10 (P07)姜建柱等－陜西法士特集團鑄造公司－鑄造生鐵對消失模鑄件缺陷的影響

1、鑄造生鐵對消失模鑄件缺陷的影響姜建柱，白忠軍（陜西法士特集團鑄造公司，陜西寶雞722409）摘要：結合生產(chǎn)實際中存在的質(zhì)量問題，通過采用不同生產(chǎn)廠家提供的鑄造生鐵進行工藝試驗，并進行合理的工藝改進，有效地解決了消失模鑄件的D型石墨和縮孔等鑄造缺陷。關鍵詞：微量元素，D型石墨，縮孔Effect of Foundry Pig Iron on the Casting Defects on Lost Foam Casting ProcessJIANG Jianzhu, BAI Zhongjun （Shanxi FAST Group Foundry Company, Baoji 722409, Shan

2、xi）Abstract: With the quality problems in practical production, the technological tests were made by using the foundry pig iron from different manufacturers. And reasonable process improvement was made for an effective solution of the Lost Foam Casting defects such as shrinkage and D-type graphite.K

3、ey wards: Trace element, D-type graphite, shrinkage近年來，生鐵的市場價格不斷上漲，造成鑄造生產(chǎn)成本的明顯增加，各個鑄造生產(chǎn)廠家都在積極的尋求質(zhì)優(yōu)價廉的生鐵用于生產(chǎn)，在鑄造生鐵的選擇方面如果不謹慎，很容易造成消失模鑄件批量質(zhì)量問題。針對這個實際情況，結合我公司的生產(chǎn)實際和一些個人多年工作方面的經(jīng)驗對鑄造生鐵的選用提出一些建議并與同行進行交流。眾所周知，鐵水的熔化是鑄鐵件生產(chǎn)的關鍵工序，所熔化鐵水的質(zhì)量對鑄鐵件的質(zhì)量、尤其是其內(nèi)在質(zhì)量具有決定性的影響。而鑄鐵熔化工序只是爐料簡單的重熔過程，爐料熔化過程中并沒有發(fā)生徹底的冶金反應，鐵水的合金元素與有

4、害元素也就不會有多大的改變。因此，爐料的質(zhì)量最終決定鑄件的質(zhì)量。要從根本上提高鐵水的質(zhì)量，除了采用合理的熔化工藝之外，控制生鐵的質(zhì)量更是提高鑄件內(nèi)在質(zhì)量的關鍵。法士特汽車傳動集團公司是重型汽車變速箱的專業(yè)生產(chǎn)廠家，于2002年就已通過ISO2000質(zhì)量體系認證，采用先進的消失模鑄造工藝生產(chǎn)的離合器殼體與變速箱殼體等薄壁類灰鑄鐵件的質(zhì)量在國內(nèi)同類生產(chǎn)廠家中處于領先地位。在實際生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會遇到石墨形態(tài)不合格以及縮孔等鑄造缺陷，嚴重制約產(chǎn)品質(zhì)量。其中D型石墨超標與縮孔缺陷預防是消失模工藝生產(chǎn)殼體類鑄件質(zhì)量控制工作的重點。1 D型石墨采用消失模鑄造工藝,爐料用1t中頻電爐熔化，按照生產(chǎn)實際和HT

5、200的材質(zhì)牌號要求進行配料，原鐵水檢驗化學成分為：C 3.2%3.5%，Si 1.5%1.8%，Mn 0.6%0.9%。出鐵溫度控制在15701590，使用為粒度0.3mm0.6mm，5mm10mm硅鋇系列復合孕育劑進行孕育，加入量為所處理鐵水總質(zhì)量的0.4%。生產(chǎn)過程中，每天的鑄件金相組織抽查均發(fā)現(xiàn)有超標D型石墨存在。試塊及鑄件本體中D型石墨含量有時高達20%40%，超過企業(yè)標準規(guī)定,金相組織抽查不合格,制約產(chǎn)品質(zhì)量。通過理論分析，首先對孕育處理工藝進行了技術改進，采用不同規(guī)格的孕育劑與不同的孕育處理工藝進行試驗，試驗結果見表1所示。表1 孕育處理工藝試驗試塊金相Tab.1 metallu

6、rgical phase of specimen by inoculation爐次編號石墨形狀石墨大小機體組織結論6-4-2A+C+30%D4級珠光體85%不合格6-4-1A+C+30%D4級珠光體85%不合格6-2-2A+C+20%D4級珠光體85%不合格6-2-1A+C45級珠光體90%合格21-03-15A+50%D4級珠光體95%不合格21-03-23A+C4級珠光體85%合格結果表明，合理的孕育處理工藝在一定程度上能夠減輕消失模類鑄鐵件中的D型石墨，但是仍然存在許多包次的鑄件金相組織不合適。通過進一步對生產(chǎn)鑄件的原鐵水進行光譜分析，發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)生D型石墨的主要原因。檢驗結果見表2所示。表

7、2 原鐵水化學成分光譜分析 /%Tab.2 the results of spectral analysis for base ironCSiMnPSCrNi3.441.800.520.0670.0330.1140.068MoCuTiVSnPb0.0210.0330.0970.0250.0020.001分析結果表明，原鐵水中常規(guī)的五大元素均合格，微量元素中Cr、Ti、Ni元素的含量較高。隨后，對生產(chǎn)使用的純A鑄造生鐵爐內(nèi)重熔取樣，進行光譜分析，檢驗結果見表3所示。通過對表2與表3進行對比，發(fā)現(xiàn)鑄造生鐵中的鈦元素含量非常高（YB/T14-90鑄造用生鐵規(guī)定微量元素Ti0.087%；原鐵水中鉻元素

8、的增加主要由配料廢鋼引入。資料表明，鈦（Ti）元素強烈促進灰鑄鐵中D型石墨的形成。于是，采供低鈦含量的B鑄造生鐵進行工藝試驗。試驗試塊金相組織見表4所示，鑄件中D型石墨如圖1所示，鑄件中A型石墨和圖2所示。 表3 純生鐵化學成分光譜分析 /%Tab.3 the results of spectral analysis for pure pig ironCSiMnPSCrNi4.321.630.230.0680.0310.0240.056MoCuTiVSnPb0.0200.0350.1560.0250.0020.001表4 B鑄造生鐵工藝試驗試塊金相Tab.4 metallurgical pha

9、se of specimen for foundry pig B爐次編號石墨形狀石墨大小機體組織結論C06A+C45級珠光體98%合格C10A+C45級珠光體98%合格C41A+C4級珠光體90%合格C37A+C4級珠光體90%合格C30A+C4級珠光體95%合格C26A+C4級珠光體95%合格B47A+C4級珠光體90%合格C28A+B+C4級珠光體70%不合格C32A+B+25%D4級珠光體90%不合格C42A+B+25%D4級珠光體95%不合格C31A+C4級珠光體70%不合格 圖1 鑄件中D型石墨組織 圖2 鑄件中A型石墨組織Fig.1 D graphitic structure in

10、 casting Fig.2 A graphitic structure in casting使用B鑄造生鐵進行工藝試驗，鑄件中D型石墨的含量明顯減少，在后期的生產(chǎn)過程中,幾乎90%以上的金相組織合格，D型石墨基本消除。目前,輔助合理的孕育處理工藝，鑄件金相組織合格率已長期穩(wěn)定在96%以上。金相組織中D型石墨缺陷基本消除。2 縮孔鑄鋼車間生產(chǎn)的消失模鑄件主要包括離合器殼體（15266-C）和變速箱殼體（18686）系列兩種類型。自2007年6月份以來，在15266離合器殼體與18686變速箱殼體鑄件的熱結部位（見圖3與圖4）相繼出現(xiàn)縮孔缺陷。11月份以后，該種缺陷更加嚴重，并形成一定的批量，嚴

11、重制約了車間的產(chǎn)品質(zhì)量。 圖3 15266離合器殼體鑄件縮孔 圖4 18686變速箱殼體鑄件縮孔Fig.3 shrinkage cavity in 15266 clutch housing casting Fig.5 shrinkage cavity in 1686 clutch housing casting該缺陷集中出現(xiàn)在鑄件厚大部位熱結處，內(nèi)表面粗糙，晶粒組織粗大，缺陷周圍有部分夾雜物，屬于典型的熱結縮孔。消失模鑄造與傳統(tǒng)的砂型鑄造相對比，熱結部位不容易通過冒口進行補縮，該部位更容易產(chǎn)生縮孔，為降低鑄件中的縮孔缺陷，首先在工藝上采取措施，對不同的鑄件，通過控制鑄件的化學成分，澆注溫度，改

12、變澆注負壓和設置補縮冒口等方法，使鑄件的縮孔數(shù)量有了一定程度的減少。但是，效果并不是很明顯，廢品率有時在20%左右。最后，對生產(chǎn)使用的鑄造生鐵進行更換，使用B鑄造生鐵進行熔化配料，結果所生產(chǎn)的鑄件中縮孔數(shù)量產(chǎn)生了明顯大幅度的下降，采用合理的工藝方案后，縮孔廢品率逐步降低到1%以下，生產(chǎn)過程質(zhì)量穩(wěn)定。為了進一步查找鑄件形成縮孔的真正原因，我們就對不同鑄造生鐵的化學成分與金相組織進行認真分析和對比，結果如下。2.1 鑄造生鐵的化學成分鑄造生鐵采用A和B兩種類型，其化學成分分別如表5和表6所示。對純A和B型鑄造生鐵爐內(nèi)熔化后取光譜試樣分析，得到了其成分光譜圖，如圖5所示。表5 A鑄造生鐵 /%Tab

13、.5 chemical composition of foundry pig ACSiMnPSCrNi4.251.500.2720.0740.0280.0240.015MoCuTiVSnPb0.0030.0350.0990.0370.0010.001表6 B鑄造生鐵 /%Tab.6 chemical composition of foundry pig BCSiMnPSCrNi4.421.420.2890.0670.0310.0030.006MoCuTiVSnPb0.0090.0420.0350.0180.0020.001圖5 鑄造生鐵A和B型的光譜分析結果Fig.5 the results

14、of spectral analysis for foundry pig A and B化學成分分析結果表明: 兩種鑄造生鐵中的五大元素差別很小，含量均符合工藝文件規(guī)定。但是，A鑄造生鐵微量元素Cr、Ti、Ni、V元素的含量很高，總含量高達0.175%,超過冶金標規(guī)定的所有微量元素總合i=0.1229%；而B鑄造生鐵中的微量元素Cr、Ti、Ni、V的含量卻很低，總含量僅為0.062%。2.2生鐵的金相組織:生鐵的金相組織檢驗：對生產(chǎn)現(xiàn)場的B鑄造生鐵與A鑄造生鐵抽檢取樣，進行金相分析，發(fā)現(xiàn)B鑄造生鐵的金相組織（500）中機體組織全部是珠光體，石墨片細小完整，組織形貌良好；而A鑄造生鐵的金相組織為

15、珠光體和滲碳體，過冷組織（滲碳體）數(shù)量大于30%，石墨形態(tài)粗大，存在大量的未熔化均勻的團塊狀石墨，其金相組織如圖6和圖7 所示。 圖6 A鑄造生鐵金相組織 圖7 B鑄造生鐵金相組織Fig.6 metallurgical structure of foundry pig A Fig.7 metallurgical structure of foundry pig B2.3 其它通過正交工藝試驗對縮孔的其它影響因素：砂箱的負壓、澆注溫度、鐵水的碳當量和鐵水的保溫時間等進行試驗，分析其對縮孔的影響。試驗結果表明，提高鐵水的爐內(nèi)熔化溫度和保溫時間，保證一定的澆注負壓和合理的鐵水化學成分與澆注溫度，都能

16、有效地減輕消失模類鑄件的縮孔傾向。2.4原因分析綜上所述，在縮孔的形成原因中，鐵水的收縮量和鐵水的流動性對縮孔的形成具有決定性的影響。在對鐵水的化學成分分析中我們發(fā)現(xiàn)鐵水中的微量元素超標，在鐵水的凝固過程中一些高熔點的元素與其化合物在鐵水中形成偏析，加上孕育產(chǎn)生的結晶核心，必然造成鐵水的流動性降低，使灰鑄鐵的凝固方式由層狀凝固向糊狀凝固轉(zhuǎn)變，造成最后凝固的部位得不到有效補縮。另外，從金相組織中，發(fā)現(xiàn)A生鐵的內(nèi)部組織很不均勻，過冷組織偏多，有大量沒有熔化的大塊石墨，產(chǎn)生爐料遺傳，造成過冷石墨，并在鐵水凝固過程中減少了鐵水凝固過程中的石墨化膨脹量，縮孔傾向增加。部分微量元素超標也容易造成鐵水的收縮

17、量加大，使熱結部位縮孔傾向增加。鐵水進入鑄型后，鐵水的溫度迅速下降，最先在鑄件的外圍形成一層硬殼，鐵水在凝固過程中，會發(fā)生液態(tài)收縮與固態(tài)收縮，隨后率先凝固的鐵水由于石墨的析出，會產(chǎn)生一定的石墨化膨脹，當硬殼的固態(tài)收縮量與石墨化膨脹的總合小于硬殼內(nèi)鐵水的液態(tài)與固態(tài)收縮量的總和，又得不到附近鐵水的有效補充時，就會在鐵水最后凝固的部位形成縮孔。3 結論（1）鑄造生鐵中Ti元素超標是消失模類鑄鐵件形成D型石墨的主要原因；（2）除工藝原因外，鑄造生鐵中的石墨形態(tài)異化與微量元素超標，是造成消失模鑄件熱結部位縮孔的主要原因；（3）鑄造生鐵質(zhì)量控制是生產(chǎn)合格消失模鑄件的關鍵。只有在確保生鐵質(zhì)量的前提下,采用合理的鑄造工藝,才能生產(chǎn)出高質(zhì)量的消失模類鑄件。參考資料1 陸文化鑄造合金及其熔煉北京：機械工業(yè)出版社