高硫高氮增碳剂在降低灰铸铁缸体铸件废品率上的应用.pdf
《高硫高氮增碳剂在降低灰铸铁缸体铸件废品率上的应用.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高硫高氮增碳剂在降低灰铸铁缸体铸件废品率上的应用.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、铸钢2023年第7 期/第7 2 卷827铸铁FOUNDRY铸造高硫高氮增碳剂在降低灰铸铁缸体铸件废品率上的应用王佳香(昆明云内动力股份有限公司,云南昆明6 50 2 17)摘要:笔者公司生产的某型号灰铸铁缸体,采用低硫低氮增碳剂进行铁液熔炼,铸件废品率较高,主要是气孔、缩陷废品。采用高硫高氮增碳剂和低硫低氮增碳剂按一定比例加入到铁液中,同时提高铁液碳含量,铸件抗拉强度没有降低,气孔、缩陷废品率明显降低,铸件废品率大幅下降。主要原因是高硫高氮增碳剂中氮含量较高,高硫高氮增碳剂的加入使得铁液中氮含量提高,氮能使石墨片长度变短,弯曲程度增加,端部钝化,同时能细化珠光体,强化基体组织,提高了铸件力学
2、性能,这对提高缸体铸件质量、稳定铸件材质、降低生产成本大有好处。关键词:低硫低氮增碳剂;高硫高氮增碳剂;气孔;缩陷;氮元素1灰铸铁缸体铸件熔炼工艺作者简介:王佳香(19 8 9-),女,彝族,工程师,主要从事铸造熔炼和工艺设计工作。E-mail:中图分类号:TG251文献标识码:A文章编号:10 0 1-49 7 7(2 0 2 3)07-0827-06收稿日期:2022-10-08收到初稿,2022-12-10收到修订。缸体是发动机的主要部件之一,随着发动机技术的不断进步,人们对发动机铸件的质量要求越来越高,价格却是越来越低 。这对铸件的质量和成本提出了更高的要求。笔者公司某型号发动机缸体铸
3、件材质是HT250灰铸铁,采用中频感应电炉熔炼铁液,炉料配方为生铁+废钢+回炉料+合金+低硫低氮增碳剂,需要外加增碳剂以满足原铁液的化学成分要求2 ,炉前采用硅钙钡孕育剂进行铁液孕育。废钢加入比例较高,生铁加入比例较低,采用增碳剂增碳,可降低生产成本。增碳剂种类较多,一种是石墨化增碳剂,增碳剂经过石墨化,使其在高温条件下,碳原子的排列呈石墨的微观形态3,石墨化增碳剂中灰分、挥发物、水分、硫、氮含量都大大减少,因生产工艺复杂,成本较高。另一种是燜烧石油焦增碳剂,石油焦未经过高温石墨化处理,硫、氮含量较高,生产工艺简单,成本较低。笔者公司采用的高硫高氮增碳剂属于燈烧石油焦增碳剂中的一种,采用的低硫
4、低氮增碳剂属于石墨化增碳剂的一种。该型号灰铸铁缸体铸件采用低硫低氮增碳剂进行铁液熔炼。2采用低硫低氮增碳剂的缸体铸件废品率现状从表1中可以看出,2 0 2 1年1一3月缸体铸件废品率较高,2 0 2 1年3月铸件废品表1买采用低硫低氮增碳剂缸体铸件废品率Table 1 The rejection rate of cylinder block casting with low sulfur nitrogen recarburizer时间废品率/%气孔废品率/%缩陷废品率/%2021年1月2.911.880.132021年2 月2.962.210.222021年3月4.182.750.69平均值3
5、.352.280.34Vol.72No.72023828铸铁铸造FOUNDRY铸钢率高达4.18%,2 0 2 1年1一3月铸件废品率平均值为3.35%,气孔废品率平均值为2.2 8%,缩陷废品率平均值为0.34%,气孔和缩陷废品占总废品的7 8%,该时期主要废品是气孔和缩陷,高废品率不仅带来巨大的质量损失,还有较高的质量风险。因此要降低缸体铸件废品率,首先要降低气孔和缩陷废品率。3气孔、缩陷缺陷原因分析3.1气孔缺陷原因分析图1为缸体铸件加工后出现皮下气孔的部位图示,在浇注过程中产生的气孔未来得及逸出,停留在型腔内形成皮下气孔。由于导致铸件气孔缺陷的原因很多,每一种气孔类型的形成都不是单一因
6、素作用的结果4。铸件产生皮下气孔原因之一是铁液中含有微量铝0.0 1%0.1%与铸型中水汽发生反应,同时与铸件表皮层凝固速度相结合的结果5。因此,气孔产生的因素有:铁液中的铝元素含量、金属-铸型界面产生的水汽、凝固速度。图1缸体铸件气孔缺陷图示Fig.1 Diagram of gas hole defects in cylinder block casting为查找该型号缸体铸件产生气孔的原因首先分析铸件铁液化学成分,表2 为采用低硫低氮增碳剂熔炼的铁液取光谱试样,采用斯派克直读光谱仪检测铁液的化学成分,从表2 中看出,该铸件铁液中铝含量在0.007%0.009%,而将A1含量控制在0.0 0
7、 5%0.0 1%,对石墨的析出和成长有重要作用,也不会产生针孔缺表2 买采用低硫低氮增碳剂缸体铁液化学成分、抗拉强度、硬度统计Table 2 Chemical composition,tensile strength and hardness statistics of molten iron in cylinder block with low sulfurnitrogencarburizerWg/%编号O,/MPaHBWCSiMnPSTiA11#3.171.780.840.0250.0810.0180.0093101972#3.161.790.840.0230.080.0190.0073
8、162013#3.171.810.840.0230.0720.0190.00831219843.161.800.840.0230.0740.0190.0093042065*3.181.750.810.0220.0730.0190.0073061956#3.181.760.810.0220.0750.0190.0092961957#3.181.750.790.0220.0610.0180.0082931928*3.171.770.820.0230.0640.0190.0072961979*3.171.790.810.0230.0730.0190.00631220010*3.161.830.820
9、.0220.0730.0190.00830619711*3.181.780.830.0230.0770.0190.00929619212#3.171.770.820.0220.0740.0190.007290197平均值3.1711.7820.8230.0230.0730.0190.008303197碳当量CE:3.7 7%陷,因此铁液中铝元素含量不作为主要影响因素分析。型砂水分过高,在浇注过程中会产生大量水汽,也是产生气孔原因之一,该型号铸件采用湿型砂造型+卧浇工艺,铸件水分在2.6%3.0%,满足工艺要求,在此不对型砂水分进行分析。铁液凝固过快,浇注时产生的气孔来不及逸出铁液表面,也容易产
10、生气孔缺陷。适当延缓凝固时间,可以让型腔中的气体在凝固前逸出铁液表面,减少气孔缺陷产生。研究表明,铁液的凝固速度和碳含量有关系,碳含量增加会使铸铁的整体凝固时间延后,铁液中的气体就更容易在铁液凝固成固体前析出而不至于产生皮下气孔。829铸钢2023年第7 期/第7 2 卷铸铁FOUNDRY铸造3.2缩陷原因分析分析该铸件缩陷部位(见图2),表面有凹坑,表面上还粘附一层铁,经分析,凹坑是铁液自浇注温度降至合金结晶温度时产生的体积亏损8-9 ,而凹坑部位粘附的铁是铸件凝固缩陷后期石墨析出膨胀,挤出来的铁液。而且缩陷的部位在铸件的热节部位,属于薄壁与厚大部位交接的地方。图2 缸体铸件缩陷部位图示Fi
11、g.2 Diagram of depression part of cylinder block casting采用低硫低氮增碳剂进行铁液熔炼,铸件碳当量CE平均值3.7 7%,属于亚共晶铸铁,在凝固过程中会析出大量初生奥氏体枝晶,初生奥氏体枝晶生长的同时铁液会发生收缩,枝晶间液体亏损。如果亏损得到冒口、浇注系统的补充或后期共晶石墨化膨胀,能够抵消之前的亏损,就不会产生缩松,否则枝晶间液体亏损最终会形成缩松12 。铁液碳当量CE较低,析出的石墨减少,石墨化膨胀减小,不能够抵消之前的亏损,同时铁液流动性差,补缩能力也会降低,在热节处没有铁液及时补缩,容易产生缩松、缩陷等缺陷。4气孔、缩陷缺陷解决
12、措施通过以上分析,要控制气孔和缩陷缺陷,需要提高铁液碳含量,增加铁液流动性,延长铁液凝固时间,提高铸件补缩能力。从表2 中可以看出,该型号铸件抗拉强度平均值约为30 0 MPa,降低的空间较小,如果在不改变任何因素的前提下提高碳含量可能造成铸件抗拉强度降低,影响铸件力学性能。相关工艺人员利用高硫高氮增碳剂能稳定甚至提高铸件材质性能的特点,提出采用高硫高氮增碳剂对铁液进行增碳处理,同时适当提高铁液碳含量,炉前严密关注三角试块断口情况,确保铸件抗拉强度符合工艺要求。试验方案是将高硫高氮增碳剂与低硫低氮增碳剂按一定比例先后加入到感应电炉中,增碳剂粒度2 5mm,其余配料不变。增碳剂的碳在溶于铁液时,
13、主要通过扩散与溶解这两种方式来实现的113。增碳剂的加入时机影响增碳剂中碳元素的吸收率,电炉内熔化约2 0%的铁液时加入增碳剂,增碳剂分批加入,不能一次性全部加完,在炉料剩余30%以前将增碳剂全部加完,利用铁液的搅拌、翻滚将增碳剂充分溶解,减少增碳剂浮在铁液表面被烧损的几率。通过多次工艺试验的摸索,最终确定增碳剂加入量约为1.6%2.0%,根据配料中废钢加入量的变化增碳剂加入量会随之改变,高硫和低硫增碳剂加入比例为7:3,孕育后铁液碳含量提高至3.3%,同样取12个光谱试样进行化学成分检测,表3是采用高硫高氮增碳剂熔炼铁液化学成分、铸件抗拉强度、铸件硬度。分析表3,高硫高氮增碳剂和低硫低氮增碳
14、剂按一定比例搭配使用铸件碳含量在3.2 7%3.32%,碳含量平均值为3.30 2%,碳含量提高了0.13%,碳当量CE值为3.9 1%,与单纯使用低硫低氮增碳剂相比,铁液碳当量CE提高了0.14%,铸件抗拉强度却能保持不变,铸件硬度也能持平,铸件的材质没有发生明显改变。从表4中可以看出,从2 0 2 1年4月开始采用高硫高氮增碳剂和低硫低氮增碳剂按一定比例搭配使用进行铁液熔炼后,铸件废品率大大降低,2 0 2 1年1一3月的废品率平均值是3.35%,2 0 2 1年4一8 月的废品率平均值是1.9 6%,采用高硫高氮增碳剂后铸件废品率降低1.39%,主要是气孔和缩陷缺陷得到有效控制,气孔和缩
15、陷废品率明显降低,气孔废品率降低1.6 3%,缩陷废品消失。气孔和缩陷缺陷下降的主要原因是高硫高氮增碳剂中含有高含量的氮,高硫高氮增碳剂的加入使得铁液氮含量显著提高,氮能改变灰铸铁石墨形态,强化基体组织,从而提高了灰铸铁力学性能,为铁液提高碳含量提供了有利条件,铁液碳含量提高,铁液流动性和补缩能力得到提高,铸件气孔和缩陷废品率明显下降5高硫高氮增碳剂对灰铸铁铸件组织性能影响的机理分析表5是我公司高硫高氮和低硫低氮增碳剂主要成分检测数据,从表5中可以看出,两种增碳剂的固定碳、水分、挥发物、灰分含量相差不大,主要区别在于硫和氮含量,高硫高氮增碳剂的硫含量比低硫低氮增碳剂高出约10 倍,氮含量高出约
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高硫高氮增碳剂 降低 灰铸铁 缸体 铸件 废品率 应用
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。