铸铁的过热处理 (superheating)将熔融的铁碳合金液加热到高于其液相线一定温度,然后降温到浇注温度进行浇注的熔体处理工艺。
在一定温度范围内,提高铁水的过热温度,延长高温静置的时间,都会导致铸铁中的石墨基体组织的细化,使铸铁强度提高。进一步提高过热度,铸铁的成核能力下降,因而使石墨形态变差,甚至出现自由渗联体,使强度反而下降,因而存在一个'临界温度’。
当铁液温度超过1475℃后, SiO2 + C=Si + CO↑反应生成一氧化碳气体,适当时间的静置后,气体沸腾将铁液中的渣粒及气泡带至液面,从而提高了铁液的质量。
灰铸铁过热温度与其强度、硬度的关系为:
A、在1300~1460℃的范围内,随铁水温度的升高,其抗拉强度、布氏硬度值都上升。
B、在1460~1500℃的范围内,随铁水温度的升高,其抗拉强度继续上升,但布氏硬度变化不大。
C、在1500~1600℃的范围内,随铁水温度的升高,其抗拉强度还在上升,但布氏硬度下降。
随着铁水温度的提高其化学成分与含气量发生变化:
在铸铁熔炼中,存在着两个反应:
C+O=CO
Si+O2=SiO2
在一定的化学成分和压力下,两者反应有一个平衡温度,对于含C3.3%,Si2.0%的铸铁,其平衡温度TP为1420℃,在铁水处于TP+50℃,就会发生Si的还原反应:
SiO2+2C→[Si ]+2CO
所以,生产中可观察到,铁水温度越高,硅酸烧损越少,甚至出现增硅现象。
铁水温度的选择,应考虑铸件的壁厚、大小和选择的牌号。
通常壁厚越大,浇注温度和过热温度都可适当调低;而随着牌号越高,碳当量越低,铁水温度就要升高。值得指出:牌号越高,虽然温度要求越高,但是其过热度不但没升高,反而下降,所以,尽管高牌号铸件的浇注温度较高,但其铁水的流动能力不如浇注温度较低的低牌号铸件的流动能力,其原因在于:后者的过热度较前者高。
试验表明:过低的浇注温度会提高气孔的废品率,而过高的浇注温度会增加缩孔的废品率。所以,在该生产条件下,普遍认为最佳浇注温度是1395~1420℃,但是,生产条件各自不同,不能照搬别人的结论。
高温静置时间一般为10分钟,应该根据实际生产条件进行调整。
对于采用废钢+增碳剂生产合成铸铁工艺来讲,适度的高温过热可以使增碳剂、预处理剂等有足够的熔融和扩散动力,增加石墨形核核心,改善石墨形态。可以显著的提高机械性能及加工性能。
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