CN85106684A

CN85106684A - 铁素体可锻铸铁热浸渗铝-低温石墨化工艺

Info

Publication number: CN85106684A
Application number: CN 85106684
Authority: CN
Inventors: 陈永明; 郎本智; 何明奕; 吴勇生; 李胜长
Original assignee: Scientific Research Dept Kunming Polytechnical College
Current assignee: Scientific Research Dept Kunming Polytechnical College
Priority date: 1985-09-03
Filing date: 1985-09-03
Publication date: 1987-03-25
Also published as: CN85106684B

Abstract

铁素体可锻铸铁热浸渗铝——低温石墨化工艺。

发明采用冲天炉熔炼，成分控制在碳2.5-2.7％，硅1.6-1.7％，锰＝1.7S(硫)+(0.05～0.25)％，磷小于0.2％，硫小于0.2％，铬小于0.06％。炉前采用“硅-铋-铝”复合孕育。二次孕育或型内孕育处理的方法获得白口铸件。

Description

一种采用低温石墨化退火工艺生产表面有渗铝层的铁素体黑心可锻铸铁的方法。

傅统的可锻铸铁件如线路金具、管件等是采用热浸镀锌来进行表面防护的。但近年来发展出热浸渗铝技术，已经在上述产品上广泛应用。这是因为：

1.热浸渗铝形成的保护层有抗含硫、有机酸类、盐、硝酸和磷酸等化合物的腐蚀性大气的腐蚀能力。能抵抗硫化氢、二氧化硫、二氧化碳、碳酸、硝酸、液氨、水气的腐蚀，尤其是抗硫化氢的腐蚀能力最为显著。可以应用于电力、石油、化工、冶金等方面的器械、管道和容器的表面防护。

2.铝的氧化层具有难熔的特性，这个氧化层与铁之间存在一个具有较高导热率的过渡层，使得在高温下的破坏得以降低到最低程度。可以在高于铝的熔点以上使用，稳定工作温度可达950℃。

3.在铝层和锌层厚度相同的情况下，锌的重量要比铝高2.6倍;而在大气腐蚀中的耐腐蚀性，铝层则比锌层高3～5倍。由此可以推之，采用热浸渗铝可以延长工件的使用寿命，降低热镀的成本，减轻工件的重量，增加工作的可靠性。

4.在铝液中加入多种合金元素，改变镀层的化学成分，可以有针对地提高镀层抗某类腐蚀的能力。

生产具有渗铝层的可锻铸铁件的一般的生产工艺可分为三个独立的工艺过程：铸件的生产，铸件的热浸渗铝，渗铝层的扩散退火过程。

铸件首先浇注成亚共晶白口铁的坯件，然后进行二个阶段的石墨化热处理。第一阶段一般要在900～960℃温度范围内退火10～20小时，随后随炉冷却到共析转变温度以下约720～750℃，退火20～40小时。经过上述二阶段石墨化退火以后，白口组织中的渗碳体分解完毕，最终得到铁素体基体和团絮状石墨的组织。

经过退火热处理获得了铁素体基体加团絮状石墨化的组织的铸件，进行表面机械清理去除氧化皮和其他粘附物，再进行化学清洗和镀前处理，最后放入680～950℃的铝或是铝合金液中进行热浸渗铝，得到表面渗铝的铸件。

由于热浸渗铝得到的铝层与铸件的表面附着较差，而且在浸镀过程中在铸件表面上形成的实际上是一个由铝和各种铝铁合金相组成的多层状组织，机械性能不高，在受力条件下会开裂形成脱落。因此镀铝以后的铸件要在700～1050℃范围内进行扩散退火，使表面的含铝量降低，使渗铝层增厚20%，同时降低了整个渗铝层的脆性，提高了渗铝层与铁基的附着强度。

采用上述的傅统工艺存在着以下缺点：

1.铸件要经过高温石墨化退火（900～960℃）能耗较大，而且常常因为工件过烧，形成氧化白边，工件变形较大等原因造成退火废品。

2.为了防止高温退火造成工件氧化，铸件须放在封闭的退火箱中，退火箱由于暴露在炉气中，氧化、烧损十分严重。

3.采用高温退火退火炉及其附属设备损坏较快。

4.由于高温退火形成的氧化皮较厚，镀铝前机械和化学处理费用较高。

5.由生产铸件到扩散退火完毕，各工序不易衔接，生产控制不易，并有重复加热过程如扩散退火，增加了能耗和劳动力。

针对上述存在的问题，近年已发展出白口坯件热浸渗铝，石墨化-扩散退火同步进行的工艺。即：浇注出亚共晶白口的铸件毛坯后就进行热浸渗铝处理，把表面镀有铝层的白口铸件放入退火炉中进行石墨化退火，同时也对镀铝层起到了扩散退火的作用。这种工艺的优点在于减少了工艺步骤，便于生产管理控制，由于退火处理时工件的表面已有一层抗氧化的渗铝层，基本可以避免因氧化脱碳造成废品，退火炉无须进行严格的气氛控制，此外减少了一次加热过程，节省了能源和劳力。

但是，这种工艺仍然不能摆脱傅统的第一阶段高温石墨化过程。生产铁素体基体的可锻铸铁件，要在900～1000℃温度范围保温18～24小时，使共晶渗碳体分解，然后随炉冷却到730～880℃范围保温30～60小时使共析渗碳体分解，最终得到铁素体基体和团絮状石墨的具有渗铝保护层的铸件。该工艺的退火曲线见图1。由于要在高温900～1000℃范围内退火，总的退火周期较长（48～84小时），仍旧不能认为是最经济的退火方法。而且，因为高温造成的铸件过烧废品，退火炉及设备的损坏仍然不能免除。

针对上述工艺过程中存在的问题，从81年以来我们开始研究低温石墨化-渗铝层扩散热处理新工艺。经查阅了国内外大量资料，促进该工艺的研究日趋成熟和完善，84年、85年两次委托冶金部情报研究所和中国科学院情报所进行了世界专利文献检索共一百多条，结果表明本发明在国内外都属最新技术。

本发明的主要目的就是为了消除或减轻上述诸工艺缺点和不足。

按照本发明提供的低温石墨化-渗铝层扩散热处理新工艺，应包括以下几个生产控制环节：

1.铸件的原铁水化学成分应控制在：

碳（C）量2.5～2.7%;

硅（Si）量1.6～1.7%;

锰（Mn）量当S小于0.20%时应符合Mn＝1.7S+（0.05～0.25）%;

磷、铬和其他杂质元素含量不高于傅统可锻铸铁中的含量。

2.浇注前对铁水进行“硅-铋-铝”复合孕育、二次孕育、或型内孕育。

3.白口坯件进行必要的机械或化学处理之后进行助镀剂处理，然后浸入到780～850℃的铝或铝合金液中0.5～10分钟，获得表面镀铝的坯件。

4.表面已镀上铝的坯件装入退火炉中，在400℃进行予温处理4小时，然后在720～750℃范围内退火15～35小时，最后出炉空冷到室温。

根据产品和用途的不同，给予不同的工艺条件。用法举例如下。

例一，生产铁素体基体的表面有渗铝层的线路金具，如高压电瓷瓶铁帽。熔炼时铁水化学成分控制在碳（C）：2.5～2.7%，硅（Si）：1.6～1.7%，锰（Mn）＝1.7S+（0.05～0.25）%，硫（S）小于0.15%，磷（P）小于0.2%，铬（C_r）小于0.06%。铁水出炉温度应高于1410℃，在炉前过渡铁水包（100～300公斤）中用冲入法进行“硅（Si）-铋（Bi）-铝（Al）”复合孕育。孕育后的铁水硅的净吸收应达到0.1～0.2%，即铁水中的硅量应为1.7～1.9%。铸件冷却后应得到细密的白口组织。去除飞边、毛刺后进行必要的加工，然后采用机械和化学清理去除氧化皮和油污。清理后的铸件放入由氯化钠（Nacl），氯化钾（Kcl），氟化铝（AlF），氟化钠（NaF）、氟铝酸钠（NaF、AlF₃），或是硝酸钾、硝酸钠的盐溶液或熔液中浸泡1～10分钟。烘干后浸入780～850℃的铝或铝合金液中约0.5～10分钟，然后取出空冷至室温，用清水洗净表面粘附的盐渍。这一操作使得铸件的表面形成了铝的防护层，在铝液中铸件已被加热到相变温度以上，随后的空冷起到了正火作用使组织细化、内应力增加有利于以后退火时形成较多的石墨核心。镀铝以后的铸件放入退火炉中，加热到400℃进行予温处理4小时，再升温到750℃保温6～8小时，降到730℃保温6～8小时，再降到720℃保温6～10小时，然后随炉冷却到680℃出炉空冷或直接出炉空冷。退火工艺曲线见图2。

例二，生产铁素体基体的表面有渗铝层的线路金具或管件，与及其他壁厚在15mm以内的铸件，熔炼化学成分符合例1条件，按例1所给方法进行孕育处理和表面镀铝。镀铝后的铸件放入退火炉中加温到400℃进行预温处理，再升温到750℃，在25～35小时内均匀地降温到700℃，然后出炉空冷。退火工艺曲线见图3。

例三，生产铁素体基体的表面有渗铝层的线路金具或管件，与及其他壁厚在20mm以内的铸件，但工件形状复杂、壁厚悬殊较大。熔炼化学成分符合例1条件，可按例1方式在炉前过渡铁水包（100～300公斤）用冲入法加入硅-铋-铝复合孕育剂，然后在浇注用小铁水包（10～20公斤）再次加入“铝-铋”作为二次孕育。铸件按例1方式镀铝，可按例1或例2所给退火工艺退火。

例四，铸件条件同例三，但单件重量略大吋（10～30公斤），熔炼化学成分符合例一条件，可按例一方式在炉前过渡铁水包中用冲入法加入“硅-铋-铝”复合孕育剂，并在铸型中浇口内放入“铝-铋”作为“型内孕育”。镀铝和退火方式可同例三。

采用本发明提出的工艺可以生产铁素体基体的表面具有渗铝层的可锻铸铁件。石墨化退火和渗铝层的扩散退火同步进行，但是不必经过900～980℃的高温区，仅在720～750℃范围进行，总的退火周期为35～50小时。采用本发明提出的工艺措施，通过熔炼和孕育处理，使得铸件的白口组织细化，基本消除了退火过程中较难分解的板块状渗碳体，使组织趋于等轴晶，共晶渗碳体细化分散。由于结晶组织的细化和促进石墨化元素的加入有利于石墨形核和铁、碳原子的扩散条件改善，故而可以实现在720℃～750℃范围同时使共晶和共析渗碳体分解，一次完成石墨化全过程，得到铁素体基体加团絮状石墨组织。铸件的机械性能可以达到KT 33一8以上，表面的渗铝层为一个基本均匀的铝铁合金层，经电子探针测定含铝量为45.93～58.87%，厚度为0.15～0.20mm。该层与铁基附着较好，机械性能和耐高温、抗化学腐蚀性能较好。

采用本发明提供的工艺生产具有渗铝层的铁素体黑心可锻铸铁件有以下的特点：

1.低温石墨化-渗铝层扩散热处理，同时使铸件材质基体和表面防护铝层都得到理想的组织结构。使生产工艺简化，但不降低产品的性能质量。

2.低温石墨化-渗铝层扩散热处理在720°～750℃进行，可以降低能耗，避免工件过烧和氧化脱碳、变形造成废品。

3.铸件浇注时采用“硅-铋-铬”复合孕育处理，二次孕育、型内孕育，起到细化晶粒促进固态石墨化的作用，使之实现了在720°～750℃退火直接得到铁素体基体加团絮状石墨的组织。铸件组织中铁素体晶粒细小，石墨颗粒细小，形态接近团球状，分布十分均匀。材质的机械性能不低于用傅统二阶段石墨化退火生产的铸件。

4.渗铝层均匀、附着良好，有较好的耐高温和抗腐蚀性能。

5.由于铸件是在有一层铝的保护层情况下退火，工件表面有极好的抗氧化性，因此可以在中性、氧化性或是还原性的气氛中退火。工艺适应性较广。

6.退火在720～750℃范围进行，使退火炉、退火箱和其他设备损耗降低。

本发明提供的工艺可以用于线管金具、管件等可锻铸件的生产。这些产品广泛运用于高温及强腐蚀条件。

附图说明：

图1 采用二阶段（含高温）石墨化退火生产具有渗铝层的铁素体黑心可锻铸铁退火工艺曲线。

图2 采用低温石墨化-渗铝层扩散热处理生产具有渗铝层的铁素体黑心可锻铸铁退火工艺曲线（A型）。

图3 采用低温石墨化-渗铝层扩散热处理生产具有渗铝层的铁素体黑心可锻铸铁退火工艺曲线（B型）。

Claims

1、一种铁素体黑心可锻铸铁热浸渗铝--低温石墨化退火工艺，它可以是采用冲天炉熔炼，控制铁水一定的化学成分，浇注前对铁水进行孕育处理获得白口铸件，再在一定温度下镀铝和退火获得表面有渗铝层的可锻铸铁，其特征在于熔炼时控制铁水的化学成分为：碳(C)2.5～2.7%，硅(Si)1.6～1.7%，锰(Mn)=1.7S+(0.05～0.25)%，磷小于0.2%，铬小于0.06%，铁水出炉温度在1410℃以上，在铁水包里采用冲入法进行“硅--铋--铝”孕育处理使铁水中含硅量提高到1.7～1.9%以上，铋的孕育加入量为0.01～0.1%，铝的孕育加入量为0.08～0.015%，获得的白口铸件放入由30～50%氯化钠，30～50%氯化钾，10～20%氟化铝，10～20的氟化钠组成的水溶液中，在加热条件下沸腾1～10分钟，烘干后浸入780～850℃的铝或铝合金液中0.5～10分钟，取出空冷，用清水洗净残盐，得到表面镀铝的坯件，然后放入退火炉中加热到400℃保温4小时，然后升温到750℃保温6～8小时，降温到780℃保温6～8小时，再降到720℃保温6～10小时，最后随炉冷到680℃出炉空冷或直接出炉空冷，得到表面有渗铝层的铁素体黑心可锻铸铁件。

2、如权利要求1所规定的低温石墨化-扩散退火工艺其特征在于对形状复杂、壁厚悬殊较大的铸件采用二次孕育，即炉前过渡包冲入法加入硅-铁、使铁水的最终含硅量达到1.7～1.9%，同时冲入铝-铋孕育剂总量的三分之二，其余三分之一在小包中孕育处理。

3、如权利要求1所规定的低温石墨化-扩散退火工艺其特征在于对壁厚不均且单件重量大的铸件孕育处理三分之一的铝-铋孕育剂放在浇注系统中由铁水冲入作为型内孕育。