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前面已經(jīng)說過,中頻感應(yīng)電爐熔煉鑄鐵工藝對比沖天爐熔煉,除了具有熔化溫度高的優(yōu)勢外,卻有不少缺點,主要有三個方面的問題:一是鐵水過冷傾向較大,極易產(chǎn)生影響材料機(jī)械性能的D、E型石墨;二是鐵水純凈,異質(zhì)結(jié)晶核心較少,導(dǎo)致孕育效果差,在同等成分條件下,鑄件強(qiáng)度偏低鐵質(zhì)偏硬;三是收縮傾向較大,在高牌號灰鑄鐵中錳含量較高時,容易產(chǎn)生顯微縮孔、縮松。
針對上述問題,應(yīng)對的措施是:
1、在熔化后期增加一個高溫保持時間,盡可能使各種爐料熔化的鐵水晶粒均勻,尤其是細(xì)化石墨;
2、適量增加外來異質(zhì)核心(如硫化物),強(qiáng)化孕育效果,促進(jìn)A型石墨的形成;
3、控制高牌號灰鑄鐵的硫、錳含量及其比例,控制回爐料比例,達(dá)到合適成分。
這些措施,對不同結(jié)構(gòu)的鑄件產(chǎn)品是有差別的,需在實踐中掌握。
某公司某日,用電爐熔煉6爐灰鐵HT300鐵水,澆鑄液壓閥G03、G02等產(chǎn)品,經(jīng)解剖內(nèi)部組織發(fā)現(xiàn)大面積顯微縮孔、縮松、縮裂,共830只全部報廢(見附圖)。檢測布氏硬度HBS241,化學(xué)成分C3.27,Si1.78,Mn0.83,S0.087,P0.04。珠光體98%,E形石墨達(dá)80%(A型20%),石墨長度5級。據(jù)有關(guān)人員研究分析,應(yīng)是鐵水材質(zhì)出了問題。
化學(xué)成分分析的結(jié)果,對一般的薄壁HT300鑄件來說似乎是正常的,然而對于液壓閥鑄件(壁較厚)卻出了問題。此缺陷成因:初步判斷是鐵水中MnS的含量過高而引起的鑄件顯微縮孔、縮松、縮裂,也就是說鐵水中的S、Mn含量超出鑄件所適應(yīng)的范圍(對不同鑄件其成分量有差別)。
由于在熔煉中加入了一定量的增S劑,鐵水中的S、Mn含量積累達(dá)到一定程度,就會導(dǎo)致鐵水含S量超出鑄件自身正常凝固結(jié)晶的要求,從而產(chǎn)生此類缺陷。對策:停止加入增S劑,調(diào)整Mn的含量,保證HT300灰鐵的五元素的正常含量,調(diào)整后,缺陷全部消除。
在電爐灰鐵鐵水中通過加入增S劑形成一定量的MnS,作為異質(zhì)核心,提高孕育效果,這從理論來說是正確的,但是近年來大多數(shù)文獻(xiàn)資料所說,電爐高牌號灰鐵的含S量需控制在0.05-0.10%比較合適,然而許多工廠的實踐證明,當(dāng)含Mn量在1%左右時,若鑄件成分分析含S量超過0.05%,鑄件就開始產(chǎn)生縮孔缺陷,當(dāng)含S量超過0.07%時就會發(fā)生批量縮孔,這種現(xiàn)象如何解釋呢?
灰鑄鐵中的S有兩種存在形式,一種是單質(zhì),另一種是化合狀態(tài)的MnS,灰鐵中起結(jié)晶核心作用的硫,主要是化合狀態(tài)的MnS,我們現(xiàn)在的化驗手段(無論是化學(xué)分析還是光譜分析),都只能分析出鑄件和鐵水中單質(zhì)狀態(tài)的S,而以化合狀態(tài)(MnS)存在的S是化驗不出來的。當(dāng)單質(zhì)S含量超過0.05%時,化合態(tài)的S含量就比較高了,此時的鐵水中:
MnO+FeS=MnS+FeO,F(xiàn)eO+C=Fe+CO,或2FeO+C=2Fe+CO2
這時鐵水在凝固過程中就在析出CO或CO2的同時產(chǎn)生部分棕色的MnS粉沫,形成鐵渣反應(yīng)氣縮孔。只要具備一定的條件,這種氣縮孔,不僅在電爐鐵水也在沖天爐鐵水中發(fā)生。其實我們在電爐熔化過程中,已經(jīng)增加了一部分硫,這些硫來自于:
1、由回爐的澆注系統(tǒng)帶來,澆注系統(tǒng)中的硫磷含量遠(yuǎn)高于鑄件中的含量;
2、生鐵中的硫,一般生鐵中的硫含量是不高的,而我們購買的普通生鐵上面都攜帶不同程度的爐渣(拉圾),我們是不會化驗的,但這些拉圾卻含有較高的硫磷,會帶入爐內(nèi);
3、廢鋼和生鐵等爐料的鐵銹,氧化鐵含量較高,進(jìn)入鐵水中會增加硫的吸收率。在這樣的情況下,如果我們再補(bǔ)加硫化鐵來增S,就過分了。實際生產(chǎn)高牌號灰鑄鐵件時,鐵水中的單質(zhì)S控制在0.03-0.05%之間為妥。