CN104263888B - 一种改善厚大断面灰铸铁石墨等级的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改善灰铸铁石墨等级的方法，尤其是涉及一种改善厚大断面灰铸铁石墨等级的方法，它包括如下：选择厚大断面铸件、冷却方式的选择、材料配比、成分选择、变质处理、铸件检测方法、试验结果分析和金相照片；本发明提供一种利用铬矿砂较高的导热系数和蓄热系数，加快铸件冷却，达到改善、提高灰铸铁石墨形态/等级的目的，从而提升铸件的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种改善灰铸铁石墨等级的方法，尤其是涉及一种改善厚大断面灰铸铁石墨等级的方法。
背景技术
国标对铸铁石墨等级有以下之分:A型细片状,B型菊花状,C型粗大片状,D型点状,E有方向性点状,F蜘蛛状或星球状.标准中,石墨最长(100倍下,大于等于100mm称石长100).石墨最短的(100倍下,小于1.5mm,称石长1.5)为8级.石墨长度的评级对于铸件具有重要的实际意义.因为石墨在铸件中相当于裂纹缺陷。裂纹越长。破断应力就越小。说明铸件的性能越差。
灰铸铁的力学性能与基体的组织和石墨的形态有关。灰铸铁中的片状石墨对基体的割裂严重，在石墨尖角处易造成应力集中，使灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性远低于钢，是常用铸铁件中力学性能最差的铸铁。灰铸铁中含有强度和硬度都很低的石墨。石墨破坏了材料的连续性和整体性，使其断裂和变形的状态不同于钢，并导致力学性能出现一些特有的变化规律。石墨的形态、数量和分布状态，基体组成相的类型、化学成分、分布状态以及铸件成形工艺和处理过程都对灰铸铁力学性能有一定影响。
随着灰铸铁壁厚的增加，冷却时间变长，石墨就有充足的时间变长、变粗，从而影响灰铸铁的性能。通过增加大断面灰铸铁件的冷却速度，缩短其冷却的时间可以使石墨没有充足的时间长长，但是如果冷却速度过快，则会造成D型石墨的生成，所以控制一个较为合适的冷却速度就显得尤为重要。
2009年发表于《特种铸造及有色合金》第29卷第3期的《铬矿砂应用于精密铸造抗粘砂工艺研究》一文提出铬矿砂的以下优点：首先，由于铬矿砂具有较好的高温化学稳定性，在高温下不与Fe2O3反应，在1700℃时无相变；同时，铬矿砂在高温下不易被钢水润湿，钢水不易渗入砂粒间隙，因此不容易形成机械粘砂缺陷；其次铬矿砂的导热系数和蓄热系数等均高，故冷却速度快，使铸件表层的金属快速冷却凝固，此时在金属和塑壳表面，当高温浇注时所形成的少量铁橄榄石等低熔点生产物，也随着金属液的快速冷却而迅速凝固，故在清砂时很容易从铸件表面脱落，解决了粘砂问题；除此之外，由于铬矿砂可以使铸钢件表层金属得以快速冷却，强化了铸件整体的顺序凝固过程，因此可以提高铸件厚大部位的补缩效果，降低缩孔缩松缺陷。
申请号为201110330989.9，公开日为：2012.05.23，公开号为：CN102463326A，发明名称为“船用柴油机排气阀阀壳铸件的铸造模及所述阀壳的铸造工艺”的发明专利中提到，生产船用柴油机排气阀阀壳铸件时，在铸件的厚壁部位使用了铬矿砂层，目的是使铸件壁厚部分与壁薄部分均匀冷却，避免缩松缩孔缺陷的产生。
上述现有技术铬矿砂在铸造生产中只是用于克服缩松缺陷，而本没有利用铬矿砂较高的导热系数和蓄热系数，改善厚大断面灰铸铁石墨等级的方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种利用铬矿砂较高的导热系数和蓄热系数，加快铸件冷却，达到改善、提高灰铸铁石墨形态/等级的目的，从而提升铸件的力学性能的一种改善厚大断面灰铸铁石墨等级的方法。
本发明通过如下方式实现：
一种改善厚大断面灰铸铁石墨等级的方法，其特征在于：它包括如下步骤：
a.选择断面铸件的尺寸为150mm*150mm*450mm厚大断面铸件；
b.冷却方式的选择：分别选择自然冷却、铬矿砂冷却和直冷冷铁冷却三种冷却方式；
c.材料配比：65％废钢+25％回炉铁+10％生铁；
d.成分选择：碳3.05-3.15％，硅2.0-2.1％；
e.变质处理：变质处理采用含量在90％以上的、粒度为1-6mm的碳化硅做预处理剂，出铁前加入到炉；出铁时采用含量为75％、粒度为3-7mm的硅铁粒做孕育剂；浇注时在水口采用增加铁水一倍核心的、粒度为0.4-1mm的含铋的瞬时孕育剂；
f.铸件检测方法：环钻取样；
g.试验结果分析；
h.金相照片；上述含量为均为重量百分含量；
所述出铁时加入孕育剂加入要均匀，加入的时间要超过出铁时间的70％以上；浇注时加入瞬时孕育剂时加入要均匀，加入的时间要超过浇注时间的70％以上；
所述金相照片为X100倍。
本发明有如下效果：
1)随着冷却方式由自然冷却、铬矿砂冷却、直冷冷铁冷却，我们可以看出随着厚大断面冷却速度的增加，石墨等级呈上升趋势，由2级逐渐上升到3级、4级，但与此同时，石墨形态也由100％A型石墨逐渐变为含有一部分D型石墨，即异形石墨也随之增加。所以在试验的三种不同的冷却方式中，使用铬矿砂进行冷却的铸件石墨形态和石墨等级均能达到要求，而采用自然冷却的铸件石墨长度等级较低，采用直冷冷铁冷却的铸件石墨形态不良；
2)本发明方案克服了现有技术偏见，铬矿砂在铸造生产中只是用于克服缩松缺陷，而本发明利用铬矿砂改善灰铸铁的石墨等级，提升铸件的力学性能，对研究灰铸铁组织形态方面的研究作出了贡献。
3)本发明方法创造性地提出了应用铬矿砂改善厚大断面灰铸铁的石墨等级。铬矿砂在铸钢件和铸铁件的生产中都有广泛的应用。
附图说明
图1为本发明自然冷却为X100倍的不同石墨形态、石墨长度的金相照片；
图2为本发明铬矿砂冷却为X100倍的不同石墨形态、石墨长度的金相照片；
图3为本发明直冷冷铁冷却为X100倍的不同石墨形态、石墨长度的金相照片。
具体实施方式
一种改善厚大断面灰铸铁石墨等级的方法，它包括如下步骤
a.厚大断面铸件的尺寸选择：
由于壁厚超过60mm的铸件才能属于厚大断面铸件，故本次选择厚大断面铸件的尺寸为150mm*150mm*450mm。
b.冷却方式的选择：按照冷却速度的不同，分别选择自然冷却、铬矿砂冷却和直冷冷铁冷却三种冷却方式
| 参数对比 | 主要含量 | 导热性 | 冷却速度 |
| 硅砂 | 二氧化硅 | 慢 | 慢 |
| 铬矿砂 | 三氧化二铬 | 中等 | 中等 |
| 直冷冷铁 | 铁化合物 | 快 | 快 |
c.材料配比：生铁中含有大量的核心，而这些核心对石墨的细化、石墨等级的提高有很大的作用，故配比选择较高的生铁比例，65％废钢+25％回炉铁+10％生铁。
d.成分选择：碳含量高，增加石墨量，促进石墨片体粗化，奥氏体枝晶量相对减少，抗拉强度下降。在碳当量不变的情况下，提高硅含量，碳含量相对降低，石墨量相应减少，初生奥氏体量增加。溶入铁素体的硅有强化作用，有利于提高强度。但是硅能提高共析转变温度，使珠光体粗化。故最终选择碳3.05-3.15，硅2.0-2.1。
e.变质处理：变质处理采用含量在90％以上的、粒度为1-6mm的碳化硅做预处理剂，出铁前加入到炉内，可以增加铁水的核心，使石墨细小和石墨等级增加；出铁时采用含量为75％、粒度为3-7mm的硅铁粒做孕育剂，加入要均匀，加入的时间要超过出铁时间的70％以上；浇注时在水口采用增加铁水一倍核心的、粒度为0.4-1mm的含铋的瞬时孕育剂，加入要均匀，加入的时间要超过浇注时间的70％以上。
f.铸件检测方法：环钻取样。
g.试验结果：
h.金相照片为X100倍；如图1、2和3所示。
上述含量为均为重量百分含量。
Claims (2)
1.一种改善厚大断面灰铸铁石墨等级的方法，其特征在于：它包括如下步骤：
a.选择断面铸件的尺寸为150mm*150mm*450mm厚大断面铸件；
b.冷却方式的选择：分别选择自然冷却、铬矿砂冷却和直冷冷铁冷却三种冷却方式；
c.材料配比：65%废钢+25%回炉铁+10%生铁；
d.成分选择：碳3.05-3.15%，硅2.0-2.1%；
e.变质处理：变质处理采用含量在90%以上的、粒度为1-6mm的碳化硅做预处理剂，出铁前加入到炉；出铁时采用含量为75%、粒度为3-7mm的硅铁粒做孕育剂；浇注时在水口采用增加铁水一倍核心的、粒度为0.4-1mm的含铋的瞬时孕育剂；所述出铁时加入孕育剂加入要均匀，加入的时间要超过出铁时间的70%以上；浇注时加入瞬时孕育剂时加入要均匀，加入的时间要超过浇注时间的70%以上；
f.铸件检测方法：环钻取样；
g.试验结果分析；
h.金相照片；上述含量为均为重量百分含量。
2.如权利要求1所述的一种改善厚大断面灰铸铁石墨等级的方法，其特征在于：所述金相照片为X100倍。
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