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          感應電爐熔煉厚大斷面球墨鑄件的實踐 需注意的點

          -----文章引用自"微信公眾號:鑄造生態圈" ;原創作者:齊重數控 袁洪志 


          我公司自主研發的XK2650×40數控雙龍門雙刀架移動銑鏜床是一臺大型高端產品,同時具有車削功能。由于切削力非常大,所以對滑枕要求極高。該鑄件長6000mm,寬800mm,重6.5t,薄壁處厚70mm,主軸孔長800mm,厚200mm,材質QT700-2,屬厚大斷面球墨鑄鐵件。機加工后要求硬度≥200HBW,長度方向的4個面均是導軌,不能有任何缺陷。主軸孔端部有4個Ф80㎜油孔,深600㎜,因此厚大部位不能有心部縮孔、縮松缺陷?;碇虚g部位需鑄入4件尺寸為Ф80㎜×10㎜、長1000㎜鋼管,鋼管的位置固定也很關鍵,并且不能因此而產生裂紋、氣孔等鑄件缺陷。如何滿足強度、硬度等技術要求,要靠造型工藝和熔煉工藝來解決。特別是高牌號厚大斷面球墨鑄鐵件易產生縮孔、縮松、裂紋及硬度低等缺陷,因此要通過試驗才能確定造型工藝和熔煉工藝方案。


          經過分析研究,根據生產經驗和查閱相關資料,決定通過模擬試驗來摸索工藝方案。設計一件和實際鑄件比例相當的鑄件進行試驗,分平做平澆和平做立澆兩種方案進行試驗。厚大部位在砂芯和砂型上鋪放專用石墨冷鐵,進行強制冷卻。設計專用芯骨,將4件鋼管用鋼筋焊接,固定在芯骨上,專用石墨冷鐵也用螺絲固定在芯骨上。立澆時主軸孔在下面,并加300㎜高縮頭,可以將縮孔缺陷移入縮頭內。


          同時進行化學成分和熔煉工藝的試驗,分別試驗銅、銻、鉬合金化的力學性能及產生缺陷的情況。


          1.試驗方法、結果及分析

          平做平澆和平做立澆各試驗3件,使用5t/h中頻感應電爐熔煉鐵液,共澆注6件試驗件。采用呋喃樹脂砂造型、制芯,砂型24h抗拉強度大于1.1MPa。型芯舂實,采用醇基鋯石粉快干涂料。砂芯在平臺上打制,避免變形。原鐵液化學成分見表1,配料為Q10生鐵75%、廢鋼25%,增碳劑為類石墨,純銅板塊度為100~200mm,出鐵前加入到爐內,使用釔基重稀土硅鐵鎂合金球化劑,成分為重稀土wRE=24%、wSi=40%~45%、wCa=5%~8%、wMn=4%~4.5%,Mg=8%,加入量1.8%。沖入法球化處理。孕育劑為75SiFe合金,每件澆注3個試塊。為控制孕育劑加入量,提高球化孕育效果,使用碳化硅進行爐內預處理。試驗件化學成分檢測結果見表2,力學性能及缺陷檢測見表3。




          由表3可以看出,與普通球墨鑄鐵相比,合金化后力學性能大幅提高。銅促進珠光體的生成,并細化晶粒;鉬提高了鑄態球墨鑄鐵的抗拉強度、屈服強度和硬度;銻能穩定珠光體,提高抗拉強度,提高鑄件的綜合力學性能。平做平澆出現了進臟、氣孔及縮孔等缺陷,因為大平面向上,厚大部位主軸孔處于水平位置,無法避免出現各種缺陷。平做立澆解決了這些難題,但因立澆太高而操作不便,型內底部壓力大,易產生粘砂缺陷。而立于地坑內澆注,提高鑄型強度和剛度即解決了這兩個難題。通過試驗可得出結論,平做立澆造型工藝及加銅、鉬、銻合金化的熔煉工藝是保證鑄件技術要求和質量的有效工藝措施。


          2.生產實踐

          通過6件試驗件的試驗過程,確定了平做立澆的造型工藝,基本掌握了合金化QT700-2高強度球墨鑄鐵的熔煉工藝。在正式生產該滑枕鑄件時使用兩臺5t/h中頻感應電爐熔煉鐵液,配備NSP-6000型爐前快速化學成分分析儀,德國M20型直讀光譜分析儀,NSP-305MTX快速測溫儀,OCS-XS(F3)無線傳輸電子吊秤,一個10t球墨鑄鐵專用澆包,共熔煉8.5t鐵液。根據試驗檢測結果,確定了該件的目標化學成分,見表4。


          造型工藝上設計了底注和階梯澆注相結合的有利于均衡凝固的澆注系統和強制冷卻措施,并保證了砂型的強度和剛度,有利于提高石墨化膨脹帶來的自補縮效果,避免厚大部位產生心部縮孔、縮松缺陷。


          通過嚴格的試驗過程和周密的工藝技術準備工作,成功生產了4件滑枕鑄件,經檢測,化學成分和力學性能都達到了機床設計的技術要求。


          3.結語

          通過試驗證明,合金球墨鑄鐵具有非常大的應用潛力,特別是機床向著高精尖方向發展,對關鍵鑄件的強度、硬度及質量要求也越來越高。合理的熔煉工藝和造型工藝方案以及各種工藝措施是保證合金球墨鑄鐵件質量的關鍵所在。


          注意的是,由于銅、銻的熔點低,燒損率高,熔煉過程中應掌握好加入時機,銻燒損率為20%~25%。鉬鐵合金熔點高,可以和錳鐵一起加入爐內。


          在試驗和生產過程中,充分體現了中頻感應電爐的優越性,熔化速度快,成分波動小,便于調整化學成分,鐵液溫度易于控制。爐內預處理技術效果顯著,應大力推廣應用。在國家大力治理環境的大環境下,中頻感應電爐的制造技術和應用技術必將得到全面提高和推進。

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