CN110253005A - 一种控制铁液共晶度优化铸件缩孔的制备方法及系统 - Google Patents

一种控制铁液共晶度优化铸件缩孔的制备方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种控制铁液共晶度优化铸件缩孔的制备方法，包括以下步骤：S1、测量原铁液共晶度：采用热分析法，测量铁液在样杯中凝固的温度曲线，观察相图根据相变原理得知液相线温度与固相线温度一致则该成分与温度的交汇点为共晶点，采用仪器测量共晶点的碳当量、硅当量和磷含量。本发明还提出了一种控制铁液共晶度优化铸件缩孔的系统，该系统采用冲天炉进行炉料熔炼，采用H27880铁液质量管理仪对铁液成分进行检测。本发明应用高精度的热分析和温度检测手段，不断优化铁液的共晶度、成熟度、过热度的控制目标，从防止孕育衰退入手，消除先析石墨组织，循序渐进地优化铁液凝固组织，降低缩孔率，提高力学性能，降低能耗，实现效益最大化。

Description

一种控制铁液共晶度优化铸件缩孔的制备方法及系统
技术领域
本发明涉及铁液铸件技术领域，尤其涉及一种控制铁液共晶度优化铸件缩孔的制备方法及系统。
背景技术
铸件在冷却凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最后凝固的地方出现孔洞。容积大而且比较集中的孔洞称为缩孔；细小而且分散的孔洞称为缩孔。铸件中若有缩孔、缩松存在，一方面会使铸件有效承载面积减小，另一方面引起应力集中，且都会使铸件的力学性能明显降低。同时还降低铸件的气密性和物理化学性能。特别是对于耐压零件，则容易发生渗漏而使铸件报废。
灰铸铁的共晶度决定初生奥氏体的生成量、灰铸铁的强度以及灰铁的缩孔率。球铁的共晶度决定球状石墨在凝固组织的分布以及球铁的缩孔率。由此可见铁液共晶度的控制尤为重要，为此我们提供一种通过控制铁液共晶度的方法来优化铸件缩孔的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种控制铁液共晶度优化铸件缩孔的制备方法及系统。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种控制铁液共晶度优化铸件缩孔的制备方法，包括以下步骤：
S1、测量原铁液共晶度：采用热分析法，测量铁液在样杯中凝固的温度曲线，观察相图根据相变原理得知液相线温度与固相线温度一致则该成分与温度的交汇点为共晶点，采用仪器测量共晶点的碳当量、硅当量和磷含量，根据共晶度计算公式Sc＝C/(4.26－0.31Si－0.27P)得到共晶度数值；
S2、确定共晶度目标并根据使用的球化剂和孕育剂造成共晶度升高的幅度值，结合S1得到的共晶度数值，根据共晶度公式反向推导，确定增加还是降低当前的碳含量和硅含量，并适当调整其铁液中碳含量和硅含量。
S3、严格控制球化剂和孕育剂的品牌、规格、剂量和孕育剂的粒度，防止孕育退化现象产生；
S4、根据共晶点温度和初晶温度确定并严格控制出铁温度、始浇温度、终浇温度和出铁温度值：
1、查阅铸件的热分析仪测量记录获取共晶度目标值和初晶温度值；
2、根据初晶温度值加上基本过热度确定终浇温度；
3、终浇温度值加上浇注多个铸型的铁液温降值，即可确定始浇温度值；
4、始浇温度值加上出铁、球化、孕育、扒渣、转运铁液的损失温度值，即可确定出铁温度值。
S5、根据S4得到的数据控制各工段的温度配合孕育剂和球化剂的配比，控制铁液共晶度靠近共晶度目标，解决铁液铸件缩孔的问题。
本发明还提出了一种控制铁液共晶度优化铸件缩孔的系统，该系统采用冲天炉进行炉料熔炼，采用H27880铁液质量管理仪对铁液成分进行检测，该系统详细信息如下：
1、炉料选择及注意事项：
炉料成分有新生铁、回炉铁和废钢；
料块直径小于炉径1/3；
废钢屑压成团块，防氧化；
到设定温度后去除铁水中杂质；
2、孕育处理：
孕育剂采用大包75#硅铁孕育剂且粒度为3-15，搭配小包硅钡钙孕育剂粒度为1-3；
3、熔炼浇筑优化：
1、控制原铁液成分：
根据共晶度计算公式Sc＝C/(4.26－0.31Si－0.27P)和碳当量计算公式CE%=C%+1/3(Si+P)%，控制碳当量（球铁4.07-4.41，灰口铸铁3.42-3.79）；控制共晶度（球铁0.94-1.04，灰口铸铁0.77-0.85）；尽量降低磷含量（<0.065）,硫含量（<0.022）；控制残留镁量（0.035-0.05）；（球铁采用稀土镁合金来处理，稀土残余量控制在0.02～0.04；含碳量（3.75±0.1）；
2、确保铸件在凝固中从冒口不断地补充高温金属液，冒口的尺寸和数量要适当，做到顺序凝固；
3、浇注温度应在1320～1500℃，一般铁液的浇注时间不应超过15min，以免产生球化衰退。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明提出的控制铁液共晶度优化铸件缩孔的制备方法及系统，采用热分析法准确测量亚共晶、共晶铁液的共晶度，通过球化剂和孕育剂的加入提高铁液共晶度，并根据材料的不同具有不同的增幅值，通过精准控制出铁温度、始浇温度、终浇温度和出铁温度值，实现对铁液共晶度的精准控制，从而降低缩孔率、提高工艺出品率。
2、本发明提出的控制铁液共晶度优化铸件缩孔的制备方法及系统，应用高精度的热分析和温度检测手段，不断优化铁液的共晶度、成熟度、过热度的控制目标，从防止孕育衰退入手，消除先析石墨组织，循序渐进地优化铁液凝固组织，提高力学性能，降低缩孔率，降低能耗，实现效益最大化。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
一、制备工艺部分
一种控制铁液共晶度优化铸件缩孔的制备方法，包括以下步骤：
S1、测量原铁液共晶度：采用热分析法，测量铁液在样杯中凝固的温度曲线，观察相图根据相变原理得知液相线温度与固相线温度一致则该成分与温度的交汇点为共晶点，采用仪器测量共晶点的碳当量、硅当量和磷含量，根据共晶度计算公式Sc＝C/(4.26－0.31Si－0.27P)得到共晶度数值；
S2、确定共晶度目标并根据使用的球化剂和孕育剂造成共晶度升高的幅度值，结合S1得到的共晶度数值，根据共晶度公式反向推导，确定增加还是降低当前的碳含量和硅含量，并适当调整其铁液中碳含量和硅含量；
S3、严格控制球化剂和孕育剂的品牌、规格、剂量和孕育剂的粒度，防止孕育退化现象产生；
S4、根据共晶点温度和初晶温度确定并严格控制出铁温度、始浇温度、终浇温度和出铁温度值：
1：查阅铸件的热分析仪测量记录获取共晶度目标值和初晶温度值；
2：根据初晶温度值加上基本过热度确定终浇温度；
3：终浇温度值加上浇注多个铸型的铁液温降值，即可确定始浇温度值；
4：始浇温度值加上出铁、球化、孕育、扒渣、转运铁液的损失温度值，即可确定出铁温度值；
S5、根据S4得到的数据控制各工段的温度配合孕育剂和球化剂的配比，控制铁液共晶度与共晶度目标靠近，用以解决铁液铸件缩孔的问题。
本发明还提出了一种控制铁液共晶度优化铸件缩孔的系统，该系统采用冲天炉进行炉料熔炼，采用H27880铁液质量管理仪对铁液成分进行检测，该系统详细信息如下：
1、炉料选择及注意事项：
炉料成分有新生铁、回炉铁和废钢；
料块直径小于炉径1/3；
废钢屑压成团块，防氧化；
到设定温度后去除铁水中杂质；
2、孕育处理：孕育剂采用大包75#硅铁孕育剂且粒度为3-15，搭配小包硅钡钙孕育剂粒度为1-3；
解决铁液在共晶凝固时间内的孕育衰退问题，孕育剂量不变的情况下孕育剂的粒度影响是非常明显的，以下是经过多年生产的统计分析的结果如下：
下表为铸件外加工料废数据统计（从机加工现场管理人员反馈，自从解决铁液在共晶凝固时间内的孕育衰退问题后产品加工在无发现产品出现白口，刀具损耗降低30%。）
3、熔炼浇筑优化：
1、控制原铁液成分：根据共晶度计算公式Sc＝C/(4.26－0.31Si－0.27P)和碳当量计算公式CE%=C%+1/3(Si+P)%，控制碳当量（球铁4.07-4.41，灰口铸铁3.42-3.79）；控制共晶度（球铁0.94-1.04，灰口铸铁0.77-0.85）；尽量降低磷含量（<0.065）,硫含量（<0.022）；控制残留镁量（0.035-0.05）；（球铁采用稀土镁合金来处理，稀土残余量控制在0.02～0.04；含碳量（3.75±0.1）；
2、确保铸件在凝固中从冒口不断地补充高温金属液，冒口的尺寸和数量要适当，做到顺序凝固；
3、浇注温度应在1320～1500℃，一般铁液的浇注时间不应超过15min，以免产生球化衰退。
二、铁水孕育前共晶度控制的应用实例
目标成分要求
共晶度Sc＝C/(4.26－0.31Si－0.27P)=0.85
在测量跟踪的HT250铸件中找到一个材料性能、加工性能相对满意的铸件，该铸件孕育后铁液的热分析结果如表1所示。
由表1可见，浇注前该批次铁液的共晶度Sc=0.85，初晶温度TL=1206℃。将共晶度0.85设定为HT250铸件的共晶度目标，将初晶温度值1206℃用于后续确定温度目标的计算依据。根据孕育、扒渣后热分析仪的测量记录，反查出该炉原铁液的热分析测量记录，如表2所示。
由表2可见，目标共晶度Sc为0.80，w（C）量目标值为3%，w（Si）量目标值为2%；实测Sc=0.77，实测w（C）量为2.9%，实测w（Si）量为1.9%；根据当前铁液质量和测量值，热分析仪可
自动计算出达到目标值的调整补加量。
根据原铁液热分析结果和孕育后铁液热分析结果，计算出提高共晶度的幅值为：ΔSc=0.85-0.80=0.05，幅值ΔSc是该铁液使用孕育剂种类、孕育方法、孕育剂加入量共同作用的结果，因此，调整孕育剂种类、孕育方法和孕育剂加入量时，要重新核定ΔSc的幅值，调整原铁液的共晶度目标值。
根据浇注前该铁液的热分析测量记录中初晶温度TL=1206℃，温度管理的目标核定为：终浇温度=1206℃+120℃=1326℃（1206℃为初晶温度，120℃为过热度）；始浇温度=1326℃+45℃=1371℃（浇注时间10min，降温90-110℃）；出铁温度=1371℃+105℃=1476℃（出铁、孕育、扒渣、转运的温降为105℃）。
本发明提出的一种控制铁液共晶度优化铸件缩孔的制备方法及系统，采用有效的共晶度，不断优化共晶度的控制目标，从防止孕育衰退入手，消除先析石墨组织、提高材质质量。从测量初晶温度入手，严格核定过热度需求、降低能耗，从选择临近共晶度方案入手，降低缩孔率、提高工艺出品率，循序渐进的提升高端产品的生产能力，实现效益最大化。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种控制铁液共晶度优化铸件缩孔的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、测量原铁液共晶度：采用热分析法，测量铁液在样杯中凝固的温度曲线，观察相图根据相变原理得知液相线温度与固相线温度一致则该成分与温度的交汇点为共晶点，采用仪器测量共晶点的碳当量、硅当量和磷含量，根据共晶度计算公式Sc＝C/(4.26－0.31Si－0.27P)得到共晶度数值；
S2、确定共晶度目标并根据使用的球化剂和孕育剂造成共晶度升高的幅度值，结合S1得到的共晶度数值，根据共晶度公式反向推导，确定增加还是降低当前的碳含量和硅含量，并适当调整其铁液中碳含量和硅含量；
S3、严格控制球化剂和孕育剂的品牌、规格、剂量和孕育剂的粒度，防止孕育退化现象产生；
S4、根据共晶点温度和初晶温度确定并严格控制出铁温度、始浇温度、终浇温度和出铁温度值：
1）查阅铸件的热分析仪测量记录获取共晶度目标值和初晶温度值；
2）根据初晶温度值加上基本过热度确定终浇温度；
3）终浇温度值加上浇注多个铸型的铁液温降值，即可确定始浇温度值；
4）始浇温度值加上出铁、球化、孕育、扒渣、转运铁液的损失温度值，即可确定出铁温度值；
S5、根据S4得到的数据控制各工段的温度配合孕育剂和球化剂的配比，控制铁液共晶度靠近共晶度目标，解决铁液铸件缩孔的问题。
2.一种控制铁液共晶度优化铸件缩孔的系统，其特征在于：该系统采用冲天炉进行炉料熔炼，采用H27880铁液质量管理仪对铁液成分进行检测，该系统详细信息如下：
1）炉料选择及注意事项：
炉料成分有新生铁、回炉铁和废钢；
料块直径小于炉径1/3；
废钢屑压成团块，防氧化；
到设定温度后去除铁水中杂质；
2）孕育处理：
孕育剂采用大包75#硅铁孕育剂且粒度为3-15，搭配小包硅钡钙孕育剂粒度为1-3；
3）熔炼浇筑优化：
①控制原铁液成分：
根据共晶度计算公式Sc＝C/(4.26－0.31Si－0.27P)和碳当量计算公式CE%=C%+1/3(Si+P)%，控制碳当量（球铁4.07-4.41，灰口铸铁3.42-3.79）；控制共晶度（球铁0.94-1.04，灰口铸铁0.77-0.85）；尽量降低磷含量（<0.065）,硫含量（<0.022）；控制残留镁量（0.035-0.05）；（球铁采用稀土镁合金来处理，稀土残余量控制在0.02～0.04；含碳量（3.75±0.1）；
②确保铸件在凝固中从冒口不断地补充高温金属液，冒口的尺寸和数量要适当，做到顺序凝固；
③浇注温度应在1320～1500℃，一般铁液的浇注时间不应超过15min，以免产生球化衰退。
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