本厂主要生产牌号为HT250、HT300的汽车发动机缸体和部分汽车用壳体等铸铁产品。近年来,随着原材料价格的不断上涨,特别是生铁价格的大幅上涨,使铸铁产品的成本越来越高。同时,由于大量生铁的长期使用,其遗传作用越来越突出,性能和组织也出现一定的恶化。我厂在缸体类铸铁产品的生产中,通过采用全废钢+增碳剂+合金方案,与原工艺(废钢+生铁+合金)进行对比试制,采用全废钢技术生产的铸铁产品,其力学性能和金相组织均优于原工艺。由于取消生铁的加入,消除了生铁粗大石墨的遗传影响,还改善了铸铁产品的切削性能。
1?试制条件
熔炼设备为6t变频感应电炉,造型方式为湿型砂气冲造型生产线,连续生产。废钢为优质碳素钢,回炉料为同类产品回炉料,孕育剂为锶硅孕育剂,增碳剂为晶体石墨增碳剂,铁合金为硅铁、锰铁。
铁液化学成分控制范围w为:3.20%~3.50%C、1.90%~2.20%Si、0.70%~1.00%Mn、?0.060%P、0.080%~0.15%S、0.30%~0.60%Cu、0.20%~0.40%Cr。
同样的化学成分,熔炼工艺不同、配料不同,铁液的冶金质量完全不同。根据我厂的实际条件,对不同的炉料配比进行了试验,具体的炉料配比见表1。
铁液出炉温度为1450~1500,铁液包容量为1000kg;孕育方式采用包内冲入法,孕育剂加入量为铁液量的0.30%~0.50%;试样在中间包次浇注完铸件后浇注,以确保试棒结果的代表性。
2?试制结果及分析
2.1化学成分
对全废钢技术(废钢+增碳剂+合金)和原工艺(废钢+生铁+合金)两种方案按相同的化学成分进行对比试验,铁液化学成分见表2
2.2?力学性能
力学性能试验采用10t万能强度试验机检测抗拉强度,布氏硬度计检测硬度。对采用全废钢技术生产的铸铁和原工艺两种方案分别进行检测,结果见表3
从两种方案的试验结果可以看出,在碳当量相同的情况下,全废钢技术生产的铸铁产品抗拉强度比普通灰铸铁高15~30MPa,硬度提高10HB左右;而且,其铸件本体硬度更加均匀。结果表明,增加废钢的用量,取消生铁,采用全废钢技术的方案可提高灰铸铁的硬度和硬度均匀性,改善铸件的切削性能。
2.3?金相组织 对两种方案的本体分别取样进行了金相组织分析,本体取样部位为缸体厚大部位,且两种方案的取样部位相同,具体结果见图1、图2
图1?原工艺金相组织
图2?全废钢工艺金相组织
生铁中有许多粗大的过共晶石墨(如图3),这种粗大的石墨具有遗传性,熔炼过程中很难被消除,削弱了铁液在凝固过程中石墨化析出的膨胀作用,增大了铁液凝固过程中的收缩倾向。由于全废钢技术使用废钢+晶体石墨增碳的工艺,晶体石墨增碳剂的原子呈C6的六角晶格几层堆积的状态存在,C原子的扩散速度较快,加快了增碳速度,提高了铁液的石墨化能力,使铁液的收缩性反而变小,减小了铸件产生缩松的倾向。另外,利用硫阻碍石墨长成粗大片状的作用,达到了细化石墨,增加石墨数量,使石墨分布均匀的目的。硫是阻碍石墨化元素,过量会增加白口,因此,硫最好控制在0.08%~0.15%。从金相分析结果可以看出,采用全废钢技术生产的铸铁产品石墨全是A型,并且石墨变得短粗,较好的改善了铸件的切削性能。
图3?生铁石墨形态
2.4?质量情况 采用全废钢技术方案进入批量生产后,对产品质量情况进行了统计,并与原工艺方案对比,具体见表4。
采取全废钢技术方案,取消生铁加入,消除了粗大石墨的遗传性,减少了缩松缺陷的产生。由于大量废钢的加入,提高了铸件的硬度;同时,适当增加硫含量,细化了石墨,使石墨分布更均匀,改善了铸件的切削性能,减少机加过程中的缺料。从质量统计情况可以看出,缩松和缺料缺陷明显降低,产品质量得到提高。
2.5 经济效益分析
采取全废钢技术(废钢+增碳剂)方案生产灰 铸铁,取消了生铁的使用。目前,废钢和生铁的价差约为2000元/t,采取全废钢方案,除去增碳剂的成本,少用1t生铁就可以节约成本约1500元。采用全废钢方案生产灰铸铁产品将会取得可观的经济效益。
3?结论
(1)在灰铸铁的生产过程中,采用废钢+增碳剂的全废钢技术方案,消除了生铁粗大石墨带来的遗传影响;采用晶体石墨增碳,加快了增碳速度,提高了铁液的石墨化能力,使铁液的收缩性变小,减小了铸件产生缩松的倾向。
(2)采取全废钢方案生产灰铸铁,可提高灰铸铁的硬度和硬度均匀性;同时采取提高硫含量(0.080%~0.15%),改善石墨形态,使石墨细化,增加石墨数量和均匀性,较好的改善了铸件的切削性,减少了铸件在机加过程中的缺料缺陷。
(3)利用废钢与生铁的价差,降低了生产成本。
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