Контроль плавки чугуна при изготовлении крупногабаритных деталей из литого ферритного высокопрочного чугуна
1. Выбор сырья
Для производства ферритного высокопрочного чугуна крайне важно выбирать высокочистое сырье. Содержание Si, Mn, S и P в сырье должно быть низким (Si<1.0%, Mn<0.3%, S<0.03%, P<0.03%), а содержание некоторых легирующих элементов, таких как Cu, Cr и Mo, должно строго контролироваться. Многие микроэлементы, такие как вольфрам, сурьма, олово, титан и ванадий, наиболее чувствительны к сфероидизации. Титан оказывает большое влияние на сфероидизацию, и его содержание необходимо контролировать, однако высокое содержание титана является характерной чертой чугуна в нашей стране и в основном связано с металлургическим процессом его производства.
2. Обессеривание
Содержание серы в расплавленном железе определяет количество добавляемого сфероидизирующего агента. Чем выше содержание серы в расплавленном железе, тем больше сфероидизирующего агента добавляется, иначе невозможно получить отливки с хорошей сфероидизацией. Содержание серы в расплавленном железе перед сфероидизацией контролируется на уровне ниже 0.02%. При высоком содержании серы в расплавленном железе перед сфероидизацией необходимо провести десульфуризацию.
- Обработка сплавом молибдена:
Для легирования молибденом используется вихретоковый метод, а количество добавки контролируется в диапазоне 0.5–1.0%, регулируясь в зависимости от конечного содержания молибдена. Для обеспечения эффективного поглощения молибдена необходимо строго соблюдать требуемый размер частиц сплава.
- Сфероидизирующий агент и сфероидизирующая обработка
При производстве толстостенных и крупногабаритных деталей из высокопрочного чугуна для повышения устойчивости к деградации в сфероидизирующий агент добавляют определенную долю тяжелых редкоземельных элементов. Это позволяет не только обеспечить содержание магния для сфероидизации, но и увеличить количество тяжелых редкоземельных элементов с высокой устойчивостью к деградации, таких как иттрий. Согласно испытаниям и производственной практике многих отечественных заводов, использование комбинированного сфероидизирующего агента на основе рения, магния и тяжелых редкоземельных элементов на основе иттрия является оптимальным решением для производства толстостенных и крупногабаритных деталей из высокопрочного чугуна. Использование этого сфероидизирующего агента также показало хорошие результаты в реальном производстве и применении на наших литейных предприятиях. Согласно соответствующим данным, сфероидизирующая способность иттрия уступает только магнию, но его устойчивость к деградации значительно выше, и он не подвергается повторному серосодержанию. Иттрий можно добавлять в избытке, и при хорошем внесении углерода цементит не образуется. Кроме того, иттрий и фосфор могут образовывать включения с высокой температурой плавления железа, которые восстанавливают и диспергируют эвтектику фосфора, тем самым дополнительно улучшая удлинение ковкого чугуна. В процессе сфероидизации, для повышения скорости поглощения магния, контроля скорости реакции и улучшения сфероидизирующего эффекта, используется уникальный процесс сфероидизации. Контроль сфероидизации в основном заключается в контроле скорости реакции, а время сфероидизирующей реакции составляет около 1 минуты.
Для этой цели используется комбинированный сфероидизирующий агент, состоящий из сфероидизирующего агента со средним и низким содержанием Mg, сфероидизирующего агента на основе Re и тяжелого редкоземельного элемента на основе иттрия, а количество добавляемого сфероидизирующего агента определяется в зависимости от остаточного количества Mg.
Предотвращение снижения сфероидизации: Причина снижения сфероидизации связана, с одной стороны, с уменьшением выхода элементов Mg и RE из расплавленного железа, а с другой стороны, с непрерывным снижением эффекта инокуляции. Для предотвращения снижения сфероидизации принимаются следующие меры: А. В расплавленном железе должно поддерживаться достаточное содержание сфероидизирующих элементов; В. Снижение содержания серы в исходном расплавленном железе и предотвращение его окисления; В. Сокращение времени пребывания расплавленного железа после сфероидизации; Г. После сфероидизации расплавленного железа и удаления шлака, для предотвращения выхода элементов Mg и RE, поверхность расплавленного железа может быть покрыта защитным составом для изоляции воздуха и уменьшения выхода элементов.
3. Инокулянт и обработка инокулятом
Сфероидизация является основой производства высокопрочного чугуна, а инокуляция – ключевым фактором. Эффект инокуляции определяет диаметр, количество и округлость графитовых шариков. Для обеспечения эффекта инокуляции применяется многоступенчатая обработка. Чем ближе инокуляция к отливке, тем лучше эффект. От инокуляции до отливки проходит определенное время. Чем дольше это время, тем сильнее снижается эффективность инокуляции. Для предотвращения или уменьшения снижения эффективности инокуляции применяются следующие меры:
А. Используйте инокулянты длительного действия (кремниевые инокулянты, содержащие определенное количество бария, стронция, циркония или марганца);
Б. Использовать многоступенчатую обработку инокуляцией (плавающая силиконовая инокуляция, инокуляция в упаковке, инокуляция в перевернутой упаковке, проточная инокуляция и т. д.);
C. Постарайтесь сократить время от инокуляции до разлива.
Количество добавляемого инокулянта контролируется в диапазоне 0.6–1.4%. Слишком малое количество инокулянта напрямую приведет к плохому эффекту инокуляции, а слишком большое количество — к появлению включений в отливках.
4. Контроль процесса литья
Заливка должна осуществляться по принципу быстрой заливки и равномерного впрыскивания. Для улучшения равномерности мгновенного впрыскивания и предотвращения попадания шлака в полость, общий объем емкости сопла должен быть равен общему весу отливки. При заливке необходимо поместить закваску в емкость сопла и впрыснуть весь расплавленный чугун в сопло одновременно, чтобы обеспечить полное смешивание расплавленного чугуна и закваски, затем соскоблить поверхностный шлак и поднять сопло, чтобы остановить заливку.
5. Принципы контроля процесса литья
1) Рациональный процесс литья является решающим фактором.
2) Контроль времени затвердевания в процессе литья. Принцип заключается в размещении холодного чугуна в толстостенной части для регулирования температурного поля и ускорения затвердевания расплавленного чугуна. (Некоторые заводы в той же отрасли используют процесс принудительного охлаждения, то есть используют холодный чугун, а затем добавляют водяное или воздушное охлаждение и другие принудительные меры для усиления затвердевания отливок и сокращения времени затвердевания, эффект очень хороший. Но существуют определенные риски и высокие технические требования. Кроме того, для получения ферритной матрицы температура распаковки должна контролироваться ниже 600℃.)
6. Анализ результатов
Согласно описанному выше технологическому методу, на практике вполне возможно получить стандартные требования заказчика в литом состоянии, так что матрица полностью состоит из феррита, а степень сфероидизации составляет 1-2.
7. Заключение
Благодаря анализу и контролю различных факторов, влияющих на высокопрочный чугун с ферритной структурой, достигается полное соответствие требованиям по различным эксплуатационным показателям; высокое удлинение достигается при условии получения высокой прочности на растяжение и предела текучести; рациональный контроль процесса сфероидизации позволяет получить полноценную ферритную структуру в литом состоянии, избегая последующей термической обработки.
На основе вышеупомянутой технологии контроля качества ферритного высокопрочного чугуна мы провели полную проверку в производстве отливок и деталей, изготовленных методом литья под давлением для ветроэнергетики, и достигли хороших результатов. Технология производства толстостенного и крупногабаритного высокопрочного чугуна описана как в стране, так и за рубежом. Хотя методы различаются, основные принципы остаются теми же. А именно:
1. Строго контролировать сырье, разумно подбирать химический состав и снижать содержание элементов, препятствующих сфероидизации.
2. Принять эффективные меры по предотвращению деградации.
3. Выберите подходящий процесс литья.
4. Разумно выбрать метод обработки сфероидизирующей инокуляцией.
