江蘇常發(fā)集團(tuán)鑄造事業(yè)部成功地對熔煉工藝進(jìn)行了技術(shù)改造，拆除了高能耗高污染的沖天爐，安裝了4臺8t、6臺5t中頻爐。不僅提高了生產(chǎn)效率、鑄件質(zhì)量和成品率，而且改善了環(huán)境，降低了工人勞動強度。在工藝改造的過程中，發(fā)現(xiàn)中頻爐鐵液與沖天爐鐵液的特性存在許多差異。中頻爐熔煉的鐵液純凈度高，鐵液溫度和成分容易控制，但也存在很多不良的特性。我們對實際生產(chǎn)過程中存在的問題進(jìn)行研究，分析了產(chǎn)生缺陷的原因，提出了解決對策。

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中頻爐熔煉鐵液不良特性：①中頻爐鐵液與沖天爐鐵液相比晶核數(shù)量少，過冷度增加，白口傾向大；②在亞共晶灰鑄鐵中，A型石墨數(shù)量極易減少，D,E型石墨增加，并且使D、E型石墨伴生的鐵素體數(shù)量增加，珠光體數(shù)量減少；③具有較大的收縮傾向，鑄件厚壁處易產(chǎn)生縮孔或縮松現(xiàn)象，薄壁處易產(chǎn)生白口和硬邊開裂等鑄造缺陷。具體鑄件的缺陷表現(xiàn)：①單缸機機體、拖拉機箱體壁厚較大處出現(xiàn)縮裂，而且上下型硬度差大于30HBS以上，鑄件應(yīng)力增大；②多缸機缸體出現(xiàn)厚壁處與薄壁處裂紋，齒輪箱蓋、排氣管等小件白口嚴(yán)重，料硬、裂紋比例增大；③飛輪鑄件上表面有縮凹與內(nèi)澆道反縮現(xiàn)象；④大部分鑄件不同程度出現(xiàn)石墨形態(tài)不良，珠光體含量低、力學(xué)性能不合格缺陷；⑤球墨鑄鐵件拖拉機前橋、末端殼體等厚壁處出現(xiàn)“反白口”等。

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中頻電爐正常生產(chǎn)HT200或HT250以上牌號鑄鐵，廢鋼配比正常30%~40%以上，所以硫含量正常為0.02%~0.04%，此時由于硫低共晶團(tuán)數(shù)減少，即成核率很小。隨著硫量增加，共晶團(tuán)數(shù)急劇增加，含硫量為0.06%~0.08%左右時共晶數(shù)增加減緩，分析認(rèn)為由于硫化物含量低，形核能力弱、晶核數(shù)量少，白口增大，A型石墨少，D、E型石墨增加。所以使用增硫劑能有效克服鐵液形核能力弱、晶核數(shù)量少的發(fā)生。一般增硫含量至0.06%~0.08%，此時鑄件金相組織全部為A型石墨，且長度為2~3級經(jīng)孕育后為4~5級，珠光體含量為90%以上，由于成分穩(wěn)定，石墨形態(tài)與基體組織改善，減少了裂紋、縮松、縮孔等缺陷，力學(xué)性能也得到相應(yīng)的提高。在不加其他合金元素的前提下，準(zhǔn)30mm試棒抗拉強度均在250MPa左右，布氏硬度在185~220HB之間，高于HT200要求.

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為了確保鑄件力學(xué)性能必須按合成鑄鐵配料，大量使用廢鋼與回爐鐵，少用新生鐵，同時還要保證化學(xué)成分，因此增碳比例一般在30%以上，對增碳劑選用與使用方法［1］必須謹(jǐn)慎。增碳劑必須選用高溫處理過的石墨型，如使用非石墨型增碳劑，很有可能改變形核能力。形核能力可能過量或不足致結(jié)晶過程發(fā)生變化，碳化物改變鑄鐵金相組織，石墨化度降低，白口深度加大。特別是球墨鑄鐵件必須選用低硫石墨型增碳劑，因為硫不但阻礙球墨化，而且阻礙增碳劑吸收，從而影響球墨數(shù)量。增碳劑的使用必須遵循3個原則：（1）鐵液過熱溫度增碳劑大量吸收一般在1420℃以上，所以鐵液過熱溫度不能太低，一般在1500~1550℃，此時各種化合物基本分解。鑄件力學(xué)性能達(dá)最高值。（2）鐵液攪拌增碳劑與鐵液接觸表面積增大，吸收率又快又高，因此，正常情況增碳劑應(yīng)在熔煉前加入。鐵液表面加入或吊包加入效果非常不理想。（3）時間增碳劑吸收率與時間延長成正比，一般在高溫保溫10min左右就能完全吸收。

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中頻電爐熔煉往往會出現(xiàn)“鐵液等造型”的現(xiàn)象，使鐵液保溫時間過長，從而帶來了不良的影響，即鐵液過純而形核能力差，由此帶來的鑄件易產(chǎn)生縮孔、縮裂等現(xiàn)象。所以在工藝要求中特別強調(diào)“快熔快出”方法，一旦出現(xiàn)鐵液保溫時間過長就使用“提前石墨質(zhì)點”方案，即向保溫鐵液中加入少量按化學(xué)成分配比好的爐料如：新生鐵和廢鋼重新熔煉，讓保溫鐵液提前產(chǎn)生新的石墨質(zhì)點，促進(jìn)形核能力，避免鑄件缺陷的產(chǎn)生。在相同的化學(xué)成分下，中頻爐熔煉的鐵液容易產(chǎn)生D、E型石墨。因為中頻爐鐵液形核能力差、過冷度大、白口傾向大，所以鑄件易產(chǎn)生上下型硬度差值大，加工發(fā)現(xiàn)硬邊，鑄件窗口處或薄壁處易開裂。金相分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)該處均為E型石墨，E型石墨方向性較強、強度低、抗沖擊力性小、硬而脆。特別是亞共晶鑄鐵，強調(diào)加強孕育，并適當(dāng)提高Si/C比。如生產(chǎn)HT200以上4~6mm薄壁件時可略提高“C”含量，同時可以依據(jù)“未溶石墨質(zhì)點理論”即在吊包內(nèi)先加1%~2%新生鐵，有效增加石墨質(zhì)點，但一般不提倡此種方法，因易降低鑄件強度，石墨過于粗大。


拖拉機前橋、末端殼體等球鐵件均為QT450-10牌號，其壁厚不均勻，通常在壁厚處出現(xiàn)“反白口”導(dǎo)致加工不動缺陷，該處金相組織為針狀滲碳體。（1）產(chǎn)生原因由于球墨鑄鐵凝固方式為糊狀，非厚大件一般Si含量為2.4%~3.0%,同時中頻爐熔煉球墨鑄鐵過熱溫度都升至1550℃以上，消除各種化合物與雜質(zhì)，提高球化率為目的，所以促進(jìn)形核能力是由Si含量多少來決定的。上述2種產(chǎn)品厚壁處上表面先凝固，內(nèi)表面后凝固出現(xiàn)Si偏析。缺陷鑄件取樣化驗，上表面Si含量為3.0%，內(nèi)部孔徑處Si含量為2.4%，Si嚴(yán)重偏析導(dǎo)致“反白口”缺陷產(chǎn)生。（2）采取對策①控制原鐵液Si含量，通常在1.1%~1.4%。球化處理時做二次孕育，中頻電爐澆注時做隨流瞬時孕育，終硅量控制在2.8%之內(nèi)；②改變澆注工藝，細(xì)致研究其鐵液流動場與過熱場，縮小型腔內(nèi)鐵液溫度差，不創(chuàng)造Si偏析條件。

中頻爐鐵液要得到合格健全的鑄件，廢鋼要有一定的配比，并且增碳比例在30%以上，CE要略高于沖天爐。）選用石墨型增碳劑，鐵液過熱溫度1500~1550℃，加強攪拌在高溫保溫10min左右。正確使用增硫劑，使鑄件硫含量在0.06%~0.08%之間，形核能力達(dá)到峰值。消除鑄件硬度差值大、硬邊、開裂等缺陷，應(yīng)加強孕育并適當(dāng)提高Si/C比，生產(chǎn)HT200以上薄壁灰鑄鐵件可以試行“未溶石墨質(zhì)點理論”；保溫時間過長的鐵液處理，實行“提前石墨質(zhì)點理論”。消除球墨鑄鐵件“反白口”缺陷，必須控制原鐵液Si含量，并加強孕育，改變澆注工藝，不創(chuàng)造Si偏析條件。

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