關(guān)于高鎳奧氏體球墨鑄鐵充滿度的驗證1C

1、鑄造技術(shù)2009年第9期高銀奧氏體球墨鑄鐵飽和度和碳當(dāng)量的驗證程武超趙新武黨波濤靳寶(西峽縣內(nèi)燃機進排氣管有限責(zé)任公司河南酋峽474500)摘要用不同的飽和度和碳當(dāng)量的鐵液澆注不同厚度的高鐮奧氏體球墨鑄鐵試塊，從金相組 織、力學(xué)性能上對高銀奧氏體球墨鑄鐵的飽和度和碳當(dāng)量進行了驗證。事實證明，飽和度a 超過4.9時，在不同的厚度上仍能得到球化率和力沖性能合格的鑄件。當(dāng)碳當(dāng)量取較高值時, 降低了鐵液的液相線溫度，熔煉溫度隨之下降，反過來乂減少了高溫熔煉帶來的不利影響。 在不產(chǎn)生冷隔的前提下，為降低澆注溫度創(chuàng)造了條件。較高的碳當(dāng)量冇利于凝固過程的石墨 化膨脹所產(chǎn)生的自補縮效果，可以減少縮松和縮孔缺陷

2、。關(guān)鍵詞飽和度球化率力學(xué)性能縮松和縮孔中圖分類號：tg143.5文獻標識碼：a 文章編號：100-8365 (2009) 19-1097-05verification of austenite nodular cast ironsaturation and carbon equivalentcheng wu -chao, zhao xin-wu, dang bo-tao, jin bao(xixia intake & exhaust manifold co., ltd, xixia 474500 china)abstract: austenite nodular cast iron t

3、est block with different thickness were cast from different saturation and ce, and the saturation and ce were verified by microstructure and mechanical properties. it proves that qualified castings with different thickness in nodularity and mechanical properties are still obtained when the saturatio

4、n (a) value exceeds 4.9. adopting high value of ce can low the liquidus temperature of molten iron, which makes the melting temperature decrease, and it conversely reduces detrimental affect for high temperature melting. under the prccondition that no cold shut occurs, it creates conditions to decre

5、ase pouring temperature. higher ce is helpful to improve the self-feeding ability of graphitizing expansion during solidification process, and to reduces casting defects, such as shrinkage and blowhole.keywords: saturation; nodularity; mechanical properties; shrinkage and blowhole高鐮奧氏體球墨鑄鐵是耐高溫、耐腐蝕、抗

6、氧化性能較好的鑄鐵材料。目前已成為排氣 歧管的首選材料，但是受充滿度的影響，不少生產(chǎn)廠家不敢越雷池一步。特別是初次生產(chǎn)這 種材質(zhì)的廠家，試制中一旦出現(xiàn)碎塊狀石墨，就誤認為是充滿度過高造成的。為了獲得較好 的基體組織，總是在充滿度上做文章，結(jié)果適得其反。當(dāng)把a壓的過低的時候，ce隨之f 降，鐵液的流動性下降，縮松、縮孔缺陷更加嚴重；產(chǎn)生了惡性循環(huán)。使這種材料的正確應(yīng) 用受到了影響。據(jù)資料介紹，高鎳奧氏體球鐵中的碳、硅、線含雖必須滿足飽和度公式： a ntc%+0.2si%+0.06ni%式中a稱為飽和度，當(dāng)鐵液中的碳、硅、傑大于某一極限值(飽和度a)時則石墨形態(tài)就 呈碎塊狀分布；奧氏體枝晶發(fā)達，

7、鐵液流動性差，補縮閑難，極易產(chǎn)主縮松、縮孔缺陷。有 資料介紹a不能大于4.4ux2>o木文通過試驗證明飽和度am4.4,其至超過4.9時，在不同厚度 的試塊上仍能得到球化率和力學(xué)性能合格的鑄件。在較高的碳當(dāng)量下由于石墨化膨脹所產(chǎn)先 的口補縮效果，減少了縮松和縮孔缺陷。現(xiàn)以高鎳奧氏體球墨鑄鐵d5s的鑄造工藝為例對 上述觀點進行闡述。作者簡介：程武超(河南湘峽人)，高級工程師,鑄造工藝研究。1材料要求1. 1化學(xué)成分見表1奧氏體球墨鑄鐵化學(xué)成分(d5s) w(%)chemical composition of austenite nodular cast iron (d5s)table 1c

8、%si%mn%ni%cr%cu%p%s%fe%w2.0460.5 1.534.0 361.5 2.5w0.5w0.05w0.03余量注:astm a439-83 cw2.3. din1694j981 cw2.0. iso 2892： 2007 cw2.0.意人利標準 cw2.4.1. 2力學(xué)性能見表2奧氏體球蟄鑄鐵力學(xué)性能(d5s)mechanical properties of austenite nodular cast iron (d5s)table 2抗拉強度rm(min)屈服強度rp(min)伸長率(min)碩度(hbw)>370mpa200mpaam 10%14()19()1

9、. 3理化指標基體組織：奧氏體+少量晶界碳化物+球狀石墨。石墨類型：球狀。石墨大小56。球 化率：2x0%。2工藝分析從表1屮可以看出c在不同國家所定標準是不一樣的。按照飽和度學(xué)說，無論采用哪 個標準，飽和度很容易超過4.4。造成石墨形態(tài)惡化。我們剛開始采丿ij的是din標準，按c w2.0.來配制爐料。si、ni取f限。即便如此，飽和度也在5.0左右。當(dāng)我們生產(chǎn)菲亞特產(chǎn) 品時，按照標準cw2.4。在制定工藝文件時，把c確定在w2.3。生產(chǎn)中實測化學(xué)成分見表 3。按照公式 ce=c%+0.33(si%)+0.047(ni%)0.0055(si%)(ni%)。ce 計算結(jié)果見表 3。按照公式ce

10、=15.7826-0.0096575t, t.的計算結(jié)果見表3。生產(chǎn)中實測化學(xué)成分actual test chemical composition in productiontable 3成分 試驗誨、c%si%mn%ni%cr%cu%p%s%飽和度碳當(dāng)ti1254.201034.201.650.350.0320.0185.044.35118322.204.350.9034.671.720.260.0390.016554.44117432.084.051.0634.351.690.320.0320.0144.954.2711924274.2634.691.820.440.0290.0115()

11、4.39117952.284.501.2035.532.010.320.0410.0095.314.62115669 954.670.6535.281.960.290.0340.0175.304.49117072.204.780.8335.691.780.360.0280.0125.304.52116782.244.511.0735.451.580.470.0270.0155.274.511167從計算結(jié)果可以看出，14次試驗飽和度在4.955.15范圍內(nèi)波動，ce在4.354.44 范f同內(nèi)波動。在1174°c1192°c范圍內(nèi)波動。58次試驗飽和度在5.275.31范圍

12、內(nèi)波 動,ce在4.494.62范圍內(nèi)波動?？谠?156°c1170°c范圍內(nèi)波動。在保證化學(xué)成分的前 提下飽和度相差0.36, ce量相差0.27,溫度相差36度。當(dāng)然廠是推算結(jié)果。在實際生產(chǎn) 中山于采用了較高的碳為量，鐵液的流動性提高了，并口熔煉溫度從最初的1680°c下調(diào)到1620°co在生產(chǎn)渦輪殼產(chǎn)品時共至出爐溫度在1575°c,澆注溫度低于1500°c,殘留鎂量w0.09% （質(zhì)量分數(shù)）的情況下，同樣生產(chǎn)出了金相組織和力學(xué)性能合格的鑄件。3試驗方法3. 1階梯形試塊見圖1。圖1階梯狀試塊figure 1 stepped te

13、st block為了驗證在不同厚度、不同飽和度、不同碳當(dāng)雖、不同溫度下的球化效果和力學(xué)性能, 我們制作了階梯形試塊。試驗在生產(chǎn)高鎳產(chǎn)品吋進行。試塊厚度6mm、12mm 24mm> 36mm。 試塊的球化處理工藝與產(chǎn)品相同（原鐵液碳高，硅低。包底用75硅鐵覆蓋，硅總孕育劑二 次孕育）。出爐溫度1620°c,包頭澆注溫度1530°c,包尾澆注溫度1460°c。飽和度5.19。 碳當(dāng)量4.46。推算岀液相線溫度t11172°co包頭、包尾各澆一箱。隨流孕冇。冷卻示分別 對6mm> i2mm> 24mm、36mm的部位解剖后檢測球化率。任取5個

14、視場取其平均值。見 表4。不同壁厚的球化率nodularity of different wall thickness table 4壁厚6mm12mm24mm36mm包頭（球化率）93878585包尾（球化率）91898883在包尾測試溫度較低的情況下，仍然生產(chǎn)出了 5mm厚的薄壁鑄件。見圖2。圖2高銀產(chǎn)品figure 2 high nickel product從表4包頭、包尾的球化率來看，隨著試塊厚度的增加，球化率有所下降，從圖3的 圖片叮以看到36mm處已有團絮狀石墨出現(xiàn)。但筆者認為這不是充滿度過高造成的。這種 現(xiàn)象符合球墨鑄鐵的凝固規(guī)律。球化處理一旦結(jié)束，球化衰退已經(jīng)開始了，隨著時間的

15、推移 非球狀石墨會越來越多。從表中可以看出球化率隨著厚度的增加而逐漸下降。也可以說當(dāng)殘 留鎂量相同吋，越厚的地方，凝固吋間越長；球化率就越低。由丁包頭的殘留鎂量高，澆注 溫度也高，凝固緩慢。包尾的殘留鎂量低，澆注溫度也低，凝固較塊。使得包頭包尾的球化率在規(guī)定的時間內(nèi)都在要求的范i韋i。以上分析可以這樣認為，殘留鎂最、澆注溫度、凝固時 間、球化率都建立了 一 i對應(yīng)的關(guān)系。包頭6mm樂厚 球化率94%包頭36mm礙厚球化率84%包尾36mm壁厚球化率82%較低的碳當(dāng)量，厚冒口頸（縮松嚴重）較低的碳當(dāng)量，薄冒口頸（沒有縮松）包尾6mm壁厚球化率92%圖3同一包鐵水澆鑄的試塊figure 3 pro

16、duce test block with the same ladle of molten iron32對高碳當(dāng)量的認識按照上述成分設(shè)計，飽和度a是5.19。碳當(dāng)量ce為4.46%。從鑄件加工、解剖和x 光探傷未發(fā)現(xiàn)縮松。為什么飽和度a超過4.4而未出現(xiàn)縮松呢?木文認為飽和度a是受多種 因索影響的數(shù)值，如壁厚人小，溫度高低，合金的用量，合金的選用，凝固速率等。高的 碳當(dāng)最可降低澆注溫度，提高鐵水的流動性，采用多次孕育不但細化了組織，提高了球化率, 而且可以消除縮松。實踐證明，高銀奧氏體球墨鑄鐵具有和普通球鐵類似的凝固特性，同樣 適合采用高溫出爐，低溫澆注，高碳低硅大孕育量的球化處理工藝。利用石

17、墨化膨脹產(chǎn)生的 自補縮效果，特別是在提高冒口徑處的球化率方而，利用均衡凝同技術(shù)唯達到非常滿意的 效果。見圖4。通過前后冒口徑的改變，完全消除了縮松。由于冒口徑厚度的改變，加快了 冒口徑的冷卻速度，便球化率明顯提高。見圖5。通過以上分析可以說髙鐮奧氏體球墨鑄鐵圖4工藝更改前后的比較figure 4 comparison of pre and post technology change的飽和度的理論按現(xiàn)在的球化處理工藝應(yīng)該重新認識。冒口頸球化率78.7% （iso標準）冒口頸球化率89% （iso標準）圖5工藝更改前后的比較figure 5 comparison of pre and post

18、technology change33不同爐料的分析應(yīng)該說高銀奧氏體球墨鑄鐵對爐料的要求是比較嚴格的，特別是對微量元素特別敏感。為了消除微量元索的彩響，配制爐料采川南非生鐵，牛產(chǎn)正常。由于南非牛鐵價格昂貴，圖6冒口放置處figure 6 riser location我們試圖用林州產(chǎn)的q10生鐵。生產(chǎn)過程屮我們發(fā)現(xiàn)在厚壁放置冒口處（見圖6）有片狀 石墨。見圖7。改用南非生鐵后在同一部位也曾發(fā)現(xiàn)有片狀石墨。見圖7。通過加強爐料的 管理，防止蠕鐵、球鐵爐料的混入對防止這種現(xiàn)象的產(chǎn)生起到了一定的作用。后改用優(yōu)質(zhì)廢鋼加增碳劑的方法徹底克服了這種球墨和片墨共存現(xiàn)彖。 八q. j<9. . 勺. &l

19、t; &匚-i <*i _ * - q10生鐵球化率86%（有片墨）南非生鐵球化率90%（有片噩）圖7不同生鐵均冇片狀石墨figure 7 flake graphite exist in all kinds of pig iron34殘留鎂量的影響殘留鎂量的高低對球化效果影響很人，奧氏體球墨鑄鐵的殘留鎂量高多少？低多少？沒冇統(tǒng)一的規(guī)定。只冇霍尼威爾在渦輪殼產(chǎn)品中規(guī)定殘留錢量w0.09% （質(zhì)量分數(shù)）。但從 霍尼威爾的驗收標準屮可以看到厚壁處的碎塊狀石墨，只有在薄壁處才能見到球化率90%（iso標準）的基體組織。事實上要求鐵液中的殘留鎂量w0.09%并保證球化率較高，在工 藝上是有

20、難度的。但是配制鮫高的碳當(dāng)量，能降低液相線溫度；盡而降低了球化處理溫度, 為降低熔煉溫度(出爐溫度)創(chuàng)造了條件。較低的球化處理溫度乂減少了處理過程鎂的燒 損。高的碳當(dāng)最不但提高了鐵液流動性，溫度的降低反過來又促使凝固速率的加快，因此 在殘留鎂量較低的情況下，仍能得到球化良好的金和組織。這個過程是相輔相成的，互為 影響的e性循環(huán)。需要指出的是，澆注過程筋要用硅總孕育劑孕育，孕育劑的質(zhì)量以及微 雖有害元素的含錄都要嚴格控制。線鎂合金和硅鎂合金屮氧化鎂的含雖也要嚴格控制， meo越低越好。使用龍南縣龍鋰重稀土材料有限公司的鎌鎂合金，該合金含鎂量20%,采 用真空熔煉技術(shù)，mgo含量小于0.05%,雜質(zhì)少，成分均勻。球化處理非常穩(wěn)定。3. 5不同厚度的力學(xué)性能見表5在文獻屮講到液相線溫度與抗拉強度的關(guān)系，要保證抗拉強度人于400mpa的概率達 到99%, 1203°c1226°c就是要求的控制范圍。根據(jù)我們在實際生產(chǎn)中測得的碳當(dāng)量最高 達到了 4.62%,此時的液相線溫度在1170°co我們對不同厚度的試塊進行了力學(xué)性能測試, 試棒肓徑8mm。見表5。力學(xué)性能完全達到了材料要求，且抗拉強度超過400mpa的概率達 到了百分之百。不同厚試塊的力學(xué)性能(鑄態(tài))mechanical pro