CN115094182A - 无缩孔缩松倾向球墨铸铁铁水的熔炼技术与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了无缩孔缩松倾向球墨铸铁铁水的熔炼技术与应用,包括如下步骤:步骤S1、原铁水球化孕育处理,步骤S2、冷却曲线检测,步骤S3、再辉度控制,步骤S4、铸型处理;本发明的有益效果是,该无缩孔缩松倾向球墨铸铁铁水的熔炼技术与应用,共晶成分(其共晶度为“1”)的球墨铸铁其凝固温度区间为零,无初生奥氏体及初生石墨,因此铁水的流动性好、补缩性能好。再把石墨球的析出控制在凝固的中后期(再辉度越低越好),充分利用石墨的析出膨胀对液态铁水的收缩进行自补缩,那么出现缩孔缩松的倾向也就达到了最小,而形成组织致密的球铁。
Description
技术领域
本发明涉及铸造技术领域,特别是无缩孔缩松倾向球墨铸铁铁水的熔炼技术与应用。
背景技术
球墨铸铁极易出现缩孔缩松缺陷,传统经验一直认为碳当量越高缩孔倾向越小,但达到什么程度最好,只能凭个人的经验确定,因此球铁的此类缺陷迟迟难以彻底解决,成了主要缺陷之一,很多铸造企业无浇注模拟,浇冒口设计只能凭借个人的经验,即便有浇注模拟,也主要从浇冒口、冷铁的设计、浇注系统的设计上来进行,到底什么样的铁水流动性最好、收缩性最小、出现缩孔缩松的倾向最小,实际生产中如何才能达到最优化,很多铸造企业难以定量准确控制,鉴于此,针对上述问题深入研究,遂有本案产生。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题,设计了无缩孔缩松倾向球墨铸铁铁水的熔炼技术与应用,解决了现有的背景技术问题。
实现上述目的本发明的技术方案为:无缩孔缩松倾向球墨铸铁铁水的熔炼技术与应用,包括如下步骤:步骤S1、原铁水球化孕育处理,步骤S2、冷却曲线检测,步骤S3、辉度控制,步骤S4、凝固模拟与优化;
步骤S1:计算原铁水的化学成分,经过球化处理、孕育处理及随流孕育后的碳当量达到共晶碳当量;
步骤S2:通过热分析对铁水的冷却曲线进行检测,由热分析仪检测出实际的共晶度,控制共晶度在“1”附近;
步骤S3:采用复合孕育剂、多级孕育处理、强化孕育效果,把再辉度控制在“0”附近;
步骤S4:在球墨铸铁铁水达到最优状态时,再配合浇冒系统进行凝固模拟与优化,且铸型硬度大于92。
所述步骤S1中球化处理采用的球化剂为硅铁稀土镁合金。
所述步骤S2中球墨铸铁其凝固温度区间基本为零,无初生奥氏体及初生石墨,因此铁水的流动性好、补缩性能好。
所述步骤S3中石墨球的析出控制在凝固的中后期,充分利用石墨的析出膨胀对液态铁水的收缩进行自补缩,那么出现缩孔缩松的倾向也就达到了最小,而形成组织致密的球铁。
球墨铸铁铁水的热分析测量缩孔、缩松的方法,包括如下步骤:步骤K1、铁水冷却凝固曲线检测,步骤K2、温度曲线解析;
步骤K1:取球化孕育后的铁水浇入H-3QG样杯,用炉后铁水质量管理仪对铁水冷却凝固过程曲线进行检测,在其屏幕上记录下样杯内铁水的凝固温度曲线;
步骤K2:炉后铁水质量管理仪通过对凝固温度曲线的解析,找出铁水凝固过程的各种相变特征参数。
所述步骤K1中的铁水不得超过样杯内容积的四分之三。
利用本发明的技术方案制作的该无缩孔缩松倾向球墨铸铁铁水的熔炼技术与应用,共晶成分(其共晶度为“1”)的球墨铸铁其凝固温度区间为零,无初生奥氏体及初生石墨,因此铁水的流动性好、补缩性能好。再把石墨球的析出控制在凝固的中后期(再辉度越低越好),充分利用石墨的析出膨胀对液态铁水的收缩进行自补缩,那么出现缩孔缩松的倾向也就达到了最小,而形成组织致密的球铁。
附图说明
图1为本发明所述无缩孔缩松倾向球墨铸铁铁水的熔炼技术与应用的亚共晶球铁铁水凝固冷却曲线示意图。
图2为本发明所述无缩孔缩松倾向球墨铸铁铁水的熔炼技术与应用的共晶球铁铁水凝固冷却曲线示意图。
图中:1-纵坐标(表示铁水温度)、2-铁水凝固曲线、3-横坐标(表示铁水浇注后的时间)、4-初晶温度点(TL)、5-共晶过冷点(TEL)、6-共晶再辉点(TEh)。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体描述,如图1-2所示。
实施例:无缩孔缩松倾向球墨铸铁铁水的熔炼技术与应用,包括如下步骤:
步骤一:计算原铁水的化学成分,经过球化处理、孕育处理及随流孕育后的碳当量达到共晶碳当量,球化处理采用的球化剂为硅铁稀土镁合金;
步骤二:通过热分析对铁水的冷却曲线进行检测,由热分析仪检测出实际的共晶度,控制共晶度在“1”附近,球墨铸铁其凝固温度区间基本为零,无初生奥氏体及初生石墨,因此铁水的流动性好、补缩性能好;
(1)上述步骤二中,热分析测量缩孔、缩松的方法包括下列两个步骤:
①:取球化孕育后的铁水浇入H-3QG样杯,用炉后铁水质量管理仪对铁水冷却凝固过程曲线进行检测,在其屏幕上记录下样杯内铁水的凝固温度曲线;
②:炉后铁水质量管理仪通过对凝固温度曲线的解析,找出铁水凝固过程的各种相变特征参数。
(2)测量缩孔倾向的机理如下:
铁水降温到初晶温度点(TL),在铸型的激冷作用下首先凝固出一个封闭的激冷壳。从初晶温度点(TL)到共晶过冷点(TEL)的凝固过程,是初生奥氏体晶芽生长成树枝状奥氏体枝晶的过程。由于液态的铁水可以在树枝状枝晶间流动,降温、凝固收缩产生的体积空位,可由上部的液态铁水绕过树枝状枝晶进行填补。因此在封闭的激冷壳内,凝固产生的体积收缩经流动铁水的补充后,在中心的上部合并成一个集中的体积空位,这就是缩孔的形成过程。
对冷却曲线进行热分析能够测量出凝固铁水的初晶温度点(TL)和共晶过冷点(TEL),可以通过测量凝固铁水在这个区间释放的热量,计算出初生奥氏体生成量和体积收缩率。因此可以在浇注前预测铁水的缩孔率。
简而言之:从初晶点(TL)到共晶过冷点(TEL)的凝固过程,“TL-TEL”差值越大,放热量越大则被测铁水的缩孔率越大。因此需控制“TL-TEL”尽量为0。也就是把铁水碳当量控制为“共晶铁水”,即共晶度为“1”
需要说明的是:热分析测量的缩孔概率,不包含液态降温(浇注温度到初晶温度)产生的体积收缩。
(3)热分析测量缩孔概率如下:
从上述机理可知:若铁水为共晶铁水,即共晶度为“1”,则铁水(初晶点(TL)到共晶过冷点(TEL)没有温度差,如图2)热分析测量的缩孔概率为零,浇注的铸件中不会有固态收缩产生的缩孔。
把球铁铁水控制在共晶点附近,应用热分析检测手段,将球化后的铁水控制在共晶状态,在接近初晶温度的条件下进行浇注,即:共晶度为“1”,也就是TL-TEL=0。就可以减小冒口的尺寸,提高工艺出品率,有些球铁件还可能实现无冒口铸造。
(4)热分析测量缩松概率的机理如下:
从共晶过冷点(TEL)开始,凝固进入次生奥氏体(共晶奥氏体)和石墨共生的阶段。当次生奥氏体的凝固形成连续的固体以后,将未凝固的铁水封闭在各个孤立的小熔池内。小熔池内铁水的凝固收缩,同样会产生体积空位。在得不到流动铁水的补充时,若得不到析出石墨的补充,这些分散的体积空位就形成了缩松。
铁水中的碳在形成石墨前,是间隙在铁原子列阵的狭缝里,不占据体积空间。在共晶凝固过程中析出的石墨,一定会占据独立的体积空间。因此石墨的析出一定伴随着石墨化膨胀。
在共晶过冷点(TEL)到共晶再辉点(TEh)产生的石墨化膨胀,可以将高刚度铸型内的铁水从浇口或冒口中挤出来,在浇冒口的补缩通道凝固以后或铸型刚度低时会造成型壁移动,使凝固的铸铁件失去尺寸精度,并在内壁形成缩松。
在次生奥氏体形成连续的固体以后(共晶再辉点(TEh)以后),由析出的石墨填充封闭在小熔池内的凝固收缩,即可消除铸铁的缩松缺陷。
在铁水碳当量一定的前提下,球铁生成的石墨量也是一定的。共晶再辉点之前析出的石墨越多,共晶再辉点之后析出的石墨就越少。因此控制共晶再辉点之前析出的石墨量,才能够为填充缩松预留足够的石墨量。
凝固铁水中的碳,析出成为石墨的过程是个放热过程。热分析就是通过测量析出石墨的放热量,来测量共晶凝固不同时段的石墨生成量,计算出被测铁水的缩松率。
简而言之:球化后或孕育后的铁水,从共晶过冷点(TEL)到共晶再辉点(TEh)的凝固过程,过冷度越大(即TEL-TEh的值越大)被测铁水的缩松率越大。因此需控制“TL-TEh”尽量为0。
(5)热分析测量缩松概率的应用:
铁水凝固核心量较少的铁水,其共晶过冷点(TEL)的温度较低,初晶点(TL)到共晶过冷点(TEL)的温度差就较大。因此缩孔概率就较大。
加强铁水的孕育,增加铁水中的核心量,就可以提高共晶凝固开始的温度(TEL)。将初晶点(TL)到共晶过冷点(TEL)温度差减小,就可以达到减小铁水的缩孔概率的目的。
加强铁水的孕育,还可以使铁水的共晶凝固提前开始。减小温度曲线的共晶过冷度,可以减缓共晶再辉点之前的石墨析出量。为再辉点之后预留足够的石墨量填充缩松,铁水的缩松概率就可以减小,当“TL-TEh=0”时,缩松概率为零。
因此,为加强铁水的孕育效果,就要选用高效、长效的孕育剂,并采用多级孕育及瞬时孕育措施,尽量增加铁水中的核心数量,使热分析结果“TL-TEh”尽量接近于零。
步骤三:采用复合孕育剂、多级孕育处理、强化孕育效果,把再辉度控制在“0”附近,石墨球的析出就会控制在凝固的中后期,就会充分利用石墨的析出膨胀对液态铁水的收缩进行自补缩,那么出现缩孔缩松的倾向也就达到了最小,而形成组织致密的球铁;
步骤四:在球墨铸铁铁水达到最优状态时,再配合浇冒系统进行凝固模拟与优化,且铸型硬度大于92。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案,本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理,属于本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.无缩孔缩松倾向球墨铸铁铁水的熔炼技术与应用,其特征在于,包括如下步骤:步骤S1、原铁水球化孕育处理,步骤S2、冷却曲线检测,步骤S3、再辉度控制,步骤S4、铸型处理;
步骤S1:计算原铁水的化学成分,经过球化处理、孕育处理及随流孕育后的碳当量达到共晶碳当量;
步骤S2:通过热分析对铁水的冷却曲线进行检测,由热分析仪检测出实际的共晶度,控制共晶度在“1”附近;
步骤S3:采用复合孕育剂、多级孕育处理、强化孕育效果,把再辉度控制在“0”附近;
步骤S4:在球墨铸铁铁水达到最优状态时,再配合浇冒系统进行凝固模拟与优化,并使铸型硬度大于92。
2.根据权利要求1所述的无缩孔缩松倾向球墨铸铁铁水的熔炼技术与应用,其特征在于,所述步骤S1中球化处理采用的球化剂为硅铁稀土镁合金。
3.根据权利要求1所述的无缩孔缩松倾向球墨铸铁铁水的熔炼技术与应用,其特征在于,所述步骤S2中球墨铸铁其凝固温度区间基本为零,无初生奥氏体及初生石墨,因此铁水的流动性好、补缩性能好。
4.根据权利要求1所述的无缩孔缩松倾向球墨铸铁铁水的熔炼技术与应用,其特征在于,所述步骤S3中石墨球的析出控制在凝固的中后期,充分利用石墨的析出膨胀对液态铁水的收缩进行自补缩,那么出现缩孔缩松的倾向也就达到了最小,而形成组织致密的球铁。
5.球墨铸铁铁水的热分析测量缩孔、缩松的方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤K1、铁水冷却凝固曲线检测,步骤K2、温度曲线解析;
步骤K1:取球化孕育后的铁水浇入H-3QG样杯,用炉后铁水质量管理仪对铁水冷却凝固过程曲线进行检测,在其屏幕上记录下样杯内铁水的凝固温度曲线;
步骤K2:炉后铁水质量管理仪通过对凝固温度曲线的解析,找出铁水凝固过程的各种相变特征参数。
6.根据权利要求5所述的无缩孔缩松倾向球墨铸铁铁水的熔炼技术与应用,其特征在于,所述步骤K1中的铁水不得超过样杯内容积的四分之三。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220923 |