鑄件球化不良的表現(xiàn)在鑄件斷口上(一般多觀察澆冒口斷口),有大塊黑斑或明顯可見的小黑點;敲擊鑄件發(fā)出的聲音不清脆;金相顯微組織上有較多的厚片狀石墨,有少量球狀、團(tuán)狀石墨或枝晶石墨。
產(chǎn)生球化不良的具體原因,總的來講由三大類因素所影響:殘留鎂量或稀土量過低(但稀土含量過高時,則石墨圓整度變差,鑄件易產(chǎn)生白口及縮松);孕育作用不強(qiáng)或衰退;干擾元素過高。但在實際生產(chǎn)過程中,產(chǎn)生球化不良的因素很多,有技術(shù)、操作、管理方面的問題,下面分別來說明:
1、球化劑質(zhì)量差
球化劑中Mg、RE含量經(jīng)化驗雖達(dá)到質(zhì)量要求,但因熔煉技術(shù)不佳,含MgO較高(球化劑中含MgO>1%,對球化質(zhì)量就可能有影響),MgO對提高球化質(zhì)量幾乎沒有作用,反而使球墨鑄鐵易產(chǎn)生夾渣缺陷;球化劑里含Ca等元素少,球化處理時反應(yīng)激烈,Mg燒損較多。
防止措施:不使用質(zhì)量差的球化劑(要對供應(yīng)商、生產(chǎn)廠家進(jìn)行考察,先少量購進(jìn),試用后再批量購買)。球化劑放置時間過長,易受潮氧化。
2、爐前球化處理操作不當(dāng)
球化劑倒入鐵液包堤壩挖坑里后,未攤平拍實;表面覆蓋物少,或覆蓋層薄,或未填滿球化劑塊縫隙,沖入鐵液后,不僅外露球化劑馬上熔化反應(yīng),同時鐵液大量進(jìn)入球化劑塊縫隙里,直接熔化球化劑或把球化劑沖起漂浮鐵液表面,反應(yīng)過早過快,Mg燒損較多。
防止措施:把倒入包底凹坑里的球化劑攤平、適當(dāng)舂實,再把上面覆蓋的孕育硅鐵攤平并適當(dāng)舂實,表面覆蓋適當(dāng)量的球墨鑄鐵屑(舂實)或一定厚度的球墨鑄鐵板。這樣不僅把合金的縫隙填滿,且有一定厚度覆蓋層。
3、原鐵液含硫量高
硫是主要反球化元素,含硫量高會嚴(yán)重影響球化質(zhì)量,當(dāng)原鐵液中的wS>0.06%時,即便是加入較多的球化劑,也很難得到合格的球墨鑄鐵質(zhì)量。在球化處理過程中,球化劑中的Mg,首先與鐵液中的S起化學(xué)反應(yīng),生成MgS的熔渣,剩余的Mg才起到球化作用,RE同樣如此。由于球化元素少,所以影響了球化質(zhì)量。鐵液含硫量高,即便加入大量的球化劑,如果澆注時間過長,扒渣不凈,還會發(fā)生“返硫”現(xiàn)象,影響澆注到后期的鑄件質(zhì)量。原鐵液中硫的主要來源是:使用了含硫量高的焦炭或新生鐵。
防止措施:使用含硫量低的生鐵及回爐料和焦炭;掌握好球化劑加入量與原鐵液含硫量的關(guān)系;爐前及球化處理過程中采取脫硫措施(往焦炭上噴灑石灰水、電爐脫硫較為容易、球化包內(nèi)加入堿面或燒堿)。
隨爐料代入的球化干擾元素過高,如Ti、Sb、As、Pb、Al、Sn等。稀土元素雖有一定的消弱或抵消反球化干擾元素的能力,但鐵液中含干擾元素太多,仍會惡化石墨球形狀(畸形石墨);即便球化,球墨鑄鐵材質(zhì)的物理性能也會趨向很脆。因此,在生產(chǎn)QT400—18以及抗低溫球墨鑄鐵時,要選用高純生鐵。
4、接鐵液澆包放置不當(dāng)
出鐵時鐵液直接沖到壓在凹坑里的球化劑上,不僅把覆蓋物沖跑,而且使合金塊直接受到高溫鐵液的沖擊,或過早熔化激烈反應(yīng),或迅速漂浮至鐵液表面,在鐵液表面熔化燒損被空氣吸收,減低了鐵液對Mg的吸收率。
防止措施:放置好鐵液包的位置,避免鐵液直接沖擊到合金上,讓鐵液平穩(wěn)、快速的淹沒合金并瞬時達(dá)到一定的深度,延長合金上浮的路程,便于合金充分被鐵液吸收。
5、開始出鐵液慢
如果開始出鐵液過于緩慢,液面在包內(nèi)上升的速度慢,當(dāng)鐵液淹沒合金后,表層部分合金就開始熔化反應(yīng),并接著上浮,由于合金表面與鐵液表面距離短,合金沒來得及熔化就大量的漂浮于鐵液表面,Mg在鐵液表面熔化燒損被空氣吸收而損耗掉,降低了鐵液對Mg的吸收率。
防止措施:對于沖天爐來講 前爐缸內(nèi)要存有充分的鐵液,出鐵前首先把堵塞出鐵口周圍的泥巴鏟凈,出鐵時快速打開出鐵口 ,讓鐵液很快達(dá)到鐵液包容量深度的2/3(即一定深度),此時的球化反應(yīng),由于合金表面距離液面距離大,合金在鐵液里上浮時,經(jīng)過的路程長,合金邊上浮、邊熔化 、邊被鐵液充分吸收,球化劑中的球化元素Mg的吸收率高,球墨鑄鐵質(zhì)量好。電爐出鐵更為方便,開始快速出爐,當(dāng)反應(yīng)劇烈時慢速出鐵或停止出鐵,在反應(yīng)平穩(wěn)時繼續(xù)出鐵至要求量,如果反應(yīng)平穩(wěn),盡可能先快后慢(中間不停)的一次出完。
6、裝加球化劑過早或堤壩凹坑內(nèi)鐵液未倒凈
澆注后,紅熱的澆包底部,溫度高于900℃。如果馬上裝球化劑,Mg、RE在高溫的烘烤下?lián)p耗一部分(有冒煙現(xiàn)象);若堤壩凹坑內(nèi)鐵液未倒凈,Mg的損耗更多;另外過熱的預(yù)熱溫度也會促使球化劑的過早熔化。
防止措施:讓澆包冷卻降溫一段時間,在出鐵液之前裝球化劑,同時,澆注后及時把澆包內(nèi)剩余的鐵液倒干凈,并把包內(nèi)的熔渣扒干凈。
7、球化鐵液溫度過低
球化鐵液溫度低于1390℃時,合金不易熔化,球化反應(yīng)不完全,球化級別難以達(dá)到要求。球化劑在上浮過程中,由于鐵液溫度低,不能迅速地把球化劑熔化吸收,致使球化劑上浮到鐵液液面熔化燃燒。
8、球化鐵液溫度過高
球化鐵液溫度過高,覆蓋劑以及球化劑熔化速度過快,由于純Mg的密度為1.74g/㎝3,熔點651℃,沸點1105℃,即便是由于Mg與Si化合提高了合金的熔點,但也低于1400℃,更何況球化溫度常在1490~1520℃,有的可能會更高一些。根據(jù)鑄件的大小和鑄件壁的厚薄,確實需要提高球化溫度時,也要采取相對“低溫處理高溫澆注”的措施。另外,鐵液溫度過高,鐵液往往氧化嚴(yán)重,由于Mg和RE易與氧化物產(chǎn)生化合反應(yīng),高溫使得Mg、RE的大量損耗和蒸發(fā),降低了吸收率。
9、球化劑塊度小、碎末多
當(dāng)球化劑塊度碎小、碎末多時,雖然球化處理方法一樣,但由于合金塊之間沒有空隙,熔化反應(yīng)只能是剝皮式地緩慢逐層進(jìn)行,若按同樣的步驟去澆注,可能會出現(xiàn)前幾箱球化不良,后幾箱球化尚好的現(xiàn)象。
防止措施:根據(jù)鐵液包的大小即球化處理鐵液的多少,而選擇球化劑塊度的大小。碎末過多時需要過篩處理;如果球化反應(yīng)過慢,可用鋼釬穿過鐵液搗幾下所裝的合金,讓鐵液鉆入合金里,以便加快球化反應(yīng)。
10、球化劑塊度過大
球化劑塊度過大,在邊上浮邊熔化過程中,沒有及時的被鐵液吸收,而是漂浮到鐵液表面熔化燃燒,散發(fā)到空氣中而浪費掉。
球化劑塊度的選擇,是根據(jù)鐵液包的大小即球化鐵液的多少而確定的。
11、球化劑加入量少
球化劑加入量的多少與材質(zhì)的要求、鐵液的含硫量、鐵液質(zhì)量、球化處理溫度、鑄件大小等因素有關(guān)。球化劑加入量少有兩個原因:一是設(shè)計要求加入量本身就少;二是出鐵液量沒有控制好,出的鐵液量超過要求。
12、鐵液氧化
鐵液氧化后含氧量高,由于O和Mg的親和能力很強(qiáng),球化劑中的有效球化元素Mg,首先與O化合生產(chǎn)MgO熔渣,剩余的Mg才起到石墨的球化作用,由于氧損耗了大量的Mg,剩余的Mg不足于保證石墨呈球狀的量,所以球化級別低,球化質(zhì)量差。
防止措施:注意沖天爐低焦(炭)高度,防止鐵液氧化;電爐熔化,不要使用過于氧化的爐料,防止鐵液溫度過高或高溫長時間的保溫,特別是10t大爐熔化鐵液,每次球化處理1t,當(dāng)球化處理后幾包時,由于鐵液在爐內(nèi)的停留時間長,不但鐵液缺少“晶核”,且易氧化。在球化處理后幾包時,先在爐內(nèi)進(jìn)行“預(yù)處理”,添加適量的碳化硅、脫氧劑、增碳劑、硅鐵等進(jìn)行脫氧處理,并適當(dāng)多加一些球化劑。
13、包的深徑比及包坑
?。?)球化包的深度H與直徑D的比例為:H/D=1.5~2。如果用球化包處理半包,則違背高經(jīng)比的初衷。
?。?)球化包的包坑深度,在裝入球化劑和覆蓋劑后應(yīng)尚余20~30mm,鐵液進(jìn)入包坑與覆蓋劑熔融成半固態(tài)物質(zhì),延緩球化劑過早爆發(fā),可以提高M(jìn)g的收得率。
?。?)包底凹坑的寬度,以包底直徑的1/4~1/3為好,投影面積小的凹坑增加了深度,有利于延緩爆發(fā)。
?。?)澆注完畢后及時清理包內(nèi)的熔渣,使每包球化劑裝入凹坑的情況相同。
14、因澆注時間過長等原因而產(chǎn)生的球化衰退
球化衰退的特征是:爐前球化良好,在鑄件上球化不好;或者同一包鐵液,先澆注的鑄件球化良好,后澆注的鑄件球化情況不好。澆注時間過長產(chǎn)生的球化衰退往往還和孕育衰退并存。保證石墨呈球狀化Mg殘量的多少,決定了鐵液的球化質(zhì)量。Mg與O以及S的親和能力很強(qiáng),Mg與O結(jié)合生成MgO而燃燒掉。特別是S,當(dāng)S與Mg結(jié)合生成MgS的熔渣后漂浮到液面,漂浮到液面后MgS熔渣中的Mg,又與空氣中的O結(jié)合生成MgO而燃燒掉,而分離出的S又返回鐵液,又與Mg結(jié)合,鐵液中的S像小船一樣,不停的把鐵液中Mg帶到空氣中燃燒掉,這就叫做“返硫現(xiàn)象”。隨著澆注時間的延長,鐵液中Mg的殘留量越來越少。有資料介紹,隨著澆注時間的延長,每延長1min,鐵液中Mg的燒損為0.004%。
解決措施:如果因故延長澆注時間,可以覆蓋適當(dāng)厚度的保溫劑,減少鐵液與空氣接觸,減少鐵液中Mg的燒損量。另外還應(yīng)采取適當(dāng)?shù)碾S流孕育措施,把已經(jīng)長大并呈畸形(長長后為片狀石墨)的石墨分解或截斷,使其形狀趨于團(tuán)球狀。
15、孕育衰退
通過金相分析可以看到,孕育衰退的金相照片里,石墨球數(shù)量少,球徑大,密度稀,球化級別低,通常鐵素體含量少,珠光體含量增高,并且有碳化物的存在。孕育衰退產(chǎn)生的原因是:孕育劑加入量少,或孕育工藝不完善。 由于鎂的存在是球化的必要條件,而孕育中的元素,是參與石墨化的充分條件,因此只講球化處理而不重視孕育處理,是做不成高質(zhì)量的球墨鑄鐵的。
防止措施:提高孕育劑的加入量;使用含鋇、鈣的長效孕育劑;采取二次孕育、浮硅孕育、隨流孕育的復(fù)合孕育措施。
16、球化包或澆注包潮濕
球化處理沖入鐵液時,水經(jīng)氣化分解產(chǎn)生出氫氣和氧氣,O會中和掉球化劑中的部分Mg,變成了MgO熔渣,不僅降低了鐵液中的含鎂量,還容易使鑄件產(chǎn)生渣孔及氣孔缺陷。
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