2.0%,Al 1-2%,Ba、Mn适量,Fe余量。
 
  这两种孕育剂是强石墨化孕育剂,抑制白口的能力显著高于75FeSi,在孕育初期,两者白口宽度相差不大,但在15min后相差近一倍,所以YJ-3、YJ-4是一种长效孕育剂。
 
  YJ-3、YJ-4孕育剂中的Ba和Ca可促使渗碳体分解,起脱氧、脱氮作用。在高温下钡蒸汽压小,在铁水中不易损失,它还保护钙不易损耗,因此使孕育衰退减慢。
 
  该孕育剂过冷度比75FeSi小,有利于获得均匀的A型石墨和珠光体组织,可提高铸铁的强度和耐磨性。铸铁断面敏感性比75FeSi小,可提高铸件不同断面显微组织的均一性,使铸件厚薄断面的硬度差减少,提高了铸件质量,改善了切削加工性能。
 
  这两种孕育剂也是球墨铸铁很好的孕育剂,可增加石墨球数,改善圆整度,消除渗碳体,分散或减少磷共晶。YJ-3,YJ-4孕育剂可广泛用于各种牌号的灰铸铁和球墨铸铁,尤其适用于大型厚壁件,厚壁不均匀件。适用于浇注时间长或运输距离长的场合。也可用于蠕墨铸铁孕育,具有辅助蠕化作用。
 
  这两种孕育剂用量是75FeSi的一半,粒度有0.1-0.6mm,0.2-0.85mm(浇注或倒包孕育)和3-8mm,5-15mm(炉前出铁孕育)。
 
  铸铁用高效长效复合孕育剂YJ-5
 
  YJ-5孕育剂化学成分:Si 55-65%,Ca 0.8-3.0%,RE 0-10%,Al 1-2.5%,适量Sb或Sn,Fe余量。
 
  RE、Ca、Ba与氧、氮、硫有很强的结合力,它们与氧、氮、硫的化合物一部分与熔渣一同被扒除,使铁水净化,一部分成为外来晶核。Sb是一种很强的表面活性元素,降低铁水的表面张力和石墨/铁水的界面能而提高形核率。由于上述一部分元素形成的核心作用和Sb的表面活性作用的综合作用结果,进一步提高了孕育的抗衰退能力和形核能力。
 
  YJ-5孕育剂主要用于铸态珠光体球铁炉前孕育和浇注随流孕育,它的主要特点是具有强烈的促进珠光体形成和石墨化能力,显著提高铸态珠光体量(P≥90%),提高球化级别一级,球数增多,球径变小,圆整度提高,分布均匀。
 
  铁液中加0.35-0.45%Cu,用专用球化剂ZZ-1或ZZ-1D(电炉用),ZZ-2或ZZ-2D(冲天炉用)球化处理,用YJ-5孕育剂炉前和浇注随流孕育可稳定生产QT600-3、QT700-2、QT800-2铸态球铁。若对炉内铁液先预处理,再球化处理时在包内加入0.4-0.6%的紫Cu板可稳定生产特殊牌号QT600-0、QT700-4、QT850-4铸态珠光体球铁。
 
  YJ-5孕育剂冲天炉、电炉铁水均适用,粒度1-3mm用于炉前出铁时孕育,用量0.3%左右,粒度0.1-0.6mm或0.2-0.85mm,用于浇注随流孕育或倒包孕育,用量一般为0.10-0.25%.
 
  YJ-5孕育剂适当调整成分可用于高强度灰铸铁HT250、HT300、HT350的孕育。
 
  铸铁高效长效复合孕育剂YJ-6
 
  YJ-6孕育剂化学成分:Si 30-45%,Ca 3-7%,C 25-45%,Al 0.5-1%,适量Ba或Zr,Fe余量。YJ-6孕育剂是晶体石墨和其他合金元素复合而成,粒度0.1-1.0mm和1-3mm晶体石墨进入高温铁水后,形成弥散的质点起外来核心作用,并延缓孕育衰退,这种石墨碳对氧、氮、硫及其他微量元素具有良好的吸附作用,可排除杂质,提高铁水纯净度。此外Si、Ba、Ca、Zr等还能脱氧、脱氮、脱硫。它们的氧化物、氮化物、硫化物、氧硫化物一部分上浮到铁水表面与渣一同排除,一部分在铁水中形成石墨的外来晶核,它们的综合作用除可降低壁厚敏感性、延缓衰退外,还可提高碳的活度,提高孕育剂的石墨化能力,消除铸件气孔,改善铁水流动性,减少白口倾向,有利于获得细小均匀的A型石墨,细化珠光体,提高铸铁强度20-40N/mm2.
 
  YJ-6孕育剂最大的特点是抑制白口能力比其他几种孕育剂强,适用于含硫量(S 0.6-0.12%)较高的高温铁水孕育,在相同条件下,75FeSi在4min内已全衰退,而YJ-6孕育剂可保持20min之久,因此它是一种很好的高效、长效孕育剂。
 
  YJ-6孕育剂熔点较高,处理温度应在1430℃以上,采用包内冲入法,即在出铁时随铁水流均匀孕育,加入量在0.3%左右。
 
  YJ-6孕育剂主要用于含硫量较高的高强度灰口铸铁,如机床床身,内燃机缸体、缸盖和耐压致密铸件等,对球铁铸件不适用。
 
  铸铁用高效长效复合孕育剂YJ-7
 
  YJ-7孕育剂,化学成分:Si 72-76%,Al≤0.5%,Ca≤0.1,Sr适量,Fe余量。是一种极强的石墨化孕育剂,有很强的减白口能力,较弱的细化共晶作用,在相同孕育条件下,与75FeSi相比,细化共晶团的作用比75FeSi弱而石墨化能力要高出一倍左右,因此用YJ-7孕育剂可以防止由于铸铁晶核增加而造成的铸件缩孔,缩松缺陷,而且抗孕育衰退能力较好。
 
  YJ-7孕育剂特别适用于高牌号薄壁灰口铸铁件和对产生缩孔,缩松敏感的发动机缸体、缸盖等铸件的孕育。其断面敏感性小、硬度均匀,有利于提高不同断面组织的均一性及铸件质量。
 
  YJ-7孕育剂用量比75FeSi少30%左右,加入量一般在0.2-0.3%,孕育温度1360℃-1460℃。
 
  YJ-7孕育剂能很好地溶解在铁水中,产生的渣量少。
 
  YJ-7孕育剂不能用于稀土铸铁的孕育,因为RE会抵消Sr的孕育作用。
 
  铸铁用高效长效复合孕育剂YJ-8
 
  YJ-8孕育剂化学成分:Si 60-72%,Ca 1-2%,Mn 5-7%,Al 1-2%,Zr、Ba适量,Fe余量。
 
  孕育剂中Zr、Ca、Ba具有很强的脱氧脱氮脱硫能力,尤其是Zr与铁水中的N结合能力很强,因此固氮、脱硫能力极强,有利于消除铸件中的气孔,改善铁水流动性,它们与O、S、C、N形成的氧化物、硫化物、氮化物,ZrC化合物进一步提高了孕育剂的石墨化能力,成核能力,抗孕育衰退能力和减少白口倾向能力,改善铸铁断面敏感性,可获得均匀细小的A型石墨。
 
  YJ-8孕育剂在铁水中熔化快,适用温度范围广,适用于各牌号的灰口铸铁和球墨铸铁孕育,尤其适用于电炉熔炼以废钢为主铁水含N量较高,熔炼温度也高,白口倾向大的铁水孕育,效果很好。
 
  铸铁用高效长效复合孕育剂YJ-9
 
  YJ-9孕育剂化学成分:Si 30-40%,Cr 15-20%,Mn 6-10%,Ca 3-6%,Al 1-3%,Ba、RE适量,Fe余量。RE、Ca、Ba有较强的脱氧、脱硫、除气能力,它们在铁水中形成的硫化物、氮化物、氧化物、氧硫化物,这些化合物一部分成渣被扒除使铁水净化,另一部分形成外来晶核,因此提高了铁水的孕育效果,降低铸铁的激冷倾向。适量的Cr和Mn除了可使共晶团细化和提高珠光体的分散度外,Cr还可细化石墨,Mn可抵消硫的有害作用,改善孕育剂在铁水中的熔解特性,该孕育剂也是一种石墨化孕育剂,具有中等程度的石墨化能力和良好的抗衰退性能。较75FeSi提高抗拉强度25-35N/mm2,具有较高的硬度,铸件断面敏感性小,均匀性好。在浇注前期,其白口倾向稍大于75FeSi,但在正常用量范围内,铸件薄壁处不会出现白口,具有较好的加工性能。共晶团数比75FeSi少,所以铸件缩松倾向较小。
 
  采用炉前出铁随流浇注,加入量为0.4-0.6%,粒度有1-3mm,2-6mm两种,处理温度在1420-1470℃。
 
  该孕育剂适用于冲天炉和电炉熔化的铁水,生产薄壁高强度灰口铸铁铸件。壁厚在5mm以下的应慎用,宜用高碳当量铁水(CE 3.95-4.3%),硅碳比为0.55-0.75,含硫量0.03-0.11%,生产铸铁牌号为HT200、HT250。包内孕育的有效作用时间为10-15min。
 
  铸铁用高效长效复合孕育剂YJ-10
 
  YJ-10孕育剂化学成分:Si 20-30%,Cr 20-40%,Ca 2-8%,Zr 0-5%,N适量,Al 1-2%,余为Fe。
 
  N促进铸铁珠光体的生成,能强烈稳定细化珠光体,Cr起微量合金化稳定珠光体作用,Si、Ca、Al、Zr等元素起石墨化作用,它们与N、Cr互相制约,共同促进形核,抑制渗碳体。
 
  通常在铁水中的N含量为40-70ppm,当N量增大时,使得石墨变短、厚,尖端变钝。当N含量增至300PPM时,则石墨变成紧密石墨。
 
  YJ-10孕育剂对高碳当量(CE4.2%左右)和C/Si比较低的铸铁的影响特别明显,它能改善并细化A型石墨,减少D、E型石墨,清除高C、Si含量铸铁中的铁素体。
 
  YJ-10孕育剂最突出特点是在高碳当量(CE 3.95-4.2%)条件下比75FeSi孕育提高σb30-45N/mm2,提高HB 30-40,它的石墨化能力略低于75FeSi,石墨化作用略低于75FeSi,石墨化作用衰退较快,但强度衰退较慢,在10-15min内无明显变化。
 
  YJ-10孕育剂,粒度0.5-3mm,在炉前出铁时随铁水流均匀孕育,加入量0.7%左右,孕育温度应高于1450℃。
 
  YJ-10孕育剂适用于高碳当量CE 3.95-4.2%,条件下生产高强度(HT250、HT300)铸件,以及大型复杂厚壁耐磨高刚度的灰口铸铁件。