CN102220539B - 一种高磷铸铁件的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高磷铸铁件的生产工艺，以解决背景技术中存在的高磷铸铁机械性能较差、铸件冷裂明显、生产成本较高的技术问题。该高磷铸铁件的生产工艺，包括以下生产步骤：(1)在感应中频炉中，投入废钢和增碳剂；(2)投入回炉料；(3)投入生铁；(4)依次投入磷铁、硅铁、锰铁；(5)经过18-20min以后提高炉温至1480℃-1520℃，采用Fe-Si、Si-Ba系进行多次孕育；(6)以随流浇注孕育的方式，在碳当量CE≥3.5％条件下最终获得高强度珠光体高磷铸铁件。本发明生产制备的高磷铸铁件产品的机械性能和金相组织(石墨形态、A型、珠光体)，均优于在较高工艺成本下得到的产品技术指标。
Description
技术领域
本发明涉及一种低合金灰铸铁件的生产工艺，具体涉及一种高强度、高刚性高磷铸铁件的生产工艺。
背景技术
在机床导轨类铸件中，有的材质为高磷铸铁，是有耐磨要求的灰铸铁零件，其导轨部分在滑动条件下工作，有接触疲劳磨损。
从基体组织来说，基体组织中珠光体数量越多，逐渐硬度越高，耐磨性能转好，石墨类型是A型石墨4-6级，硬度要求180-230HB，目标值190-200HB，抗拉强度300-350Mpa，珠光体数量≥90.
按照传统的炉料组分及其具体工艺步骤成本较高，且实际上浇铸得到的铸件均出现不同程度的冷裂，也影响了铸件的强度、刚性。
发明内容
本发明旨在提供一种新的高磷铸铁件的生产工艺，以解决背景技术中存在的高磷铸铁机械性能较差、铸件冷裂明显、生产成本较高的技术问题。
本发明的技术方案如下：
一种高磷铸铁件的生产工艺，包括以下生产步骤：
(1)在感应中频炉中，投入废钢和增碳剂，其中增碳剂为100％的碳粉；
(2)投入回炉料；
(3)投入生铁；
(4)依次投入磷铁、硅铁、锰铁；
(5)经过18-20min以后提高炉温至1480℃-1520℃，采用Fe-Si、Si-Ba系进行多次孕育；
(6)以随流浇注孕育的方式，在碳当量CE≥3.5％条件下最终获得高强度珠光体高磷铸铁件。
设炉料总量为十份，则上述作为原料的废钢、增碳剂、回炉料、生铁、磷铁、硅铁、锰铁在炉料总量中的含量如下表一所示。
表一
| 炉料总量 | 生铁 | 废钢 | 回炉料 | 增碳剂 | 磷铁 | 硅铁 | 锰铁 |
| 10 | 1.0-1.8 | 5.3-6.2 | 1.8-2.5 | 0.18-0.25 | 0.07-0.09 | 0.10 | 0.15 |
上述作为原料的废钢、增碳剂、回炉料、生铁、磷铁、硅铁、锰铁的最佳配比如下表二所示。
表二
| 炉料总量 | 生铁 | 废钢 | 回炉料 | 增碳剂 | 磷铁 | 硅铁 | 锰铁 |
| 10 | 1.3 | 5.85 | 2.3 | 0.225 | 0.075 | 0.10 | 0.15 |
上述废钢、生铁自身的具体选材如下表三所示。
表三
| 原料化学成分 | C | Si | Mn | P | S |
| 18#普通生铁 | 4.2-4.4 | 1.6-1.8 | ≤0.20 | ≤0.045 | ≤0.05 |
| 废钢 | 0.2-0.3 | ≤0.20 | 0.50-0.55 | ≤0.01 | ≤0.01 |
上述步骤(4)中作为原料的磷铁含磷24-26wt％，硅铁含硅70-75wt％，锰铁含锰55-65wt％。
上述步骤(5)的孕育过程中，还进行了光谱检测分析；根据光谱检测分析的结果进行调质，直至出液成分合格，再进行步骤(6)。
本发明具有以下优点：
1、本发明生产制备的高磷铸铁及最终的铸件产品，无论在机械性能(抗拉强度、硬度)还是金相组织(石墨形态、A型、珠光体)，都超过了在较高工艺成本下得到的产品技术指标。
2、炉料的合理匹配和有针对的孕育方式，也使得最终的铸件产品的基体组织形成细小珠光体晶体，能够最大程度避免冷裂。
具体实施方式
本发明为了适应机床铸件材质向高强度、高刚性方向发展，并进一步提高机床的耐磨性和使用性能，同时考虑到本地原材料成本问题，基本的工艺思想是采用接近合成铸铁的生产方法，即大幅度提高了废钢的加入比例，降低生铁的加入比例。这里的生铁是采用18#普通生铁。
下表1为本发明炉料的组分配比与传统方案的具体例比较。
表1
| 炉料 | 生铁 | 废钢 | 回炉料 | 增碳剂 | 磷铁 | 硅铁 | 锰铁 |
| 传统方案 | 6 | 1.5 | 2 | 0 | 0.25 | 0.10 | 0.15 |
| 本发明 | 1.0-1.8 | 5.3-6.2 | 1.8-2.5 | 0.18-0.25 | 0.07-0.09 | 0.10 | 0.15 |
本发明加入的废钢与18#普通生铁的原料化学成分如下表2所示。
表2
| 原料化学成分 | C | Si | Mn | P | S |
| 18#普通生铁 | 4.2-4.4 | 1.6-1.8 | ≤0.20 | ≤0.045 | ≤0.05 |
| 废钢 | 0.2-0.3 | ≤0.20 | 0.50-0.55 | ≤0.01 | ≤0.01 |
从表1中，我们可以明显看出，炉料的组成比例有了较大的改变：废钢的大比例加入造成碳量的降低，而采用增碳剂来调节碳量；为了避免铸铁组织中出现三元磷共晶导致铸件产生冷裂，所以在基本不改变传统高磷铸铁其他化学成分的前提下，只降低了磷含量。本发明制备的高磷铸铁的化学成分如下表3所示。
表3
| 化学成分 | C | Si | Mn | P | S |
| 传统方案 | 2.90-3.20 | 1.20-1.70 | 0.60-1.0 | 0.40-0.65 | ≤0.12 |
| 本发明产品 | 2.90-3.20 | 1.60-1.80 | 0.80-0.9 | 0.20-0.25 | ≤0.10 |
下表4是本发明在实际生产中，在出炉前，取出几种(炉)化学成分同传统高磷铸铁取一炉标准成分，对照后得出的1000Kg铁水中各种物质分配。
表4 单位Kg
| 高磷铸铁准成分 | C | Si | Mn | P | S | Fe、其他 |
| 传统方案 | 30.5 | 17 | 7.5 | 5.5 | 0.7 | 938.8 |
| 实施例1 | 31 | 17.4 | 8.65 | 2.08 | 0.59 | 940.28 |
| 实施例2 | 31.2 | 16.4 | 8.66 | 2.18 | 0.97 | 940.59 |
| 实施例3 | 3.08 | 1.68 | 0.685 | 0.216 | 0.05 | 94.289 |
从表4中可以看出，本发明制备的得到的高磷铸铁保持了传统高磷铸铁的基本化学成分，只是磷含量有了较大的降低，由0.55降到0.25以下。磷铁含量为24-26％，每吨铁水加入磷含量由原来的23Kg降到8.5Kg。
另外，本发明采用了高强度孕育铸铁的生产方法，将铁液出炉温度从1450℃以下提高到1480℃-1520℃，并且用Fe-Si、Si-Ba系等孕育剂采用多次孕育，最后采用随流浇注孕育的方法，在碳当量CE≥3.5％条件下获得高强度珠光体铸铁件。
经多次分析、实验，确定了最佳的生产工艺参数，如下表5：
表5
| 炉料 | 生铁 | 废钢 | 回炉料 | 增碳剂 | 磷铁 | 硅铁 | 锰铁 |
| 本发明最佳实施例 | 1.3 | 5.85 | 2.3 | 0.225 | 0.075 | 0.10 | 0.15 |
下表6为采用本发明生产工艺，最终制得的厚度为15-20mm的机床床身铸件的化学成分及机械性能单铸试棒的检验结果数据。
表6
需要说明的是，检验结果数据中硬度一项偏高，是因为实际铸件硬度监测平均比单铸试棒检测数据低20HB，故实际铸件硬度值接近目标值190-200HB。因此，由表6可以看出，无论是机械性能(抗拉强度、硬度)还是金相组织(石墨形态、A型、珠光体)都完全达到期望技术指标，优于传统冶炼技术。
Claims (5)
1.一种高磷铸铁件的生产工艺，包括以下生产步骤：
（1）在感应中频炉中，投入废钢和增碳剂，其中增碳剂为100%的碳粉；
（2）投入回炉料；
（3）投入生铁；
（4）依次投入磷铁、硅铁、锰铁；
（5）经过18-20min以后提高炉温至1480℃-1520℃，采用Fe-Si、Si-Ba系进行多次孕育；
（6）以随流浇注孕育的方式，在碳当量CE≥3.5%条件下最终获得高强度珠光体高磷铸铁件；
其中，所述废钢、生铁自身的具体选材如下：
18#普通生铁的化学成分为：C 4.2-4.4；Si 1.6-1.8；Mn ≤0.20；P ≤0.045；S ≤0.05；
废钢的化学成分为：C 0.2-0.3；Si ≤0.20；Mn 0.50-0.55；P≤0.01；S ≤0.01。
2.根据权利要求1所述的高磷铸铁件的生产工艺，其特征在于：设炉料总量为十份，则所述废钢、增碳剂、回炉料、生铁、磷铁、硅铁、锰铁在炉料总量中的含量如下：
生铁 1.0-1.8；废钢 5.3-6.2；回炉料 1.8-2.5；增碳剂 0.18-0.25；磷铁 0.07-0.09；硅铁 0.10；锰铁 0.15。
3.根据权利要求2所述的高磷铸铁件的生产工艺，其特征在于：所述废钢、增碳剂、回炉料、生铁、磷铁、硅铁、锰铁在总体的炉料中含量如下：
生铁 1.3；废钢 5.85；回炉料 2.3；增碳剂 0.225；磷铁 0.075；硅铁 0.10；锰铁 0.15。
4.根据权利要求3所述的高磷铸铁件的生产工艺，其特征在于：所述步骤（4）中作为原料的磷铁含磷24-26wt%，硅铁含硅70-75wt%，锰铁含锰55-65wt%。
5.根据权利要求3所述的高磷铸铁件的生产工艺，其特征在于：所述步骤（5）的孕育过程中，还进行了光谱检测分析；根据光谱检测分析的结果进行调质，直至出液成分合格，再进行步骤（6）。
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