耐低溫沖擊球墨鑄鐵的生產(chǎn)

1、耐低溫沖擊球墨鑄鐵的生產(chǎn) 關(guān)鍵詞:球墨鑄鐵,生產(chǎn) 摘要：簡述了風電類耐低溫球墨鑄鐵件的需求勢頭，列舉了該類鑄件的生產(chǎn)實例，從鐵素體含量、晶粒大小及晶間結(jié)合力三個方面，闡述了耐低溫球墨鑄鐵生產(chǎn)的關(guān)鍵點及相關(guān)措施。為當前正在生產(chǎn)或準備生產(chǎn)耐低溫沖擊球鐵件的單位有著一定的指導作用。關(guān)鍵詞：球墨鑄鐵，低溫沖擊，生產(chǎn)措施近年來，國內(nèi)生產(chǎn)具有耐低溫沖擊性能要求的球墨鑄鐵件的單位越來越多，產(chǎn)量越來越大。主要原因：一是，寒冷地區(qū)石油、天然氣工業(yè)的發(fā)展，及配套的存儲運輸?shù)裙こ痰陌l(fā)展；二是，寒冷地區(qū)的工程機械、船運、汽運、火車運輸設(shè)備的發(fā)展；三是，風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，截止2007年底，我國大陸已建成風力發(fā)電場

2、158個，累計安裝風電機組6469臺，裝機總?cè)萘窟_到590.6萬KW，其中2007年我國大陸新裝機容量330.4萬KW，與2006年比增長147.1%。根據(jù)目前全球風電產(chǎn)業(yè)增長趨勢，世界風能協(xié)會預(yù)測到2010年，全球總裝機容量會達到1.7億KW。根據(jù)目前國內(nèi)增長趨勢，預(yù)測到2010年，中國總裝機容量達到0.150.25億KW，到2020年，中國總裝機容量可達到0.81億KW?？梢?，風電產(chǎn)業(yè)方興未艾。鑄件是風力發(fā)電設(shè)備的主要構(gòu)件，包括裝置葉片的輪轂、底座、齒輪箱、主框架等構(gòu)件，12MW機組需1520噸鑄件，4.5mw風力發(fā)電機組約需要3545噸鑄件。由于風力發(fā)電機組多建于海邊和沙漠等多風源地帶，

3、風速高達1000 m/min 。有的零件要在離地高10米的高空運行，有的零件在零下20甚至零下40的環(huán)境下服役，工況條件十分惡劣。因此，對鑄件質(zhì)量性能指標要求較高，除了要求常規(guī)性能指標外，還有低溫沖擊性能指標要求，一般的要求是和常溫球墨鑄鐵相比，耐低溫沖擊球墨鑄鐵的生產(chǎn)還是有一定的難度，應(yīng)該說有一定的技術(shù)含量。對球化劑、孕育劑、生鐵、廢鋼等原附材料，球鐵成分、過程控制及檢測諸多方面都提出了全新的要求。為此，無錫永新合金球鐵廠研發(fā)了生產(chǎn)耐低溫沖擊球墨鑄鐵的球化劑、孕育劑及配套使用工藝，并在蕪湖容川鑄造有限公司進行了近兩年的耐低溫球墨鑄鐵的生產(chǎn)。1生產(chǎn)條件采用0.5T中頻感應(yīng)電爐熔煉鐵液，呋喃冷硬

4、樹脂砂造型，主要生產(chǎn)如圖一所示箱體鑄件，牌號要求為GJS-350-22-LT，鑄件單重為117kg。2生產(chǎn)過程主要爐料為低碳、低錳廢鋼和回爐料，采用增碳劑，增硅劑調(diào)整鐵液成份，控制原鐵液及鑄件化學成份到表1要求范圍。升溫至15101530，進行球化和孕育處理，球化劑和孕育劑由無錫永新合金球鐵廠提供，其成份見表2一般情況下球化劑、孕育劑的加入量分別為1.3%、1%。將球化劑放置在球鐵包堤壩一側(cè)，其上覆蓋0.9%的孕育劑扒平后，加入少許鐵屑后沖緊，球化和孕育處理后，澆鑄鑄件和25mm厚的單鑄試棒，澆鑄時，隨流加入0.10.15%粒度為0.11mm的孕育劑。3檢測結(jié)果4分析與探討如何獲得較高低溫沖擊

5、韌性的球墨鑄鐵件呢？沖擊韌性反映材料斷裂時吸收的能量，也反映快速形變條件下，材料抵抗裂紋萌生、發(fā)展和斷裂的能力。低溫沖擊韌性是一個材料的韌性指標，也就是說具有較高低溫沖擊韌性的球墨鑄鐵件在-20或-40時具有較高沖擊韌性，脆-韌性能轉(zhuǎn)變溫度較低，能夠較好的克服冷脆。因此，如下的一些措施都能有效的提高球墨鑄鐵的低溫沖擊韌性指標4.1提高球墨鑄鐵材質(zhì)的鐵素體含量研究表明不同溫度下不同基體組織對低溫沖擊韌性有較大的影響，塑性較高的鐵素體球鐵能獲得較高的沖擊韌性指標化學成份降低促進或穩(wěn)定珠光體形成元素如：Mn、V、Zr、Nb、Ti、Cr、Mo、W、Cu、Pb、Sb等元素，其中值得一提的兩個元素，一個是

6、錳，它對球墨鑄鐵的沖擊韌性和脆性轉(zhuǎn)變溫度都有特別不利的影響，每提高0.1%的錳含量，球鐵的脆性轉(zhuǎn)變溫度提高1012，所以，盡量選擇低錳生鐵和廢鋼作為原材料；另一個元素是Cu，他雖然是中性元素，提高珠光體含量的作用不明顯，但是，隨著含Cu量的增加，球墨鑄鐵的脆性轉(zhuǎn)變溫度升高，并且沖擊韌度也下降。適量提高鐵素體形成元素，如：C、Si、Ca、Ba、Al、Bi等元素，其中值得一提的是Si元素，眾所周知，Si是強烈促進石墨化元素，有利于提高鐵素體含量，但Si量增加，沖擊韌性明顯下降，Si含量每提高01.%脆性轉(zhuǎn)變溫度就提高5.56，含Si量在4%左右的球墨鑄鐵，雖具有全部的鐵素體基體，但脆性很大，就是常

7、溫下也難于在有沖擊載荷的條件下使用，因此，具有低溫沖擊性能要求的球鐵中Si含量一般控制在1.62.0%。降低鑄件隨型冷卻速度一定成份的球鐵，改變其共晶階段冷卻速度，可在較大范圍內(nèi)改變其基體組織，也就是說鑄件隨型冷卻速度愈慢，其基體組織中鐵素體含量愈高，鑄件越厚，冷卻速度越慢，鐵素體含量越高。但應(yīng)防止出現(xiàn)晶粒及石墨球粗大；造型材料不同，導熱能力不同，導致隨型鑄件冷卻速度也不同，應(yīng)選用干型砂或樹脂砂等導熱較慢的造型材料，同時應(yīng)適當放寬鑄型厚度（俗稱加大吃砂量），盡量減少或不用冷鐵，對于薄壁件來說，適當提高澆鑄溫度的措施來減緩鑄件冷卻速度，盡量延長開箱時間，有條件的可將隨型鑄件集中擺放，減緩散熱。熱

8、處理從圖4、圖5可看出，通過熱處理工藝后，提高了鐵素體含量，延伸率、沖擊韌性都得到了較大幅度的提高，通過退火處理部分元素在高溫下能得以擴散，鑄件基體組織的晶格變細、晶粒細化，鐵素體量和性能得以穩(wěn)定提高。同時，通過熱處理的方法，可適當放寬對原輔材料中部分元素的苛刻要求。對于達不到要求的或中小鑄件可通過熱處理的措施來禰補。4.2細化晶粒、增加共晶團數(shù)量隨著材料晶粒尺寸的增大，材料的斷裂應(yīng)力顯著降低，當晶粒尺寸大于某一臨界尺寸時，既出現(xiàn)脆性斷裂，細化及減小晶粒尺寸可降低脆性轉(zhuǎn)變溫度，從而提高球墨鑄鐵低溫沖擊韌性指標。合成鑄鐵熔煉工藝采用廢鋼和回爐球鐵作為主要原料，采用石墨增C，硅鐵或碳化硅增Si的方

9、式熔煉球鐵鐵液。由于C、Si的熔點比鐵液的溫度高，主要是靠擴散溶解的方式進入鐵液，在鐵液中存在著大量的C的微晶，這種微晶是先共析或共晶石墨很好的外來形核基底，有利于細化晶粒。多次孕育孕育的實質(zhì)是脫氧、脫硫形成外來晶粒，其目的是增加石墨形核能力，細化晶粒，增加石墨球數(shù)量，增加鐵素體含量，經(jīng)過三次孕育，尤其是澆鑄過程中采用0.31mm的含Ba孕育劑進行瞬時孕育，孕育量雖少，但孕育效果顯著。4.3凈化鐵液，減少晶粒內(nèi)部、晶粒間的夾渣及夾雜物材料斷裂往往是穿晶或沿晶斷裂，材料晶粒內(nèi)部或晶粒間有夾雜或夾雜物，削弱了材料的鍵合力，在沖擊載荷作用下，經(jīng)常形成為裂紋源，或裂紋傳播的途徑，降低材料的耐低溫沖擊能

10、力。鐵液預(yù)處理.1脫氧、脫硫處理對于采用沖天爐-電路雙聯(lián)熔煉的廠家，可采取搖包方式?jīng)_入方式或氣動脫硫方式進行脫硫，使原鐵液中的硫含量降至0.02%一下，不過，現(xiàn)在用的脫硫劑大部分為CaO或CaC2成份，這種脫硫劑脫氧能力較差，能適當輔助以一些脫氧元素如Ca、Ba、Al等元素就更好。對于采用電爐直接熔煉也有必要采取鐵水的脫氧、脫硫處理。.2鐵液的過熱及靜置提高鐵液熔煉溫度，可以使原材料中帶入的夾雜物，以及在熔煉過程中形成的夾渣及夾雜物上浮至鐵液表面，尤其是對于采用廢鋼增碳工藝更要適當提高熔煉溫度1500，增加保溫時間，不然，碳不能完全溶到鐵液中，形成夾渣。對球化后的鐵液進行13min的靜置，有利

11、于活潑金屬如Mg、Ba、Al、Fe的氧化物及硫化物上浮，從而凈化鐵液。.3多覆蓋 勤扒渣多覆蓋有利于熔煉過程，澆鑄過程中減少鐵液和空氣的接觸時間，降低鐵液中的氧含量；勤扒渣，有利于聚集在熔煉過程或球化過程中形成的殘存氧化物、硫化物，從而使鐵-渣分離，保證進入型腔前的鐵液得到良好的凈化。.4鐵液過濾結(jié)合澆鑄系統(tǒng)在型上或型內(nèi)設(shè)置一個帶有過濾器的集渣包，一是阻止固、液態(tài)渣的通過；二是有利于鐵液平穩(wěn)注入型腔，減少二次氧化渣的形成；三是在集渣包中上浮一些集渣物，盡量減少一次渣進入型腔。4.4降低晶界偏析元素Mn、Sb、Sn、As、Ti等元素為晶界偏析元素，應(yīng)盡量降低其含量。4.5降低氧化物、硫化物形成元

12、素Ca、Ba、Al、Mg、稀土元素易形成氧化物、硫化物，應(yīng)盡量降低其含量4.6 專用球化劑、孕育劑用于生產(chǎn)耐低溫沖擊球鐵的球化劑、孕育劑應(yīng)注意如下三原則一是：高的穩(wěn)定的球化及孕育效果：這一方面取決于球化劑本身的成分穩(wěn)定，主要元素如Mg、Re、Ca、Ba等偏差范圍應(yīng)小于±0.3%；另一方面是鐵水質(zhì)量的穩(wěn)定，如出鐵溫度，S、O含量的穩(wěn)定；再次就是操作工藝的穩(wěn)定，如出鐵速度及除鐵位置的控制，防止出鐵過慢使鐵水直沖球化劑。二是：較強的墨化能力，Mg、Re是主要的球化元素，同時也是較強的白口形成元素。應(yīng)以Mg為主，輔以Re元素，同時合理搭配Ca、Ba、Bi等墨化能力較強的元素。三是：較低的形渣

13、能力，一方面應(yīng)盡量減少球化劑、孕育劑中的渣含量，如MgO、稀土的氧化物及其他的外來渣。同時，球化劑、孕育劑中的Ca、Ba含量要適中，因為它們具有較強的形渣能力。5.一對矛盾的化解球化劑、孕育劑中Mg、Re、Ca、Ba等元素的含量及其加入量與球化效果及低溫沖擊性能存在著一定的矛盾，加入鐵水中的Mg、Re、Ca、Ba等元素過量，會造成上述元素的殘留鐵水中的量偏高，其氧化、硫化渣較高勢必影響沖擊性能。但也不能因噎廢食，上述元素過低也會影響球化效果及基體組織，達不到效果。應(yīng)針對不同的鐵水質(zhì)量，鑄件大小、形狀、壁厚、澆注時間等條件選用恰到好處的專用球化劑、孕育劑及其配套工藝措施。6.結(jié)語總的來說，只要控制好鐵水的冶金質(zhì)量，控制適量的C、Si、Mn、Ca、Ba、Re、等元素的含量，盡量降低其他元素的含量，選用特制球化劑、孕育劑及配套工藝，嚴格工藝過程，完善各項參數(shù)的檢測