钇基重稀土蠕化线在蠕墨铸铁制动鼓上的应用.pdf
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1、圆园24/1现代铸铁13张寅.ISO 185:2005 灰铸铁 国际标准解读J.铸造,2016(7):683-686.14林勇传,王凯,何春华,等.氮的添加介质和工艺及添加量对灰铸铁力学性能的影响J.铸造,2019(1):17-22.15翟启杰.氮在铸铁中的作用及含氮高强度灰铸铁J.现代铸铁,2001(2):27-33.16孙冬,张凌峰,熊毅,等.钼铌微合金化灰铸铁材料的研制及其性能研究J.铸造,2020(6):572-576.(编辑:吕姗姗,E-mail:xdzt_)收稿日期:2023-08-29修订日期:2024-01-30作者简介:陈鹏辉(1987.11),江西赣州人,毕业于九江职业技术
2、学院模具设计与制造专业,主要从事铸铁熔炼技术及管理工作。钇基重稀土蠕化线在蠕墨铸铁制动鼓上的应用陈鹏辉1,杨清1,钟伟昌1,陈科2(1.龙南龙钇重稀土科技股份有限公司,江西赣州341001;2.四川赢信汇通实业有限公司,四川成都611332)摘要:介绍了蠕墨铸铁制动鼓的技术要求,详细阐述了制动鼓铸件喂丝相关参数的设定和铈基轻稀土蠕化线生产制动鼓铸件的过程控制以及产生的蠕化衰退问题。在其他化学成分基本不变的情况下,通过采用具有更强的蠕化效果和抗衰退能力的钇基重稀土替代铈基轻稀土蠕化线的措施,使铸件的金相组织符合要求,即:石墨以蠕虫状为主,蠕化率逸50%,没有片状石墨存在,基体以珠光体+铁素体为主
3、,游离碳化物体积分数臆1%,游离碳化物+磷共晶的体积分数臆4%,且力学性能合格。关键词:蠕墨铸铁;制动鼓;蠕化衰退;钇基重稀土中图分类号:TG143.49文献标志码:B文章编号:员园园猿原愿猿源缘(圆园24)园1原园园25原06Application of Yttrium-based Heavy Rare Earth in Vermicular Graphite Iron Brake DrumCHEN Peng-hui1,YANG Qing1,ZHONG Wei-chang1,CHEN Ke2(1.Longnan Longyi Heavy Rare Earth Technology Co.,L
4、td.,Ganzhou341001,China;2.Sichuan Yingxin Huitong IndustrialCo.,Ltd.,Chengdu611332,China)Abstract:An introduction was made on the technical requirements of vermicular graphite iron,detailed description was givento the wire injection-related parameters setting and process control of using cerium-base
5、d light rare earth wire to producebrake drum and problem of vermicularizing degeneration.Under the condition of other chemical compositions being basicallyunchanged,through using Y-based heavy RE having more strong vermicularizing effect and anti-degeneration capacity toreplace Ce-based light RE,mad
6、e the metallurgical structure to meet requirements,graphite was mainly vermicular shape,vermicularizing rate逸50%,no flake graphite,matrix structure being mainly pearlite+ferrite,free carbide臆1%,free carbide+phosphide eutectic臆4%,and the mechanical properties being qualified.Key words:vermicular grap
7、hite iron;brake drum;vermicularizing degeneration;Y-based heavy RE传统的汽车制动鼓为灰铸铁材料,有较好的铸造性、减振性、耐磨性,但在高强度运行环境下,特别是在西部地区使用时,寿命较短,并且制动鼓开裂问题也没有得到很好地解决,而蠕墨铸铁材料的制动鼓则可以提高制动鼓的使用寿命,增加制动的平稳性、可靠性,减轻铸件的自重,实现铸件轻量化,提高引擎燃烧效率,降低汽油消耗率。1技术要求蠕墨铸铁制动鼓铸件材料牌号为 RuT350,抗拉强度逸350 MPa,屈服强度逸245 MPa,伸长率逸1.5%,硬度逸150200 HBW。金相组织要求:V
8、ermicular Graphite Iron25现代铸铁 圆园24/1蠕化率逸50%,石墨以蠕虫状为主,其余为球状或团状石墨,不允许有片状石墨存在,基体以珠光体+铁素体为主,游离碳化物的体积分数臆1%,游离碳化物+磷共晶的体积分数臆4%,铸件结构如图 1 所示。2生产工艺2.1熔炼工艺2.1.1设备条件采用 6 t 中频电炉熔化铁液,选择专用喂丝处理包进行蠕化处理,在湿型砂全自动静压造型生产线造型,以新型喂线球化站作为喂丝平台,采用智能数字化控制系统、环保系统、铁液转运系统为一体的智能互联喂丝系统,实现铁液喂丝蠕化和全自动浇注。2.1.2炉料配比综合考虑生产成本和回炉料库存情况,选用优质废钢
9、和抛丸后的无砂、无锈回炉料,确定炉料配比为 70%废钢+30%回炉料+增碳剂+其他合金。2.2化学成分要求碳含量通过影响石墨形态和基体组织来影响蠕墨铸铁的力学性能,碳含量应控制在 3.60%3.80%;硅具有强烈的石墨化作用,能减少白口的出现,应控制在 2.30%2.50%;硫在蠕墨铸铁中不仅消耗蠕化元素,还严重影响蠕化效果,造成蠕化率不稳定,所以要严格控制其在原铁液中的含量,因此,应控制硫含量臆0.020%;镁在蠕墨铸铁中主要起引爆作用,残余镁的波动对蠕墨铸铁蠕化率的影响很大,残余镁含量高,球状石墨多,蠕化率低,反之,铁液出现蠕化衰退而导致铸件报废,确定残余镁含量为 0.010%0.020%
10、;根据生产经验,确定汽车刹车鼓主要的化学成分如表1 所示。2.3喂丝蠕化和孕育处理工艺2.3.1喂丝蠕化的设备喂线球化站主要由包芯线及包芯线架、进线笼、喂线机、出线导管、喂线平台、包盖部分及其控制系统组成,如图 2 所示。2.3.2喂丝蠕化工艺参数设置(1)包芯线及其加入量的选择包芯线的选择不建议选用高镁含量的包芯线,镁含量过高,球化反应剧烈,镁的烧损多,渣量大,要求包芯线中的 MgO/Mg0.4%,镁是活性的,可以保持良好的蠕化效果。包芯线的制作质量对处理结果的好坏也有很重要的影响。根据汽车刹车鼓铸件的结构特点、生产成本以及客户需求,确定使用龙钇 BXX-R2 蠕化包芯线,包芯线钢带厚(0.
11、4依0.02)mm,每米线重(320依10)g,线径规格13 mm,该蠕化线是铈基轻稀土蠕化剂,包芯线芯粉的化学成分如表 2 所示。根据原铁液含硫量和铸件工艺要求,在保证残留镁含量的情况下,结合试验验证,暂确认蠕化线的加入量为 9 m/t。(2)蠕化包的选择喂线球化处理需要一定的反应深度,需预留蠕化包安全高度 300 mm 左右,因此,选择 4 000kg 的蠕化包,喂线球化处理包高径比大于 2:1。(3)喂丝速度的选择影响喂线速度的主要因素是处理包的尺寸(高/径比)和待处理铁液的质量(也就是铁液的深度),还有铁液处理温度,根据蠕化包芯线熔化机理及生产经验,暂定喂丝速度 24 m/min。2.
12、3.3蠕化及孕育处理采用喂线技术进行蠕化处理,孕育衰退比蠕图 1制动鼓铸件结构Fig.1Structure of brake drum casting元素含量C原3.603.80Si原2.02.2Si终2.302.50Mn0.500.65P臆0.05S臆0.02Sn臆0.02RE0.0300.045Mg0.0100.018表 1汽车刹车鼓铸件主要的化学成分Tab.1Main chemical compositions of automobile brake drumwB/%wB/%蠕墨铸铁Vermicular Graphite Iron26圆园24/1现代铸铁图 2新型喂线球化站结构示意图Fi
13、g.2Sketch of new type wire injectingnodularizing station包芯线包芯线支架喂线平台除尘风管进线笼喂线机出线导管起重链条集尘罩包盖球化包元素含量RE1214Si4046Mg78Ca适量Ba适量Fe适量表 2包芯线芯粉的化学成分Tab.2Core powder chemical compositionsof cored-wirewB/%wB/%化衰退更严重,因此,在这种条件下,孕育衰退决定了浇注时间、浇包的大小及处理铁液量。喂线的加入量对处理后铁液的白口倾向和孕育衰退有很大影响,加入量越大,白口倾向越大,孕育衰退越严重,因此,确定孕育工艺为:一
14、次孕育采用龙钇 BXX-Y2 孕育线,孕育线加入量 9 m/t,喂线速度 20 m/min;二次孕育是在浇注过程将粒度为0.20.8 mm 的粉状硅钡钙孕育剂通过喷粉装置加入。经过一段时间的使用和工艺调整,通过智能互联喂丝系统,采集出炉前、喂线后的化学成分分析结果、铁液温度、质量数据、热分析数据、喂线数据、力学性能数据、金相组织数据等结果,确认优化后的蠕化参数为:蠕化线蠕化剂加入量 9m/t,喂线速度 24 m/min;孕育线孕育剂加入量 9m/t,喂线速度 20 m/min。2.4浇注工艺6 t 中频炉炉熔炼铁液 6 t 左右,两次出铁液,每次定量出铁液 3 t 至蠕化包内,处理温度 1 4
15、901 520 益,通过铁液转运机构送至喂丝站进行蠕化处理,自动喂丝后铁液转运至浇注区,并自动定量倒入浇注机,每包铁液从喂丝蠕化到浇注完成控制在 12 min 内。3生产结果喂丝蠕化处理能够简单、精准地向铁液加入目标元素,降低人为因素导致的质量问题。经过一段时间的生产,随机取一些光谱数据,如表 3所示。对每一包浇注尾铁液的制动鼓铸件进行区分另放,并对其进行金相组织分析,金相结果显示:尾铁液刹车鼓本体金相组织中偶尔出现一定比例的蠕化衰退问题(出现片状石墨),蠕化衰退比例 4%左右,在蠕化衰退铸件中随机选取试样A、B 检测金相组织,如图 3 所示。后来将蠕化线加入量从 9 m/t 增加至 10 m
16、/t,蠕化衰退比例下降至 2%,但始终没有解决蠕化衰退的问题。4蠕化衰退原因分析从出铁液到浇注都是通过铁液转运、自动浇注机来完成浇注,浇注时间严格控制在 15 min以内,查看早期原铁液光谱数据,没有发现硫和其他有害元素偏高的现象,蠕化后的硫也在正常范围内,同时也排除其他反球化元素偏高的可能。从近期光谱残余镁含量来看,残余镁控制在0.01%0.02%,属于合理范围,也排除了镁残余不足导致蠕化衰退的可能。因此稳定生产蠕墨铸铁是有一定难度的,加上包芯线本身芯粉化学成分和质量就存在一定范围的不均匀,也增加了蠕化的不稳定性。经分析,在诸多影响因素中发现浇注时间长是导致蠕化不良的主导因素,因为之前使用的
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