铁液纯净度—影响优质铸件生产重要因素.PDFVIP

2 0 0 9 中国铸造活动周论文集 铁液纯净度— 影响优质铸件生产的重要因素 1 1 2 3 4 刘金海 ，李国禄 ，曾艺成 ，陆鑫民 ，闫晓峰 (1.河北工业大学 材料科学与工程学院，天津 300130;2.机械科学研究总院，北京 100044; 3.天津市铸造学会，天津 300230;4.承德保通连铸型材有限公司，河北 承德 067000) 摘要：本文仅就微量元素对铸件组织和性能的影响，讨论如何提高铁液纯净度、控制铁液微 量元素生产优质铸件。 关键词：微量元素；铁液纯净度；优质铸件；力学性能 近20 年来，我国的铸造业获得了快速的发展，特别是进入21 世纪以来，我国的铸件产 量连续8 年居于世界的首位。经济全球化的发展使我国的铸造业进入了国际竞争的阶段，出 现了“国际竞争国内化，国内竞争国际化”的趋势。特别是汽 制造业、风力发电设备、冶 金机械等传统产业和新型产业的迅猛发展，加上国际制造业向中国等亚洲国家转移的新趋 势，国内铸件市场全面开放，以及在振兴和发展中国机械制造业这一宏观经济发展战略目标 推动下，对我国铸件质量提出了更高水平的要求。为满足这种日益增长的优质铸件要求，近 年来我国铸造业加大资金投入，进行铸造装备改造、提高了工艺水平、加强了企业管理等， 铸件质量有了显著提高。众所周知，影响铸件产品质量的因素很多，如造型、工艺、原材料、 熔炼、热处理、管理等，其 ，铁液质量是影响铸件质量的重要因素无容置疑。可以说，由 于铸造原、辅材料的标准化、系列化和商品化，我国铁液的冶金质量获得了很大提高，但是 与国外发达国家的铸件相比，在相同化学成分和工艺条件下，仍达不到国外铸件的金相组织 要求，或者在金相组织相同的条件下，我国铸件材质性能低1-2 个牌号，或者国外的铸件硬 [1] 度高，而切削加工性能反而优于国产铸件 。另外，为了节约能源，减少环境污染，很多企 业采用高炉+ 电炉短流程工艺进行铸造生产，其 也暴露出了铸件质量不稳定的问题。 究其原因，人们对铁液 微量有害元素的认识不足，一般人们往往只注重铁液硫、磷含 量控制，其实，有害元素还包括 Ti、V、As 、Pb 、Te 等，这些元素含量极少，一般不做分 析或者难于精确分析，没有引起人们足够的重视。而大量研究和生产实践表明，正是这些容 易被人们忽略的微量元素，影响了铁液的纯净度，进而影响了铸铁的结晶过程和组织形成， 使得铸件的组织达不到要求，性能降低，制约了我国优质高档铸件的快速发展。本文仅就微 量元素对铸件组织和性能的影响，讨论如何提高铁液纯净度、控制铁液微量元素生产优质铸 件。 1 微量元素对灰铸 件组织和力学性能的影响 - 1 - 2 0 0 9 中国铸造活动周论文集 1.1 铅的影响 [2] 据资料介绍 ， 铁液中的含铅量超过20ppm，在厚大断面的铸件 容易形成魏氏石墨。 因为，树脂砂的保温性较好，冷却速度慢，铁液处于液态的时间较长，铸件凝固接近于平衡 状态。铸件凝固后继续冷却，奥氏体中的碳析出，形成二次石墨。正常条件下，二次石墨使 共晶石墨片增厚，其对力学性能影响不大。但是，铅含量较高时，奥氏体某些晶面与石墨的 界面能降低，使得二次石墨在其共晶石墨片上形核并沿着这些晶面长大，伸入基体内部，结 果在片状石墨的侧面长出象毛刺一样的小石墨片，这就是魏氏石墨形成的原因。 [3] 铅对铸铁一次结晶的石墨形态有很大影响 。铅量由几个ppm 逐渐增加，片状石墨由A 型开始转变为蜘蛛状、爪状、刺刀状，并且头部变得很尖，边缘变得粗糙不平，变成锯齿状， 还出现分支和形成闭合的环形石墨。当铅含量达到一百ppm 数量级，石墨片主干上出现多 条沉积的二次石墨。由于石墨形态的恶化，导致力学性能大大降低，如表1 所示。 表1 铅含量对灰铸 强度和硬度的影响[3] 编号 Pb%