CN109957704A - 高硬度灰铸铁及其熔炼方法 - Google Patents

高硬度灰铸铁及其熔炼方法 Download PDF

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Abstract

一种高硬度灰铸铁及其熔炼方法，属于铸造用金属液熔炼领域，用于解决灰铸铁硬度不足，造成的厚壁灰铸铁件的质量缺陷，所述灰铸铁的化学成分为3.0％‑3.3％的碳、1.8％‑2.1％的硅、0.7％‑1.0％的锰、≤0.05％的磷、0.08％‑0.12％的硫、0.6％‑0.9％的铜、0.5％‑0.7％的钼、1.4％‑1.6％的铬、余量为铁，所述百分含量为质量百分比，当然不排除有微量的其他杂志含量在内。用于熔炼所述灰铸铁的原材料及其质量百分比为3％～3.5％的生铁、60％～64％的废钢、28％～32％的机铁及1.5～1.7％的硅铁。本发明通过改变灰铸铁熔炼的原材料配比及加入合金和熔炼后的孕育，合理的控制了灰铸铁的化学成分，使得所生产的灰铸铁的达到了不低于240HB的表面硬度、A型石墨的比例在99％以上，无过冷石墨出现。

Description

高硬度灰铸铁及其熔炼方法
技术领域
本发明涉及铸造技术领域，特别涉及灰铸铁及其熔炼方法。
背景技术
灰铸铁可看成是碳钢的基体加片状石墨。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，但抗压强度与钢相当，也是常用铸铁件中力学性能最差的铸铁。现就壁厚大于60mm的灰铸铁件，需要灰铸铁具有一定的硬度，这就需要对标准灰铸铁材质进行改进。
发明内容
有鉴于以上灰铸铁生产壁厚大于60mm的铸件时，其强度无法满足产品需要的问题，有必要提出一种高硬度灰铸铁及其熔炼方法，所述灰铸铁的表面硬度可达到不小于240HB的硬度，且所述灰铸铁件在浇注后不需要热处理，降低了生产成本。
一种灰铸铁，所述灰铸铁的化学成分为3.0％-3.3％的碳、1.8％-2.1％的硅、0.7％-1.0％的锰、≤0.05％的磷、0.08％-0.12％的硫、0.6％-0.9％的铜、0.5％-0.7％的钼、1.4％-1.6％的铬、余量为铁，所述百分含量为质量百分比，当然不排除有微量的其他杂志含量在内。
用于熔炼所述灰铸铁的原材料及其质量百分比为3％～3.5％的生铁、60％～64％的废钢、28％～32％的机铁及1.5～1.7％的硅铁，优选地，所述生铁的牌号可以是Z18。
基于以上原材料，所述灰铸铁的熔炼工艺为：
1)称取如上所述的3％～3.5％的生铁、60％～64％的废钢、28％～32％的机铁及1.5～1.7％的硅铁，按照废钢→机铁→生铁的顺序加入中频电炉进行熔炼；
2)使熔炼温度保持在不高于1380摄氏度的可控范围内，待最后加入的生铁全部熔化后，加入已称量的硅铁；
3)待硅铁全部熔化后加入合金料，所述合金料有铜、钼、铬，所述合金料的加入质量百分比为0.6％～0.9％的铜、1.0％～1.4％的钼和2.8％～3.2％的铬；
4)将熔炼温度控制在1440摄氏度～1460摄氏度之间，取样进行炉前检测化学成分；
5)对检测化学成分合格的熔融金属液进行过热保温，其温度控制在1490摄氏度～1510摄氏度之间，以保证金属液的冶金性及渣少。
6)在以上熔炼工艺的基础上，所述灰铸铁的熔炼还设有变质工艺，具体是在金属液从熔炼炉导入浇包的过程中进行随流孕育，采用的孕育剂的粒度为3mm～7mm、孕育剂的质量百分比为0.4％～0.6％，孕育时间不少于金属液倾倒时间的80％，从而保证孕育效果的均匀性。所述孕育剂可以为硅钡孕育剂。
优选地，经过孕育的所述金属液，应当在10分钟内完成浇注，以避免球化孕育效果的衰退。
本发明技术方案的有益效果：本发明通过改变灰铸铁熔炼的原材料配比及加入合金和熔炼后的孕育，合理的控制了灰铸铁的化学成分，使得所生产的灰铸铁的达到了不低于240HB的表面硬度、A型石墨的比例在90％以上，无过冷石墨出现。
附图说明
图1是单铸试块典型金相照片一，放大比例为1:100；
图2是单铸试块典型金相照片二，放大比例为1:100。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的技术方案，将按照附图实施例进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的结构形式或者组合。
现以需要铸造净重3.0吨的灰铸铁件为例，采用本发明技术方案进行此铸件所需的灰铸铁金属液的熔炼，所述灰铸铁件的最大壁厚出现在法兰处，法兰处的壁厚为85mm。
实施例一：
依据本发明技术熔炼所述灰铸铁件需要的灰铸铁金属液，具体如下：
1)用电子秤称取金属液总重量3％的生铁、62％的废钢、30％的机铁和1.6％的硅铁，所述金属液的总重量根据铸件的工艺出品率而定；就本实施例而言，需要熔炼约3.3吨灰铸铁金属液，则需要99kg的生铁Z18、2.046吨的废钢、990kg的机铁和52.8kg的硅铁。
2)将中频电炉清理干净后，将已经称取的所述废钢倒入电炉中熔炼，待所述废钢全部熔化后，加入已称量的所述机铁继续熔炼，待所述机铁全部熔化后，再加入已称量的所述生铁，并使所述中频电炉的温度保持在1365摄氏度～1380摄氏度之间，切记不可以超过1380摄氏度。
3)在所述废钢、机铁和生铁熔炼至完全融化呈液态时，加入已称量的所述硅铁，继续熔炼。
4)待所述硅铁加入融化后，加入合金料，所述合金料有铜、钼和铬，其中，铜的加入量为金属液总重量的0.7％、钼的加入量为金属液总重量的1.2％、铬的加入量为金属液总重量的3.0％；就本实施例而言，称取23.1kg的铜、39.6kg的钼和99kg的铬。
5)加入合金料融化后，并使熔炼温度保持在1440摄氏度～1460摄氏度之间，在此期间对金属液进行化学成分的检测，以保证灰铸铁件的各类力学性能。
6)在出炉前，对上述熔炼完毕的合格的灰铸铁金属液进行过热熔炼，以保证金属液在浇注时依然满足浇注需要的温度，所述过热熔炼的温度为1490摄氏度～1510摄氏度。
7)将所述灰铸铁金属液从电炉中倾倒至浇包中，在倾倒过程中进行随流孕育，孕育的时间不少于倾倒金属液时间的80％，以确保孕育的均匀性，加入的孕育剂为金属液总重量的0.5％，则实际加入的粒度为4mm～7mm的硅钡孕育剂的重量为16.5kg。
以上配比熔炼的灰铸铁金属液的化学成为在步骤5)中的检测结果如下：
上述配置的灰铸铁金属液的化学成分为3.23％的碳、1.98％的硅、0.99％的锰、0.03％的磷、0.11％的硫、0.85％的铜、0.66％的钼、1.56％的铬、余量为铁，所述百分含量为质量百分比，当然不排除有微量的其他杂志含量在内。
作为本实施例的一种限定，从熔炼结束开始，也即从向浇包内倾倒金属液时开始计时，到浇注完成，金属液的保存时间不应超过10分钟，以避免金属液的球化孕育衰退。
实施例二：
依据本发明技术熔炼所述灰铸铁件需要的灰铸铁金属液，具体如下：
1)用电子秤称取金属液总重量3％的生铁、60％的废钢、28％的机铁和1.5％的硅铁，所述金属液的总重量根据铸件的工艺出品率而定；就本实施例而言，需要熔炼约3.3吨灰铸铁金属液，则需要99kg的生铁Z18、1.98吨的废钢、924kg的机铁和49.5kg的硅铁。
2)将中频电炉清理干净后，将已经称取的所述废钢倒入电炉中熔炼，待所述废钢全部熔化后，加入已称量的所述机铁继续熔炼，待所述机铁全部熔化后，再加入已称量的所述生铁，并使所述中频电炉的温度保持在1365摄氏度～1380摄氏度之间，切记不可以超过1380摄氏度。
3)在所述废钢、机铁和生铁融化后，加入已称量的所述硅铁，继续熔炼。
4)待所述硅铁加入融化后，加入合金料，所述合金料有铜、钼和铬，其中，铜的加入量为金属液总重量的0.6％、钼的加入量为金属液总重量的1.0％、铬的加入量为金属液总重量的2.8％；就本实施例而言，称取19.8kg的铜、33.0kg的钼和82.4kg的铬。
5)加入合金料融化后，并使熔炼温度保持在1440摄氏度～1460摄氏度之间，在此期间对金属液进行化学成分的检测，以保证灰铸铁件的各类力学性能。
6)在出炉前，对上述熔炼完毕的合格的灰铸铁金属液进行过热熔炼，以保证金属液在浇注时依然满足浇注需要的温度，所述过热熔炼的温度为1490摄氏度～1510摄氏度。
7)将所述灰铸铁金属液从电炉中倾倒至浇包中，在倾倒过程中进行随流孕育，孕育的时间不少于倾倒金属液时间的80％，以确保孕育的均匀性，加入的孕育剂为金属液总重量的0.4％，则实际加入的粒度为4mm～7mm的硅钡孕育剂的重量为13.2kg。
以上配比熔炼的灰铸铁金属液的化学成为在步骤5)中的检测结果如下：
上述配置的灰铸铁金属液的化学成分为3.06％的碳、1.83％的硅、0.81％的锰、0.03％的磷、0.11％的硫、0.83％的铜、0.57％的钼、1.49％的铬、余量为铁，所述百分含量为质量百分比，当然不排除有微量的其他杂志含量在内。
实施例三：
依据本发明技术熔炼所述灰铸铁件需要的灰铸铁金属液，具体如下：
1)用电子秤称取金属液总重量3.5％的生铁、64％的废钢、32％的机铁和1.7％的硅铁，所述金属液的总重量根据铸件的工艺出品率而定；就本实施例而言，需要熔炼约3.3吨灰铸铁金属液，则需要115.5kg的生铁Z18、2.112吨的废钢、1.056吨的机铁和56.1kg的硅铁。
2)将中频电炉清理干净后，将已经称取的所述废钢倒入电炉中熔炼，待所述废钢全部熔化后，加入已称量的所述机铁继续熔炼，待所述机铁全部熔化后，再加入已称量的所述生铁，并使所述中频电炉的温度保持在1365摄氏度～1380摄氏度之间，切记不可以超过1380摄氏度。
3)在所述废钢、机铁和生铁融化后，加入已称量的所述硅铁，继续熔炼。
4)待所述硅铁加入融化后，加入合金料，所述合金料有铜、钼和铬，其中，铜的加入量为金属液总重量的0.9％、钼的加入量为金属液总重量的1.4％、铬的加入量为金属液总重量的3.2％；就本实施例而言，称取29.7kg的铜、46.2kg的钼和105.6kg的铬。
5)加入合金料融化后，并使熔炼温度保持在1440摄氏度～1460摄氏度之间，在此期间对金属液进行化学成分的检测，以保证灰铸铁件的各类力学性能。
6)在出炉前，对上述熔炼完毕的合格的灰铸铁金属液进行过热熔炼，以保证金属液在浇注时依然满足浇注需要的温度，所述过热熔炼的温度为1490摄氏度～1510摄氏度。
7)将所述灰铸铁金属液从电炉中倾倒至浇包中，在倾倒过程中进行随流孕育，孕育的时间不少于倾倒金属液时间的80％，以确保孕育的均匀性，加入的孕育剂为金属液总重量的0.6％，则实际加入的粒度为3mm～7mm的硅钡孕育剂的重量为19.8kg。
以上配比熔炼的灰铸铁金属液的化学成为在步骤5)中的检测结果如下：
上述配置的灰铸铁金属液的化学成分为3.27％的碳、2.01％的硅、0.98％的锰、0.04％的磷、0.09％的硫、0.88％的铜、0.68％的钼、1.58％的铬、余量为铁，所述百分含量为质量百分比，当然不排除有微量的其他杂志含量在内。
为了验证以上熔炼的灰铸铁金属液浇注后能达到的硬度、石墨状态，现用此灰铸铁金属液浇注类似法兰处的85mm厚度的单铸试块，并对所述单铸试块进行硬度和石墨形态的检测，经过检测，五块所述单铸试块的硬度分别为255HB、252HB、254HB、251HB和256HB；对所述单铸试块进行金相组织检测，石墨尺寸为4级、石墨形态为A型，组织分配为100％P+40％Fe3C。
以上实施例仅是对本发明技术方案的一种典型应用的描述，在合理的、不需要付出创造性劳动的基础上，还可以进行合理的拓展。

Claims (9)

1.一种高硬度灰铸铁，其特征在于，所述灰铸铁的化学成分为3.0％-3.3％的碳、1.8％-2.1％的硅、0.7％-1.0％的锰、≤0.05％的磷、0.08％-0.12％的硫、0.6％-0.9％的铜、0.5％-0.7％的钼、1.4％-1.6％的铬、余量为铁。
2.如权利要求1所述的高硬度灰铸铁，其特征在于，所述灰铸铁的表面硬度不小于240HB。
3.如权利要求1所述的高硬度灰铸铁，其特征在于，所述灰铸铁的石墨形态中A型石墨的比例不低于90％。
4.如权利要求1所述的高硬度灰铸铁，其特征在于，熔炼所述灰铸铁的原材料及其质量百分比为3％～3.5％的生铁、60％～64％的废钢、28％～32％的机铁及1.5～1.7％的硅铁。
5.一种高硬度灰铸铁的熔炼方法，其特征在于，所述熔炼方法包括，
称取3％～3.5％的生铁、60％～64％的废钢、28％～32％的机铁及1.5～1.7％的硅铁，按照废钢→机铁→生铁的顺序加入中频电炉进行熔炼；
在所述中频电炉的炉温不高于1380摄氏度的情况下将所述废钢、机铁和生铁全部熔化后，加入称量的硅铁继续熔炼；
加入质量百分比为0.6％～0.9％的铜、1.0％～1.4％的钼和2.8％～3.2％的铬继续熔炼；
在1440摄氏度～1460摄氏度的温度下，提取金属液样本，检测金属液的化学成分；
将合格的金属液过热保温至1490摄氏度～1510摄氏度之间，后将金属液倾倒至浇包中，并在倾倒过程中进行随流孕育。
6.如权利要求5所述的高硬度灰铸铁的熔炼方法，其特征在于，所述随流孕育的时间不少倾倒金属液时间的80％。
7.如权利要求6所述的高硬度灰铸铁的熔炼方法，其特征在于，所述随流孕育中使用的孕育剂的粒度为4mm～7mm，且孕育剂占金属液总重量的质量百分比为0.4％～0.8％。
8.如权利要求7所述的高硬度灰铸铁的熔炼方法，其特征在于，所述孕育剂为硅钡孕育剂。
9.如权利要求8所述的高硬度灰铸铁的熔炼方法，其特征在于，金属液从出炉到浇注完成的时间不应超过10min。
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