⑴促進石墨化的工藝措施是減少鐵液收縮的好措施。
電爐熔煉:增碳技術的應用是解決鐵液收縮的關鍵技術。由于鐵液凝固過程中的石墨析出產生石墨化膨脹作用,良好的石墨化會減少鐵液的收縮傾向,因此,增碳技術是好的工藝。
由于加入增碳劑提高了鐵液的石墨化能力,因此,采用全廢鋼熔煉加增碳劑的工藝,鐵液的收縮傾向反而更小。這是非常重要的一個觀念轉變,傳統的觀念是認為多加廢鋼會鐵液的收縮傾向,這樣我們就容易走入一個誤區,不愿意多用廢鋼,而喜歡多用一些生鐵。
多用生鐵的缺點是:生鐵中有許多粗大的過共晶石墨,這種粗大的石墨具有遺傳性,如果低溫熔煉,粗大的石墨難以消除,粗大的石墨從液態遺傳到了固態,使凝固過程中本來由于石墨析出應該產生的膨脹作用削弱,因此使鐵液凝固過程中的收縮傾向,粗大的石墨又必然降低了材料的性能。因此,與用廢鋼增碳工藝相比,大量用生鐵的缺點就是:①強度性能低。同樣成分做過對比試驗,性能低半個排號。②收縮傾向大。同樣條件下,比廢鋼增碳工藝收縮大。
對于電爐熔煉,增碳技術的核心是使用的增碳劑。采用廢鋼增碳工藝,增碳劑就成為增碳工藝中重要的環節。增碳劑質量的好壞決定了鐵液質量的好壞,增碳工藝能否獲得好的石墨化效果,減少鐵液收縮,主要取決于增碳劑:① 增碳劑一定要選用經過高溫石墨化處理的增碳劑。只有經過高溫石墨化處理,碳原子才能從原來的無序排列變成片狀排列,片狀石墨才能成為石墨形核的好核心,促進石墨化。②好的增碳劑含硫都非常低,w(S)小于0.03%是一個重要的指標。
對于沖天爐熔煉:高溫熔煉是關鍵的技術指標,高溫熔煉可以有效消除生鐵粗大石墨的遺傳性。高溫熔煉可以提高滲碳率,減少配料中的生鐵加入量。以滲碳方式獲得的碳活性好,要比多加生鐵帶來的碳有更好的石墨化作用,反映在鑄件上,就是石墨的形態更好,分布更均勻。石墨的形態好,就會提高材料的性能,包括切削性能,而 石墨化效果好,就能減少鐵液的收縮傾向。

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3、鐵液化學成分對增碳劑增碳效果的影響
3.1硅對增碳劑增碳效果的影響
鐵液中的硅對增碳效果有較大的影響。硅含量高的鐵液增碳性不好。有人讓鐵液中Si的質量分數在0.6%~2.1%的范圍內變化,并添加如表1所示的A,B兩種增碳劑,觀察加入增碳劑后增碳時間的區別,鐵液中Si的質量分數高時,增碳速度慢。
3.2硫對增碳劑增碳效果的影響
正如鐵液中的硅的質量分數對增碳效果的影響那樣,硫的含量對增碳也有一定的影響。用表2中的A增碳劑,在添加前先加入試劑用的硫化鐵,觀察S的質量分數對增碳的影響。當添加硫化鐵、鐵液中S的質量分數為0.045%時,將它與無添加硫化鐵、鐵液中S的質量分數為0.0014%的低硫鐵液相比較,增碳速度要遲緩得多。
4、增碳劑選擇及加入方法
4.1應選擇含氮量少的增碳劑
鑄鐵鐵液中通常的氮的質量分數在100 ppm以下。如果含氮量超過此濃度(150-200 ppm或者更高),易使鑄件產生龜裂、縮松或疏松缺陷,厚壁鑄件更容易產生。這是由于廢鋼配比增加時,要加大增碳劑的加入量引起的。焦炭系增碳劑,特別是瀝青焦含有大量的氮。電極石墨的氮的質量分數在0.1%以下或極微量,而瀝青焦氮的質量分數約為0.6%。如果加入質量分數為0.6%氮的增碳劑2%,僅此就增加了120 ppm質量分數的氮。多量的氮不僅容易產生鑄造缺陷,而且氮可以促使珠光體致密、鐵素體硬化,強烈提高強度。
4.2增碳劑的加入方法
鐵液的攪拌可以促進增碳,因此攪拌力弱的中頻感應電爐與攪拌力強的工頻感應電爐比較,增碳相對困難得多,所以中頻感應電爐有增碳跟不上金屬爐料的熔解速度的可能性。
即使是攪拌力強的工頻感應電爐,增碳操作也不能忽視。這是因為,從感應電爐熔煉的原理圖可知,感應電爐內存在開的攪拌鐵流,在其邊界的爐壁附近還存在著死角。在爐壁停留、附著的石墨團如果不用過度升溫和長時間的鐵液保溫是不能熔入鐵液的。鐵液過度升溫和長時間的保溫,會鐵液過冷度,有加大鑄鐵白口化的傾向。此外,對于在爐壁附近產生強感應電流的中頻感應電爐來說,如果附著在爐壁的石墨團之間鉆進鐵液,在進行下一爐熔煉時,鉆進的金屬被熔化,導致侵蝕和損傷爐壁。因此,在廢鋼配比高,加入增碳劑多的情況下,加入增碳劑要更加注意。

⑵提高原鐵液的硅量,控制孕育量。
灰鑄鐵中的硅一部分是原鐵液中的硅,一部分是孕育帶入的硅。
許多人喜歡原鐵液中的硅低點,然后用很大的孕育量孕育,這種做法并不科學:大量的孕育是不可取的,這會收縮傾向。孕育是為了增加結晶核心的數量,促進石墨化,少量的孕育(0.2%~0.4%)就可以達到這個目的。從工藝控制來說,孕育量應該相應穩定,不能有過大的變化。這就要求原鐵液的硅量也要相應穩定。提高原鐵液的硅量,既可以減少白口和收縮傾向,又能發揮硅固溶強化基體的作用,性能反而不降低。目前比較科學的做法是提高灰鑄鐵原鐵液的含硅量,孕育量控制在0.3%左右,這樣可以發揮硅的固溶強化作用,對提高強度有利,也對減少鑄件收縮有利 。
⑶合金化的方法對鐵液收縮有很大影響。
合金化能有效提高鑄鐵的性能,我們常用的合金元素是鉻、鉬、銅、錫、鎳。
鉻:鉻能有效地提高灰鑄鐵的性能,隨著加入量的增加,性能會一直提高。鉻的白口傾向比較大,這是大家顧忌的問題。加入量太大,會出現碳化物。至于鉻量的上限如何控制,不同的加鉻工藝,上限有所不同,如果鉻加入到原鐵液中,其上限不要超過0.35%,提高原鐵液中的鉻量會使鐵液白口傾向和收縮傾向加大,非常有害。
另一種加鉻的工藝不是提高原鐵液鉻,而是將鉻加入到鐵液包中,用沖入法沖入,這種工藝會大大減少鐵液的白口和收縮傾向,同前一種工藝相比,同樣的鉻量,白口和收縮傾向會減少一半以上,這種加鉻方式,鉻的上限可以控制到0.45%。
鉬:鉬的特性與鉻非常相似。由于鉬的價格昂貴,加鉬會大幅度增加成本。因此,應盡可能少加鉬,多加一些鉻。用沖入法加鉻、加鉬是減少合金化收縮的有效措施。
⑷鐵液澆注溫度對收縮的影響。
溫度高鐵液收縮傾向大,這是大家都有的經驗。要控制澆注溫度在合理的范圍內是非常重要的,澆注溫度如果高于工藝規定的合理的溫度20~30℃,收縮傾向就會大幅增加。生產中要注意這樣一種現象,沒有自動保溫功能的電爐,可能會使鐵液溫度升高,包鐵液的澆注溫度會低一些,隨后溫度會越來越高,如果不加以控制,就有可能產生收縮廢品。生產中包鐵液要燙包,燙好的包再用,而且包鐵液澆注溫度要控制在下限,不要在上限,防止溫度不斷升高。電爐熔煉控制好澆注溫度,是防止鑄件產生收縮廢品的關鍵措施。
⑸鐵液氧化傾向不容忽略:氧化大、收縮大。
鐵液氧化傾向大是非常有害的,也會收縮傾向。為了降低鐵液氧化,沖天爐熔煉就要實現快速熔煉?,F在國外的電爐熔煉技術可以做到加入的鐵料在幾分鐘內快速熔化,大大縮短了鐵料在高溫氧化階段的時間,氧化傾向大幅降低,同時由于電爐增碳技術的應用,使鐵液的氧化進一步降低,所以電爐熔煉也可以生產出低氧化、低收縮的鐵液。只要嚴格控制好澆注溫度,用電爐熔煉生產復雜的缸體、缸蓋鑄件也很有優勢。
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