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            提高球化率的工藝措施

            發布日期:2022-10-28 15:33:55 作者:admin 點擊:516

            提高球化率的工藝措施

            碳能新材 石嘴山市碳能新材料科技有限公司 2022-10-28 15:23 發表于寧夏

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                國內普通球墨鑄鐵鑄件的球化級別要求達到4級以上,(即球化率70%,)一般鑄造廠達到的球化率為85%左右。近年來,隨著球墨鑄鐵生產的發展,尤其是在風電鑄件生產和鑄件質量要求較高的行業,要求球化級別達到2級,即球化率達到90%以上。筆者公司通過對QT400-15原采用的球化、孕育處理工藝以及球化劑、孕育劑進行分析、改進,使球墨鑄鐵的球化率達到了90%以上。






            1、原生產工藝







                原生產工藝:熔煉設備采用2.0T中頻爐和1.5T工頻爐;QT400-15原鐵液成分為ωC=3.75%~3.95%、、ωSi=1.4%~1.7%、ω(Mn)≤0.40%、ωP≤0.07%、ωS≤0.035%;球化處理所用球化劑為1.3%~l.5%RE3Mg8SiFe合金;孕育處理所用孕育劑為0.7%~0.9%75SiFe-C合金。球化處理采用兩次出鐵沖入法:先出鐵55%~60%,進行球化處理,然后加入孕育劑,再補加其余鐵液。由于球化、孕育采用傳統的方式,用25 mm厚的單鑄楔形試塊檢測得到的球化率一般在80%左右,即球化級別3級。

            2、提高球化率的試驗方案







                為提高球化率,對原來的球化和孕育處理工藝進行了改進,主要措施是:增大球化劑和孕育劑加入量、凈化鐵液、脫硫處理等。球化率仍然采用25 mm的單鑄楔形試塊進行檢測,具體方案如下:

            1)分析原工藝球化率偏低的原因,曾認為是球化劑用量較少,故將球化劑加入量由1.3%~1.4%增加到1.7%,但球化率并未達到要求。

            2)另一種猜測是認為球化率偏低可能是由于孕育不良或孕育衰退引起,因而試驗加大孕育劑量,由0.7%~0.9%增加到1.1%,球化率亦未達到要求。

            (3)繼續分析認為鐵液夾雜較多、球化干擾元素偏高等可能是造成球化率偏低的原因,因而對鐵液進行高溫凈化,高溫凈化溫度一般控制在1 500±10℃,但其球化率仍未突破90%。

             (4) ωS)量高嚴重消耗球化劑量并加速球化衰退,因此增加脫硫處理,將原鐵液ωS)量從原來的0.035%降低到0.020%以下,但球化率也只達到86%。

            以上4種方案的試驗結果如表1所示,楔形試塊的組織和力學性能均未達到要求。

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            3、最后采用的改進方案







            3.1具體改進措施


                原材料采用生鐵、無銹或少銹的廢鋼和回爐料;對原鐵液進行爐外加純堿(Na2CO3)脫硫;采用預處理劑在包內進行預脫氧處理;采用球化劑進行球化處理;采用碳化硅和硅鐵聯合孕育。


             新工藝原鐵液成分控制:ωC=(3.70%~3.90%、ωSi=0.80%~1.20%[鑄件ωSi=2.60%~3.00%]、ωMn≤0.30%、ωP≤0.05%、ωS≤0.02%。當原鐵液ωS)量超過0.02%時,采用工業用純堿進行爐前脫硫處理,因脫硫反應是吸熱反應,要求脫硫溫度控制在1500℃左右,純堿加入量根據爐前熔清時的ωS)量高低控制在1.5 % ~2.5 %。同時,球化處理包采用普通的堤壩式處理包,首先把球化劑1.7%加入包底堤壩一側,扒平壓實,用0.2%的粉末狀碳化硅和0.3%的小塊狀75SiFe先后覆蓋一層,搗實后用壓鐵蓋上,在鐵液包的另一側加入0.3%的孕育劑。出鐵時首先沖入總鐵液量的55%~60%,待球化反應完畢后,加入1.2%75SiFe-C孕育劑后沖入剩余鐵液,扒渣澆注。


            3.2試驗結果


                原鐵液脫硫前后的的成分見表2、表3,25mm單鑄楔形試塊對應的力學性能和金相組織見表4,金相組織中球化率的評定方法采用金相圖像分析系統自動檢測。


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            4、結果分析








            4.1主要元素對球化率的影響

            C、Si 

                C能促進石墨化,減少白口傾向,但ωC)量高會使CE過高而容易產生石墨漂浮,一般控制在3.7%~3.9%。Si能加強石墨化能力,消除滲碳體。Si以孕育劑的方式加入時,可大大降低鐵液的過冷能力。為了提高孕育效果,原鐵液的ωSi)量從原來的1.3% ~1.5%降到0.8%~1.2% ,ωSi)量控制在2.60%~3.00% 。

            Mn

                在結晶過程中,Mn增加鑄鐵的過冷傾向,促進形成碳化物(FeMn) 3C。在共析轉變過程中,Mn降低共析轉變溫度,穩定并細化珠光體。Mn對球化率沒有太大的影響。因受原材料的影響,一般控制ωMn<0.30%。

            P

                當ωP<0.05%時固溶于Fe,難以形成磷共晶,對球鐵的球化率影響不是很大。

            S

                S是反球化元素,S在球化反應時消耗球化劑中的MgRE,阻礙石墨化,降低球化率。硫化物夾渣還會在鐵液凝固之前回硫,再次消耗球化元素,加快球化衰退,進一步影響球化率。為了達到高的球化率,應該使原鐵液的ωS)量降低到0.02%以下。


            4.2脫硫處理

            當爐料熔清后,取樣分析化學成分,當ωS)量高于0.02%時要進行脫硫處理。

            純堿脫硫的原理為:將一定量的純堿置于澆包內,利用鐵液流沖入而攪拌,純堿在高溫下分解,反應式為Na2CO3=Na2O+CO2:生成的Na2O又與鐵液中硫化合生成Na2S,(Na2O)+[FeS]=Na2S +FeO)。Na2CO3分解析出CO2引起鐵液劇烈攪動,促進脫硫過程進行。純堿渣極易流動、很快上浮,脫硫反應時間很短,脫硫后應及時扒渣,否則會回硫。


            4.3預脫氧處理、球化處理及孕育處理

                預處理劑在包內起到預脫氧處理的作用,同時增加石墨形核核心、增加單位面積石墨球數,還可以提高Mg的吸收率,大幅度提高抗衰退能力,提高球化率。

                孕育劑含ωSi =60%~70%、ωCa=0.4%~2.0%、ωBa=7%~11%,其中Ba可以延長有效孕育時間。

                選用合適的球化劑,其ωSi=40%~50%、ωMg=7.0% ~ 8.0%、ωRE=0.3%~1.0%、ωCa=1.5%~2.5%、ωAl<1.0%。

                由于鐵液經過了脫硫和預脫氧處理,鐵液中消耗球化劑的元素大量減少,因此選用了ωRE)量低的球化劑,以減少RE對球狀石墨形態的惡化;起球化作用的元素主要是Mg;CaAl可以起到加強孕育的作用。

                采用碳化硅和硅鐵聯合孕育處理,碳化硅的熔點在1600℃左右,并在凝固時增加石墨結晶晶核,采用大劑量的硅鐵孕育,可以防止球化衰退。

            5、結論







                生產鐵素體球墨鑄鐵,要求球化率達到90%以上時,可以采用以下措施:

            (1)選用優質爐料,減少爐料中的反球化元素。

            (2)選用ωRE)量低的球化劑,減少RE對球狀石墨形態的惡化影響。

            (3)原鐵液的ωS)量應小于0.020%,這樣可以減少球化劑的消耗量,特別是硫化渣二次回硫所消耗的球化元素。

            (4)對鐵液進行預脫氧處理,增加單位面積石墨球數,提高球化率,大幅度提高抗衰退能力,延長有效孕育時間。

            (5)降低原鐵液中ωSi)量,增加球化劑、孕育劑和各種預處理劑的加入量,強化孕育

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