對熔模鑄造現行制殼工藝的改進和討論

發布日期：2022-04-08

1 孕育量的確定
　　孕育量一般是根據產品的金相組織確定的, 要考慮的金相組織主要有石墨形態及長短、是否出現滲碳體、珠光體含量等。濕型砂是所有砂型中冷卻速度快的砂型, 含水量一般在 3.0%左右, 有些達到 4.0%, 因此, 濕型砂生產灰鐵件容易導致薄壁部位出現滲碳體, 在其它條件不變的情況下, 這成為判定孕育量加入多少重要的依據。我公司曾經遇到這樣的問題, 同樣的原鐵液、同樣的孕育劑在不同的產品上用量相差很大, 從 0.15%到 0.9%不等, 而且加 0.9%孕育量的產品薄壁部位還經常出現滲碳體。即使零件形狀差別再大, 如此大的偏差也是不合常理的, 為此, 我們進行了現場調查, 結果如表 1。
　　由表 1 可知, 產品二每型鐵液的澆重比產品一要少 13 kg, 因此, 同樣多的鐵液澆注時間要延長一倍多。每型鐵液的澆重是沒法改變的, 而不管何種孕育劑, 要保持 37 min 內不衰退也是不可能的, 問題就出在出鐵量這個環節上了。如果減少每包出鐵量并多出兩次鐵, 孕育衰退就可以避免; 或者將孕育后移, 即加大隨流孕育量, 也能解決這個問題。
　　由于出鐵和吊爐料上爐臺是同一臺吊車, 要改變出鐵方式對生產和物流勢必產生較大影響, 于是我們選擇了加大隨流孕育的方式。根據各方面資料介紹, 一般灰鑄鐵孕育量在 0.2%左右就足可以保證孕育良好, 我們則嘗試進行了加大隨流孕育量的試驗, 試驗結果見表 2。
　　由表 2 可知, 增加隨流孕育加入量后, 出鐵槽孕育劑加入量大大降低, 因此, 隨流孕育是解決孕育衰退好的辦法。但隨流孕育加入量太大, 孕育劑有不能溶解的危險, 因此, 我們選擇了出鐵槽 0.3%+隨流 0.18%的方式。相對濕型砂, 樹脂砂對灰鐵件的激冷要小得多, 白口產生的可能性也要少很多, 因此, 確定孕育量主要應該考慮石墨形態及長短, 珠光體含量等。
　　2 關于白口
　　我公司產品經常出現白口, 白口對產品加工性能影響很大, 如何和一直是我們日常工作的重點。產生白口的原因很多, 我們在此拋開零件本身的形狀和型砂水份的影響, 僅就鐵液和孕育方面進行一些探究。 2.1 鐵液質量的影響
　　如果原鐵液白口深度深則產品白口也深, 這是眾所周知的。原鐵液白口深度與生鐵白口的遺傳性、廢鋼加入量的多少以及 w( S) 量的高低有關。在生產過程中, 曾經有一段時間, 由于生鐵緊張, 我們只能用球鐵生鐵來生產灰鐵鑄件, 其 w( Si) 量特別低, 采用原有的孕育方式, 產品白口多且深, 只能用增加孕育量的辦法來白口。
　　多用廢鋼也會導致產品白口增加。而 S 對孕育的作用已經比較清楚, w( S) 在 0.05%~0.1%, 對孕育是有好處的, 當然對減少白口也是有益的; 如果 w( S) 低了, 可以用加硫鐵精礦的辦法來補充, 但 w( S) 是不是低于 0.05%孕育就有問題呢? 我公司曾經在很長一段時間內, 產品中 w( S) 量在 0.02%~0.04%, 也沒有出現孕育不良的問題, 分析認為, 這可能與我公司使用的孕育劑有關。
　　我公司使用的 SiBaCa 孕育劑對高、低 w( S) 量鐵液均有良好的孕育作用, 不過, 為了保證良好的孕育, w( S) 量還是稍高一點好。 2.2 孕育的影響現有的白口能力強的孕育劑主要有含 Sr、RE、Ca 等元素的孕育劑, 一般可確保在 15~ 20 min 內三角試片不出現白口, 這對大多數產品來說已經足夠。不過再強的孕育劑都存在衰退問題, 所以白口的關鍵是鐵液孕育后如何盡快澆注的問題, 而加強隨流孕育無疑又是其中好的辦法。
　　我們的經驗, 只要隨流孕育加入量在 0.15% 左右, 對大多數產品而言, 白口問題基本可以得到解決。
　　3 關于孕育劑
　　市場上銷售的孕育劑品種很多, 應該選擇性價比高又適合自己的孕育劑產品。
　　3.1 75SiFe 75 SiFe 是常采用的孕育劑, 其中的 Al、Ca 對孕育效果有重要的作用。但 75 SiFe 孕育的鐵液衰退很快, 大件生產和流水線澆注爐生產時, 一般不宜選擇。要 A 型石墨形成, 防止薄壁處白口的產生, 加大 75 SiFe 加入量, 有時要達到 1.0%, 但加入量 1.0%不僅增加成本, 而且有可能導致鑄件縮松。因此, 不建議將其作為孕育劑。
　　3.2 含 Sr 孕育劑含 Sr 孕育劑白口的能力很強, 有利于薄壁鑄件中石墨的形態和分布狀況, 使不同厚度處組織的差別更小, 理論上還有縮松的作用[1] 。含 Sr 孕育劑對鋁 w( Al) 、w( Ca) 量有很高的要求因為 Al、Ca 的孕育作用與 Sr 的作用剛好相反。一般要求 w( Al) ≤0.1%, w( Ca) ≤0.3%, 要達到這樣的 w( Al) 、w( Ca) 量, 對 SiFe 進行精煉, 勢必增加含 Sr 孕育劑的生產成本, 所以含 Sr 孕育劑都比較貴, 差不多是 75SiFe 的 2 倍。不過含 Sr 孕育劑的加入量約為 75SiFe 的三分之一, 因而總體來說, 相比 75SiFe 的孕育效果有提高, 經濟上也是劃算的。有資料介紹含 Sr 孕育劑能夠解決產品縮松問題[1] , 然而我公司的生產實踐證明并非如此。我公司生產的一種冰箱壓縮機零件, 在產品的厚大部位偶爾出現縮松( 如圖 1) 。我們曾試過修改澆注系統以增加對產品的補縮, 降低澆注溫度減少產品的液態收縮, 但效果均不明顯。試用含 Sr孕育劑, 加入量為出鐵槽 0.25%+隨流0.15%, 產品石墨等級為 5 級, 薄壁部位無白口, 但解剖厚大部位, 仍存在縮松。產品共晶團數量為 200個/mm2 左右, 比 SiBaCa 的 500 個/mm2 左右確實要少, 說明含 Sr 孕育劑沒有問題, 同時說明含 Sr 孕育劑解決縮松效果是比較有限的, 不可期望太高。
　　3.3 含 Ba 孕育劑
　　含 Ba 孕育劑重要的作用是減緩孕育衰退, 具有很強的石墨化的能力, 可薄壁鑄件中石墨的形態和分布狀況, 進而減少厚薄部位的硬度差。w( Ba) 在 20%～30%的 SiBa 孕育劑, 能顯著降低鑄鐵的白口傾向, 可保持孕育效果的時間增至 30 min 左右, 特別適用于大型鑄件, 而用于小件可能導致產品珠光體量不夠。目前比較廣泛使用的是 w( Ba) 在 2%~3%的含 Ba 孕育劑, 加入量 0.3%左右, 鐵液在 20 min 內孕育基本不衰退, 其價格僅比 75SiFe 貴 1 000 多元, 用量約為 75SiFe 的三分之一, 是值得廣泛推廣的孕育劑。
　　3.4 稀土復合孕育劑稀土孕育劑一般不單獨使用, 經常和 Ba、Ca 合成一種稀土- Ba- Ca 孕育劑, 在保留含 Ba 孕育劑優點的基礎上, 脫氧能力更強, 對高 w( S) 鐵液特別。但這種孕育劑加入量不能過高, 否則產品中 w( RE 殘) 量過高, 可能使鑄鐵結晶時產生過冷, 出現滲碳體組織。使用時須嚴格控制用量, 高用量不超過 0.4%。稀土孕育劑價格也不是太貴, 只比含 Ba 孕育劑稍高, 是值得選擇的一種孕育劑。
　　4 如何控制購買的孕育劑質量
　　孕育劑的質量在生產過程中是有波動的, 而供應商往往是將質量好的和差的摻在一起賣給我們, 那么我們應該如何控制好購買的孕育劑質量呢?
　　4.1 化學檢測通過檢測孕育劑中的 Si、Al、Ca、Ba、稀土等的質量分數可以初步判定孕育劑是否合格, 但這些元素的檢測比較復雜, 需要時間比較長, 一般鑄造廠并沒有這種能力, 因而, 下面的方法更加實用。
　　4.2 目測開袋檢查孕育劑顏色是否正常? 黑渣是否多? 不符合粒度要求的、太粗的或太細的是否過多? 這些問題經常出現, 每次進貨之后要開袋檢查。我公司曾經購買過一批孕育劑, 化學檢測元素合格, 便投入使用, 結果導致 20 多爐產品出現白口及石墨異常。經過檢查發現是孕育劑中黑渣太多, 孕育劑顏色發暗造成的。
　　4.3 現場試用每批孕育劑到廠后, 經上述檢查合格, 我們還要現場試用 3~5 爐, 通過金相分析產品的石墨、白口、珠光體等組織, 與正常生產的產品進行對比, 發現異常立即停用, 可避免批量產品報廢。
　　4.4 供應商的選擇在選擇供應商時, 一般選擇規模大一些并有信譽的供應商, 這樣, 質量比較有保證。有些供應商沒有自己的冶煉爐, 也沒有產品的化學檢驗手段, 只是從他人手中購買大塊的原料進行破碎, 這樣的供應商的質量保證能力很弱。
　　5 孕育不良或過量的危害
　　孕育不良將導致石墨異常, 薄壁部位出現白口, 力學性能低下等問題; 而孕育過量則導致石墨粗大, 珠光體量不足, 力學性能低下等問題。孕育過量一般在工藝試制過程中容易出現, 在正常生產條件下則一般不會出現。2006 年, 我公司把 75SiFe 孕育劑更換成 SiBa 孕育劑, 雖然工藝試驗時已經把孕育量從 1.0%降為 0.6%, 然而客戶反應加工后產品厚大部位仍出現石墨粗大, 直到將孕育量降至 0.4%后產品才恢復正常, 這說明孕育過量或不足對不同的孕育劑是不同的。
　　正常生產條件下孕育不良不會出現, 但在設備出現問題時, 尤其在流水線生產過程中, 用澆注爐澆注鐵液的工藝則經常出現孕育不良。因為在出現設備故障時, 澆注爐中還存放有已經孕育但沒有澆注的鐵液, 隨著故障時間的延長, 這些鐵液將因為孕育衰退而導致孕育不良。在鐵液量不太多時, 我們一般采取在下包鐵液中適當多加孕育劑的辦法來重新孕育; 而如果鐵液量太多, 則只能把澆注爐中的鐵液重新回爐處理。
　　6 孕育劑的貯存與干燥
　　孕育劑放在干燥通風的地方, 回潮的孕育劑烘干后方可使用。每年 3~5 月, 是南方的梅雨季節, 越是通風的地方空氣反而越潮濕, 因此, 這個季節使用孕育劑要更加小心。加在出鐵槽的孕育劑不必烘干, 只須在出鐵前幾分鐘把孕育劑放在出鐵槽包內, 利用余熱把孕育劑烘干即可, 特別注意的是, 加入的孕育劑不可過早, 否則孕育劑有被氧化或粘在包底的危險, 影響孕育效果。隨流孕育裝置和澆注機在一起, 每天可提前把隨流孕育劑放在澆注機的爐臺上自然干燥 1~2 h, 然后再加入到隨流孕育裝置中, 一般不需要專門烘干。有些工廠用壓縮空氣來帶動隨流孕育劑, 要注意壓縮空氣的干燥問題, 否則, 壓縮空氣的水份可能對孕育產生影響。
　　7 結束語灰鑄鐵的孕育對產品質量起著至關重要的作用, 因此要慎重選擇孕育劑種類, 并且要特別注意使用方法, 盡可能把孕育置后以增加孕育效果, 減少孕育劑用量, 穩定產品質量。

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