德国球墨铸铁的熔炼和处理技术.docx
德国球墨铸铁的熔炼和处理技术1977年德国所产球铁的64%是由感应电炉熔炼的，15%由热风冲天炉、2.3%由冷风冲天炉熔炼，其余直接用高炉和其他熔炉的铁水处理。德国球铁原铁水的出沪温度一般在1520。C以上。所以双联熔化法在球铁生产中得到广泛应用，主要用于调整冲天炉和高护铁水的化学成分及温度。据笔者在德国考察，即使有直读光谱仪监测，冷风冲天炉熔炼的球铁质量波动也很大，因而冲天炉熔制球铁正逐渐被电炉取代。德国生产的大型球铁件都是采用电炉熔炼，例如THYSSEN公司FWH铸造厂就装有一台65t,两台35t和一台8t工频炉，生产过18Ot重的铸件。一、球铁专用生铁GGG-40铸态球铁约占德国球铁总产量的70%。为保证铸态到达要求性能，仅把含镒量低作为质量标志已远远不够，更重要的是要求千扰球化元素和稳定珠光体元素的含量低而且稳定。德国高炉生产的球铁专用生铁的成分见表1,其微量元素及其含量不大于以下数量。生产厚大断面球铁要特别住意炉料中千扰球化元素Ti,Pb,Sb,Bi,促进碳化物元素B,V,Cr和稳定珠光体元素Mn,Gu,Sn的含量。德国在炉料配比中，生铁所占比例已从1960年的32%下降到1987年的16%,相反废钢由18%上升到39%o二、化学成分选择表2近似给出了球铁原铁水的化学成分，括号中的数字是可能使用的合金元素含量。德国球铁的碳当量一般为4.24.3%。当铸件模数M)较小时，铸态无碳化物存在所需碳当量的最小值可按此经验公式确定：为了降低所需的过热温度，减小铁水收缩倾向，在一样碳当量情况下，应采用尽可能高的碳和低的硅。所以普通球铁的含5i量不超过2.6%；特殊球铁GGG-35.3和GGG-40.3的含Si量不超过2.100/ae随着Si%XSc(共晶度)乘积的增加(一般球铁不超过3.0,石墨球数量和生成铁素体倾向亦增大。在通常GGG-4o的化学成分范围内，若镒含量小于0.7%,铸态铁素体球铁中珠光体数量主要不是由镒，1是由微量元素锡、辂和残余镁量确定。关于伴随元素和干扰元素对上述球状珠光体数量的影响有如下经验公式：珠光体量(%)=-2.45768.(%Sn)-5',2(%Si106.(%Mg)-142.(%C0)138.(%Cr)549(%N)101.(%A1)51.6(%P)德国铁素体球铁的含镒量一般为0.1-0.2%,珠光体球铁为0.3-0.4.普通球铁的含磷量保持在0,08%以下，高韧性球铁则要求低于0.05%o原铁水含硫量一般要求小于0.02%,否则要开展脱硫处理。MG残取决于铁水停留时间和铸件壁厚，一般为O.02-w0.08%,为抵消于扰元素的影响.大部分球化剂中含有约1,0%的稀土元素。各种干扰和伴随元素的最大允许含量取决于铸件壁厚，如果低于表3给出的含量，则可不加稀土元素。三、球化处理德国采用改良的中间包处理球铁工艺，镁的吸收率可达60%,镁燃烧生成的烟气减少80虬因此其应用较广泛。钟罩法在大型球铁件生产中广泛采用，如FwH厂就用此法生产。该法处理铁水效果稳定，镁的吸收率高，增硅量只有0.2-0.5%由于球化反应强烈，有利于反应物上浮。但处理过程中热量损失较大，所需时间较长。钟罩法所用球化剂按重量以块状形式供货，其化学成分见表4。适合于冲入法的球化剂成分见表5,其中V1.63(s)和V1.53(s)的稀土量很高，用于处理冶金质量特殊的铁水。球化处理的须往意原铁水中钦的含量，随着钛含量增加,实现完全球化所需的Mg含量也上升。当Ti大于0.05%时，将强烈地阻碍球状石墨形成，并减少石墨球数量。最有害的是钛会降低其他干扰元素的临界值，从而增大其危害性。但其不利影响可通过球化剂中含有的铀抵消。四、孕育处理德国通用的球铁孕育剂除普通FeSi外，FeSi-Zr和FeSi-Mn-Zr亦有广泛应用。常见的孕育剂的化学成分见表6Z1.80是一种应用广泛，孕育衰退慢的孕育剂，有不同的熔点可洪选择。Zircograf熔解速度快，可用于各种孕育工艺。球铁孕育剂的含铝量应小于1%,粒度不超过8mni。适宜的孕育处理温度为14001480从孕育处理到浇注完成的时间一般不超过5分钟。多次孕育最适合于球铁的生产，为此单件小批生产的大中型铸件都采用浇口盆孕育，机器造型的小型铸件1采用型内孕育或随流孕育工艺。孕育块埋在浇口盆中或直浇道底部，操作简便。一般浇包孕育时孕育量取0.4'0.5%,如果还要开展二次孕育，浇包孕育量最多0.3%O浇口盆或型内孕育量为0.1-0.2%,如果孕育量太大，反而会造成“过孕育”缺陷，如石墨漂浮，缩孔缩松等。五、铸态与热处理GGG-35.3和GGG-80这两种球铁对大型铸件投有应用意义，前者的性能必须经过铁素体化退火才能到达。其余牌号的球铁既可铸态，也可通过热处理方法生产生产铸态球铁时，必须考虑铸件在型内的冷却速度，严格控制化学成分，防止铸件出现严重成分偏析。生产铸态铁素体球铁，特别是须保证冲击功的高韧性球铁。必须使用含微量元素及镒低的特种生铁。GGG-40.3要求其铁素体晶粒细小而均匀，故对炉料及熔炼处理技术的要求严格;如果铸件壁厚相差大或基体中珠光体量超过10%o通常也要开展热处理。调整铁素体和珠光体混合基体组织的球铁GGG-50的性能，比起GGG-40或GGG-70和GGG-80要复杂得多，因为化学成分及工艺参数的微小波动都会导致基体组织产生区别。要在大型铸件的不同壁厚得到一样数量的珠光体尤为困难。所以在设计要求许可的情况下，应尽量采用GGG-40或GGG-60代替GGG-50。基体以珠光体为主的GGG-60-一般用铸态方法生产。GGG-7D要求细片状珠光体基体，对厚壁铸件只有通过参加稳定珠光体元素，才能在铸态生成这种组织。用热处理方法生产GGG-70以上牌号，同样受到铸件壁厚限制，为保证铸件性能，有时还需同时参加合金元素。六、合金化为了铸态生产球铁GGG-60到GGG-80,必须参加稳定珠光体的合金元素铜或锡或者采用较高的镒含量，实际生产中通常是参加铜。获得珠光体基体所必需的铜含量取决于铸件壁厚和原铁水的镒含量，镒量增加可以降低铜的参加量，却增大生成碳化物的倾向。铸件参加铜还可以减少壁厚敏感性的影响。锡对生成珠光体的作用约比铜强10倍，锡镒结合生成碳化物的倾向比铜镒结合强烈。如超出实现全部珠光体组织所需的锡含量，球铁的抗拉强度反而下降，这是锡在晶界偏析所致。所以往往参加稳定珠光体作用较弱的镇来生产铸态珠光体球铁，尤其在生产厚壁大型球铁件时更是如此。在对铸件的耐热性有特殊要求时，才参加铝合金。我在德国三家铸造厂所见到的球铁大都用铸态方法生产，只有个别铸件才开展消除内应力退火，其实际选择的化学成分（平均值）见表7oEB厂采用一样成分的原铁水，按不同牌号和铸件壁厚，直接将纯铜粒冲入铁水包，稳定而简便地生产多种铸态密烘球铁,其性能高于DIN标准类似牌号。七、铁水质最检测及调整德国铸造厂都配备了直读光谱仪，所用试样为在铜模中浇出的激冷片。一般厂只测定14-16种元素，大型铸造厂要测定25种元素，有时还检测氧含量。有的厂还同时采用燃烧法准确测定铁水的含碳量和含硫量，在60-150秒内即可得出分析结果，用以修正光谱分析数值。热分析仪广泛用于炉前检测铁水质量，可以记录铁水冷却曲线和打印分析数据，测定含碳量比光谱仪情确，但含硅量的精度不如光谱仪。根据测出的铁水过冷度，可以判断铁水冶金质量的优劣。出铁槽铁水温度一般采用辐射式高温计连续检测、自动显示和记录。感应电炉直接用诀速微型热电偶测温。德国铸造厂在工频炉熔炼过程中很住重增碳工艺。常用增碳剂有24种，对其含硫量和灰分含量育严格要求。为保证增碳效率，应在1430-1500。C温度范围内，尽量在铁水含硅量较低时增碳。Sic用于出铁前快速调整碳硅量并具有增加晶核作用。有的厂在冲天沪铁水出铁时参加量硅铁或碳粉开展孕育或调整成分。超声检验在一般铸造厂已成为例行检验项目，除用于检侧铸件缺陷外，还可判断石墨形态。检验球化效果最可靠的方法还是快速金相法，密烘铸铁厂广泛应用此法。
