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大型球墨鑄鐵機(jī)床鑄造加工處理法
１. 原輔材料選用
?。?）選用優(yōu)質(zhì)高純生鐵。生鐵應(yīng)屬共晶成分，可避免生成過(guò)共晶的粗大石墨。微量元素總量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）≤0.1%，Ti≤0.04%，微量反球化干擾元素的總量＜0.1%。
干擾元素分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是消耗球化元素型干擾元素，例如S；另一類(lèi)是晶間偏析型干擾元素，包括Sn、Sb、As、Cu、Ti、Al等。在共晶結(jié)晶時(shí)，這些元素富集在晶界，促進(jìn)碳在共晶后期形成畸形的枝晶狀石墨。
由于磷既顯著升高塑-脆轉(zhuǎn)變溫度，又強(qiáng)烈降低球墨鑄鐵的上限沖擊吸收功，對(duì)球墨鑄鐵的脆化危害作用主要是形成磷共晶（三元磷共晶、二元磷共晶），所以成為裂紋的發(fā)源地，同時(shí)加劇球墨鑄鐵的縮松傾向。國(guó)內(nèi)產(chǎn)自本溪和林州的生鐵干擾元素少，純凈度高，故適合生產(chǎn)大型球墨鑄鐵鑄件。
?。?）廢鋼選用純凈低錳、低磷、低硫無(wú)鐵銹的碳素鋼，如A3鋼、45 鋼等。
?。?）球化劑選用釔基重稀土球化劑和輕稀土球化劑，輕稀土球化劑包括珠光體球化劑和鐵素體球化劑。
?。? 化學(xué)成分要求
生產(chǎn)高性能厚截面球墨鑄鐵件，選擇適當(dāng)?shù)臓t料是控制鐵液化學(xué)成分的第一步，這對(duì)于控制鐵液的冶金特性是非常重要。生產(chǎn)中S、P屬于限制性元素，要求，wS≤0.015％、wP≤0.03%
過(guò)低的Ｃ含量會(huì)使塑－脆轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間向高溫反向偏移，影響低溫沖擊值。所以在不出現(xiàn)石墨漂移的情況下，盡量取高的Ｃ含量。
碳當(dāng)量的選擇范圍即要保證充分石墨化的要求，又要考慮發(fā)生石墨漂浮的風(fēng)險(xiǎn)。為獲得良好的補(bǔ)縮性能和鍵全的鑄件，一般將其選在共晶點(diǎn)（CE4.3）附近或稍許亞共晶成分。
碳當(dāng)量控制在CE＝4.2%～4.3%，主要調(diào)整C、Si含量基本不變。
３.鐵液的預(yù)處理和過(guò)熱處理
爐內(nèi)預(yù)處理劑是一種含氧、含硫的新型孕育劑。這種孕育劑加人鐵液后，鈰﹑鈣與孕育劑本身所含的硫和氧反應(yīng)，也與鐵液中殘留的硫和氧反應(yīng)。使鐵液中的含硫﹑氧量更低。這些化合物在1500℃左右是穩(wěn)定的，粒度約為1～3μm，密度約為6.5g/cm3。爐內(nèi)預(yù)處理劑基本上呈球形，可以彌散分布于鐵液中，作為石墨的外來(lái)晶核。如果運(yùn)用得當(dāng)，將含硫、氧的孕育劑用于球墨鑄鐵，可以多方面改善球墨鑄鐵的性能。如：
?。?）石墨球的尺寸減小，數(shù)量增多，球化率提高。
?。?）減輕鑄鐵的白口傾向，有利于制造薄壁球墨鑄鐵件。
（3）生產(chǎn)厚壁鑄件時(shí)，可減輕晶間偏析，提高鑄件質(zhì)量。
?。?）生產(chǎn)厚壁鑄件時(shí)，可減輕或防止石墨漂浮。
?。?）減少鑄鐵凝固過(guò)程中的收縮，鑄件產(chǎn)生縮松、縮孔的傾向小。
（6）可減少15%～30%球化劑的加入量，提高鎂的吸收量。
鐵液過(guò)熱溫度1500～1520℃。停電靜置5～10min。
?。? 球化與孕育
?。?）球化處理溫度（1480±10）℃。
?。?）球化處理采用堤壩包內(nèi)沖入法。球化劑加入量1.3%～1.6％。 采用釔基重稀土、珠光體球化劑與鐵素體球化劑各1/3。
?。?）孕育的實(shí)質(zhì)是脫氧、脫硫，形成外來(lái)晶粒，其目的是增加石墨形核能力，細(xì)化晶粒，增加石墨球數(shù)量，增加鐵素體含量。
厚大球墨鑄鐵鑄件的孕育量和孕育方式與一般薄壁球墨鑄鐵鑄件有較大差別，對(duì)厚大球墨鑄鐵鑄件孕育的成敗起著致為關(guān)鍵的作用。
厚大球墨鑄鐵鑄件因?yàn)闈沧?、凝固時(shí)間長(zhǎng)，冷卻速度慢，衰退傾向大，因而更應(yīng)對(duì)其強(qiáng)化孕育。經(jīng)過(guò)多次孕育，尤其是澆注過(guò)程中采用0.1%粒度為0.3～1mm的硫氧孕育劑進(jìn)行瞬時(shí)孕育，效果顯著。
一般球墨鑄鐵件的孕育量在0.3%～0.6%，但對(duì)厚大球墨鑄鐵件的孕育量常在0.7%～1.0%。
孕育溫度（1360～1410℃，總孕育量控制在0.70%～1.20％。
強(qiáng)化孕育是消除厚大球墨鑄鐵件產(chǎn)生球化衰退、石墨漂浮、碎塊狀石墨及反白口的有效辦法。
?。?澆注要求
采用低溫快澆，澆注溫度為（1320±10）℃。如鑄件最大壁厚超過(guò)400mm，澆注溫度取下限。澆注速度（15t澆包）80～100s。
最終測(cè)試各項(xiàng)數(shù)據(jù)（見(jiàn)表2、表3、表4）都獲得了滿(mǎn)意的結(jié)果。
總之，對(duì)于大斷面球墨鑄鐵遵照以上原則，采用三步處理法；即預(yù)處理、球化處理和孕育處理，嚴(yán)格配料、嚴(yán)格管理是制造優(yōu)質(zhì)合格鑄件的關(guān)鍵。
６.鑄造工藝方案設(shè)計(jì)
?。?）工藝方案分析 該件平均壁厚40mm，最大壁厚300mm。附圖所示Ⅰ處長(zhǎng)284mm、壁厚200mm，Ⅱ、Ⅲ處出氣孔φ100mm，內(nèi)腔芯體積約1m3。
工藝難點(diǎn)：①由于Ⅰ、Ⅳ兩處結(jié)構(gòu)對(duì)總體變形量的影響，故而控制總體反變形量較困難。②Ⅱ、Ⅲ兩處出氣困難。③導(dǎo)軌厚度較大，還需保證加工后的導(dǎo)軌硬度。
為此在工藝設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到Ⅰ、Ⅳ兩處對(duì)整體變形量的影響，取反變形量時(shí)，在以往經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上取上限并適量有所增加，并做拉筋A(yù) 共5道。為保證導(dǎo)軌加工后的硬度要求，造型時(shí)在導(dǎo)軌面鋪80mm厚石墨冷鐵，同時(shí)分散內(nèi)澆道。沿長(zhǎng)度方向兩側(cè)布置內(nèi)澆道φ30mm陶瓷管60道，按半封閉式澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)橫澆道和直澆道。
Ⅱ、Ⅲ兩處內(nèi)腔體積較大，并且出氣只有圖示側(cè)面這兩個(gè)圓孔，為保證氣道通暢，在澆注專(zhuān)用芯骨時(shí)預(yù)埋φ10mm吹氧管，造型時(shí)通過(guò)此管用通氣繩將內(nèi)腔和芯頭直接聯(lián)通，造型時(shí)再預(yù)埋出氣繩引氣。
（2） 壓箱力的計(jì)算 抬箱力先按經(jīng)驗(yàn)估算，取4倍鑄件重量約350t，再
按壓強(qiáng)公式精確核算，得出壓箱重量為278.2t，考慮到此件結(jié)構(gòu)并非是抬箱力很大的類(lèi)型，再加上蓋箱本身的重量，因此在蓋箱上壓280t的壓鐵即可。
結(jié)語(yǔ)
此件清產(chǎn)后，總體平直度良好，導(dǎo)軌面最大彎曲量為7mm，完全在鑄造加工范圍內(nèi)?，F(xiàn)已精加工完成，完全達(dá)到圖樣設(shè)計(jì)要求。
?。?）選用優(yōu)質(zhì)高純生鐵。生鐵應(yīng)屬共晶成分，可避免生成過(guò)共晶的粗大石墨。微量元素總量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）≤0.1%，Ti≤0.04%，微量反球化干擾元素的總量＜0.1%。
干擾元素分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是消耗球化元素型干擾元素，例如S；另一類(lèi)是晶間偏析型干擾元素，包括Sn、Sb、As、Cu、Ti、Al等。在共晶結(jié)晶時(shí)，這些元素富集在晶界，促進(jìn)碳在共晶后期形成畸形的枝晶狀石墨。
由于磷既顯著升高塑-脆轉(zhuǎn)變溫度，又強(qiáng)烈降低球墨鑄鐵的上限沖擊吸收功，對(duì)球墨鑄鐵的脆化危害作用主要是形成磷共晶（三元磷共晶、二元磷共晶），所以成為裂紋的發(fā)源地，同時(shí)加劇球墨鑄鐵的縮松傾向。國(guó)內(nèi)產(chǎn)自本溪和林州的生鐵干擾元素少，純凈度高，故適合生產(chǎn)大型球墨鑄鐵鑄件。
?。?）廢鋼選用純凈低錳、低磷、低硫無(wú)鐵銹的碳素鋼，如A3鋼、45 鋼等。
?。?）球化劑選用釔基重稀土球化劑和輕稀土球化劑，輕稀土球化劑包括珠光體球化劑和鐵素體球化劑。
?。? 化學(xué)成分要求
生產(chǎn)高性能厚截面球墨鑄鐵件，選擇適當(dāng)?shù)臓t料是控制鐵液化學(xué)成分的第一步，這對(duì)于控制鐵液的冶金特性是非常重要。生產(chǎn)中S、P屬于限制性元素，要求，wS≤0.015％、wP≤0.03%
過(guò)低的Ｃ含量會(huì)使塑－脆轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間向高溫反向偏移，影響低溫沖擊值。所以在不出現(xiàn)石墨漂移的情況下，盡量取高的Ｃ含量。
碳當(dāng)量的選擇范圍即要保證充分石墨化的要求，又要考慮發(fā)生石墨漂浮的風(fēng)險(xiǎn)。為獲得良好的補(bǔ)縮性能和鍵全的鑄件，一般將其選在共晶點(diǎn)（CE4.3）附近或稍許亞共晶成分。
碳當(dāng)量控制在CE＝4.2%～4.3%，主要調(diào)整C、Si含量基本不變。
３.鐵液的預(yù)處理和過(guò)熱處理
爐內(nèi)預(yù)處理劑是一種含氧、含硫的新型孕育劑。這種孕育劑加人鐵液后，鈰﹑鈣與孕育劑本身所含的硫和氧反應(yīng)，也與鐵液中殘留的硫和氧反應(yīng)。使鐵液中的含硫﹑氧量更低。這些化合物在1500℃左右是穩(wěn)定的，粒度約為1～3μm，密度約為6.5g/cm3。爐內(nèi)預(yù)處理劑基本上呈球形，可以彌散分布于鐵液中，作為石墨的外來(lái)晶核。如果運(yùn)用得當(dāng)，將含硫、氧的孕育劑用于球墨鑄鐵，可以多方面改善球墨鑄鐵的性能。如：
?。?）石墨球的尺寸減小，數(shù)量增多，球化率提高。
?。?）減輕鑄鐵的白口傾向，有利于制造薄壁球墨鑄鐵件。
（3）生產(chǎn)厚壁鑄件時(shí)，可減輕晶間偏析，提高鑄件質(zhì)量。
?。?）生產(chǎn)厚壁鑄件時(shí)，可減輕或防止石墨漂浮。
?。?）減少鑄鐵凝固過(guò)程中的收縮，鑄件產(chǎn)生縮松、縮孔的傾向小。
（6）可減少15%～30%球化劑的加入量，提高鎂的吸收量。
鐵液過(guò)熱溫度1500～1520℃。停電靜置5～10min。
?。? 球化與孕育
?。?）球化處理溫度（1480±10）℃。
?。?）球化處理采用堤壩包內(nèi)沖入法。球化劑加入量1.3%～1.6％。 采用釔基重稀土、珠光體球化劑與鐵素體球化劑各1/3。
?。?）孕育的實(shí)質(zhì)是脫氧、脫硫，形成外來(lái)晶粒，其目的是增加石墨形核能力，細(xì)化晶粒，增加石墨球數(shù)量，增加鐵素體含量。
厚大球墨鑄鐵鑄件的孕育量和孕育方式與一般薄壁球墨鑄鐵鑄件有較大差別，對(duì)厚大球墨鑄鐵鑄件孕育的成敗起著致為關(guān)鍵的作用。
厚大球墨鑄鐵鑄件因?yàn)闈沧?、凝固時(shí)間長(zhǎng)，冷卻速度慢，衰退傾向大，因而更應(yīng)對(duì)其強(qiáng)化孕育。經(jīng)過(guò)多次孕育，尤其是澆注過(guò)程中采用0.1%粒度為0.3～1mm的硫氧孕育劑進(jìn)行瞬時(shí)孕育，效果顯著。
一般球墨鑄鐵件的孕育量在0.3%～0.6%，但對(duì)厚大球墨鑄鐵件的孕育量常在0.7%～1.0%。
孕育溫度（1360～1410℃，總孕育量控制在0.70%～1.20％。
強(qiáng)化孕育是消除厚大球墨鑄鐵件產(chǎn)生球化衰退、石墨漂浮、碎塊狀石墨及反白口的有效辦法。
?。?澆注要求
采用低溫快澆，澆注溫度為（1320±10）℃。如鑄件最大壁厚超過(guò)400mm，澆注溫度取下限。澆注速度（15t澆包）80～100s。
最終測(cè)試各項(xiàng)數(shù)據(jù)（見(jiàn)表2、表3、表4）都獲得了滿(mǎn)意的結(jié)果。
總之，對(duì)于大斷面球墨鑄鐵遵照以上原則，采用三步處理法；即預(yù)處理、球化處理和孕育處理，嚴(yán)格配料、嚴(yán)格管理是制造優(yōu)質(zhì)合格鑄件的關(guān)鍵。
６.鑄造工藝方案設(shè)計(jì)
?。?）工藝方案分析 該件平均壁厚40mm，最大壁厚300mm。附圖所示Ⅰ處長(zhǎng)284mm、壁厚200mm，Ⅱ、Ⅲ處出氣孔φ100mm，內(nèi)腔芯體積約1m3。
工藝難點(diǎn)：①由于Ⅰ、Ⅳ兩處結(jié)構(gòu)對(duì)總體變形量的影響，故而控制總體反變形量較困難。②Ⅱ、Ⅲ兩處出氣困難。③導(dǎo)軌厚度較大，還需保證加工后的導(dǎo)軌硬度。
為此在工藝設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到Ⅰ、Ⅳ兩處對(duì)整體變形量的影響，取反變形量時(shí)，在以往經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上取上限并適量有所增加，并做拉筋A(yù) 共5道。為保證導(dǎo)軌加工后的硬度要求，造型時(shí)在導(dǎo)軌面鋪80mm厚石墨冷鐵，同時(shí)分散內(nèi)澆道。沿長(zhǎng)度方向兩側(cè)布置內(nèi)澆道φ30mm陶瓷管60道，按半封閉式澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)橫澆道和直澆道。
Ⅱ、Ⅲ兩處內(nèi)腔體積較大，并且出氣只有圖示側(cè)面這兩個(gè)圓孔，為保證氣道通暢，在澆注專(zhuān)用芯骨時(shí)預(yù)埋φ10mm吹氧管，造型時(shí)通過(guò)此管用通氣繩將內(nèi)腔和芯頭直接聯(lián)通，造型時(shí)再預(yù)埋出氣繩引氣。
（2） 壓箱力的計(jì)算 抬箱力先按經(jīng)驗(yàn)估算，取4倍鑄件重量約350t，再
按壓強(qiáng)公式精確核算，得出壓箱重量為278.2t，考慮到此件結(jié)構(gòu)并非是抬箱力很大的類(lèi)型，再加上蓋箱本身的重量，因此在蓋箱上壓280t的壓鐵即可。
結(jié)語(yǔ)
此件清產(chǎn)后，總體平直度良好，導(dǎo)軌面最大彎曲量為7mm，完全在鑄造加工范圍內(nèi)?，F(xiàn)已精加工完成，完全達(dá)到圖樣設(shè)計(jì)要求。