高镍奥氏体铸铁的生产工艺特征

高镍奥氏体铸铁的生产工艺特征 申泽骥 , 唐 　骥 , 苏贵桥 (沈阳铸造研究所 , 辽宁 沈阳 110022) 摘要 :根据高镍奥氏体铸铁凝固特性 , 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 铸件工艺设计特点 ,化学成分对力学性能和铸件完善性的影响 ,阐述熔炼、球化和 孕育、补焊、热处理工艺要点。 关键词 :奥氏体铸铁 ;工艺设计 ;熔炼 ;球化 ;热处理 中图分类号 : TG257 　　文献标识码 :A 　　文章编号 :100028365 (2003) 0220091203 Peculiarities of Production of Austenitic Cast Iron Castings SHEN Zeji , TAN G Ji , SU Guiqiao (Shenyang Research Institute of Foundry ,Shenyang 110022 ,China) Abstract :According to the Characteristics of high Ni austenitic cast iron , the effect of chemical composition and technological design on mechanical property and soundness of castings are summarized. Based on that , the brief heat t reatments such as melting , spheroidizeing , inoculation and repaired welding are discussed. Key words :Austenitic cast iron ; Gating ; Risering ; Melting ; Magnesium treatment ; Heat t reatment 　　镍 w 为 13 %～36 %的高镍奥氏体铸铁 ,国外商业 名称是 Ni2Resist ,在海水等自然水、污水、盐、高温碱及 稀酸中有很好的耐蚀性 ,无磁 ,可控热膨胀 ,低温和高温 抗氧化性能良好 ,在很多领域应用。许多发达国家及 ISO都有完善的奥氏体铸铁标准。中国企业及铸件市 场正逐步同国际接轨 ,高镍奥氏体铸铁件的生产不断增 加。本文对奥氏体铸铁的生产工艺要点进行总结 ,促进 中国奥氏体铸铁件生产水平的提高。 1 　凝固特性 奥氏体铸铁的线收缩和体收缩都大于普通铸铁 , 接近于碳钢 ;凝固特性与普通灰铸铁和球墨铸铁有很 大不同 ,也不同于碳钢 ,更类似于典型的结晶范围很宽 的合金。奥氏体铸铁组织中的奥氏体枝晶发达 ,石墨 和铬的碳化物充填枝晶间的空隙。奥氏体铸铁件的主 要铸造缺陷是缩孔和缩松。无论是片状石墨还是球状 石墨奥氏体铸铁 ,要获得健全铸件 ,都必须靠冒口建立 起的铁液静压力和有利的温度梯度 ,使液体的凝固始 终处于正压力状态。 2 　铸造工艺设计要点 211 　浇注系统 浇注系统的设计应当使铸件中的温度梯度有利于 顺序凝固 ,避免出现孤立热节。顶注有利于铸件补缩。 在分型面上开设内浇口比较方便。经验证明 :在铸件 收稿日期 :2002208230 ; 　　修订日期 :2002211218 作者简介 :申泽骥 (19462　) ,辽宁铁岭人 1 研究员级高级工程师 1 从事 高镍奥氏体铸铁研究 1 近冒口处的厚断面上 ,开设内浇口比在薄断面上开多 个内浇口更有利。浇注系统各部分断面比例为 F直∶ F横∶F内 = 4∶8∶3。 212 　冒口和冷铁 无论是球状石墨还是片状石墨奥氏体铸铁件 ,采 用冒口和冷铁 ,同浇注系统配合 ,使铁液有足够的静压 力 ,保证铸件顺序凝固 ,使铸件上最后凝固部分有充分 补缩是十分必要的。奥氏体铸铁件宜采用顶冒口 ,特 殊件 (如排气管)则适合用侧冒口。 奥氏体铸铁件的冒口设计与碳钢、不锈钢类似。 奥氏体铸铁件的冒口高度与直径之比值应当比铸钢件 冒口的高径比大一些。奥氏体铸铁件冒口补缩距离根 据经验 ,至少相当于冒口直径的 2 倍。奥氏体铸铁件 的冒口 ,特别是片状石墨铸铁 ,较难从铸件上切除 ,设 计冒口时要考虑到这一点。顶冒口的冒口颈部采用易 割片。铸铁的石墨化膨胀作用使得冒口颈部既能使铸 件热节部位充分补缩 ,又能在热节中心凝固之前凝固。 对于暗冒口 ,可采用半球顶面的大气压力冒口 ;对于明 冒口 ,要在 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面加保温或发热覆盖剂 ,或人工捣冒口。 对冒口补缩不到的厚断面和孤立热节 ,应当使用 冷铁。冷铁的设计 规则 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf 与铸钢件相同。联合使用几块 冷铁时 ,冷铁之间的距离不要过大 ,否则冷铁间易产生 热裂。一般不要使用内冷铁或芯撑 ,如必须使用时 ,应 采用同成分或更高合金量的材料制作 ,防止影响铸件 的耐蚀性。 213 　造型材料的选择 奥氏体铸铁浇注温度比普通铸铁高、收缩大 ,要求 ·19· Vol. 24 No. 2 Mar. 2003 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 铸造技术 FOUNDR Y TECHNOLO GY　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 造型材料具有较高的耐热性、透气性、紧实率及良好的 溃散性。砂芯退让性要好。小件可采用湿砂型 ,中、大 件应当采用刚性较好的铸型 ,树脂砂、水玻璃砂及干型 砂都可使用。 3 　铸件化学成分选择原则 标准牌号的奥氏体铸铁都有明确的成分范围要 求 ,成分要符合标准要求是铸件交货的验收条件。目 前 ISO 和各发达国家的奥氏体铸铁标准规定的成分 范围保证了铸件在常温下具有稳定的奥氏体基体和符 合要求的耐蚀、耐热等性能 ,但不能保证铸件的力学性 能和铸件的完善性。奥氏体铸铁的化学成分对其力学 性能和铸件完善性有显著影响 ,必须根据不同铸件合 理选择其成分。 311 　碳和硅的影响 碳当量对奥氏体铸铁件的缩孔、缩松倾向影响显 著。图 1 [1 ]是薄壁球铁件热节部位缩松体积与碳当量 的关系。 图 1 　奥氏体球铁件内部缩松体积与碳当量的关系 Fig. 1 　 The relations between inner shrinkage volume of austenitic casting and carbon content 　　对于薄壁或小型奥氏体球铁件 ,选择高碳当量 ,对 减小铸件热节处的缩松倾向是很有利的。对于小的或 薄壁的片状石墨奥氏体铸铁件 ,高碳当量也有利于减 小缩松倾向 ,但过高的碳量会粗化石墨 ,降低力学性 能 ,甚至达不到标准要求的最低值。 对于中等壁厚的奥氏体球铁件 ,湿砂型铸造的无补 缩球的实际直径 «76 mm 与碳当量的关系 ,见图 2[2 ]。 碳当量较低时 ,随碳当量增加 ,铸球直径显著增加 ,说明 石墨化引起的体积膨胀增加 ,碳当量超过 4. 0 %时 ,碳当 量变化对铸球直径影响不大。奥氏体铸铁的补缩系统 设计特点与碳钢和不锈钢类似 ,但石墨化引起的体积膨 胀作用又与普通球铁相似 ,采用刚性较好的铸型 ,利用 石墨化膨胀的自补缩作用 ,减小冒口 ,提高铸件工艺出 品率。对于中等壁厚的球铁件 ,选择近共晶成分的碳当 量对获得无缩孔、缩松铸件是有利的。 出现碎块石墨是厚大奥氏体球铁铸件的主要缺 陷 ,普通球铁的大断面铸件中也存在。但奥氏体球铁 件中出现碎块石墨的倾向要比普通球铁大得多。为有 效防止大断面球铁铸件中出现碎块石墨总碳 ( TC) 硅 和镍量的选择应满足下列公式[2 ] : %TC + 0. 2 % Si + 0. 06 % Ni ≤4. 4 % 3. 2 铬及其他元素 铬在奥氏体铸铁基体中的固溶度 w 约为 0. 5 % , 其余铬都以铬的碳化物形式存在。含铬量越高 ,碳化 物量越多 ,析出的石墨量相对减少 ,石墨析出体积膨胀 引起的自补缩作用减小 ,铸件缩松倾向增加 ,对片墨和 球墨奥氏体铸铁都是如此。经验表明 :对于 Ni20Cr 型 奥氏体铸铁 ,把铬的 w 控制在 1. 5 %～2. 0 %有利于 得到健全铸件。在标准规定范围内 ,奥氏体铸铁中的 镍、铜、锰、磷和硫对铸件的缩松倾向及材质力学性能 没有显著影响。高锰的 S - NiMn234 牌号奥氏体铸铁 件中易形成含锰碳化物 ,增加缩松倾向 ,并且易产生气 孔缺陷 ,应注意预防。 4 　熔炼和炉前处理注意事项 (1) 炉料准备 　奥氏体铸铁对气体敏感、收缩大、 易缩松 ,且按成分交货验收。使其熔炼时选择炉料要 特别注意成分准确、洁净 ,不得过份氧化和含有害杂质 元素。在批量生产 Ni20 型奥氏体片墨铸铁件过程中 , 曾因某炉使用的废钢多数为严重锈蚀的薄板而铁液氧 化 ,铸件冒口上涨 ,试样拉伸强度从常规的 200 MPa 下降到 145 MPa。图 3 是因炉料中使用的废旧镍制品 带入的微量有害元素而被恶化的 Ni15 型奥氏体灰铸 铁石墨形态 ,试样拉伸强度只有 123. 5 MPa。配料中 保持回炉料用量相对稳定很重要 ,回炉料用量增加 ,铸 件缩松、缩孔明显增大。 图 2 潮砂型铸球直径与奥氏体球铁碳当量的关系 Fig. 2 　The relations between diameter of ball with green sand mold and carbon content of austenitic ductile iron (2) 熔炼 　熔化速度应尽量快 ,要严防炉料搭桥 , 防止熔炼温度过高和保温时间过长。铁液出炉前及出 炉过程中必须很好脱氧。脱氧剂可用硅、锰、铝等常用 脱氧剂。要注意脱氧剂对铁液最终成分的影响。 ·29·　　　　　　　　　　　　　　　　　　　FOUNDR Y TECHNOLO GY　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 Vol. 24 No. 2 Mar. 2003 图 3 　被恶化的 Ni15 型奥氏体灰铸铁石墨形态 　×250 Fig. 3 　The graphite shape of No. 15 Ni austenitic cast iron badly destroyed (3) 球化处理 　国外生产奥氏体球铁通常用镍 镁、镍铜镁合金或纯镁 ,认为稀土和钙对奥氏体铸铁球 化不利。经验表明 :在生产薄的中、小型奥氏体球铁件 时 ,采用国内市场现有的低的稀土镁合金球化剂可以 达到满意的效果。使用高、中稀土的稀土镁合金球化 剂 ,易使铸件中产生过多的碳化物 ,石墨球形态不圆 整 ,铸件韧性和加工性能有所下降。生产大型或厚件 , 球化剂中不宜含轻稀土 ,因为在铸件凝固慢的情况下 , 铈会使石墨球化衰退 ,易出现碎块石墨。奥氏体球铁 中的适宜残余镁量稍高于普通球铁 ,一般最低 Mg残 w 为 0. 035 %。球铁中的镁对焊接性能极为不利 ,从可 补焊性角度考虑 ,残镁越低越好。Ni15Cu6 型奥氏体 铸铁用镁处理时可导致游离铜相析出 ,用无镁的稀土 处理 ,不出现游离铜的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。在严格控制的前提下 ,也 可以用稀土做球化剂 , 生产 Ni15Cu6 型奥氏体球 铁[3 ] 。 (4) 孕育处理 　奥氏体铸铁用孕育剂和孕育方法 与普通铸铁相同 ,孕育剂主要是 FeSi75 ,孕育方法以 瞬时孕育和型内孕育效果最佳。国外奥氏体灰铸铁孕 育加硅量通常 w 为 0. 15 % ,球铁 w 为 0. 5 %。中国 企业常采用包内冲入法 ,孕育量也比国外高。奥氏体 铸铁含镍量高 ,镍也是石墨化元素。铸铁凝固冷却曲 线分析表明 :奥氏体铸铁共晶凝固过冷度比普通铸铁 小得多。通常情况下 ,奥氏体灰铸铁的三角试片尖端 无白口。因而奥氏体灰铁孕育的作用主要是使组织均 匀、细化。不孕育的奥氏体灰铁组织粗 ,石墨细长 ,铬 的碳化物易成堆分布 ,力学性能较低。当碳当量较高 时 ,孕育量不宜多 ,过多的孕育硅反而会粗化石墨 ,使 性能下降 ;在此情况下采用钡孕育剂效果较好 ,试验表 明 :硅钡孕育剂比 FeSi75 孕育剂提高拉伸强度 2～4 MPa。 5 　补焊和热处理 (1) 补焊 　奥氏体灰铸铁的补焊特性和方法与普 通铸铁相同 ,且奥氏体灰铁的可焊性稍优。补焊方法 可用手工电弧焊、氩弧焊、气焊等 ,焊条可用同材质 ,更 高 Ni 牌号奥氏体铸铁 ,纯镍或镍铁焊条。注意不能用 碳钢焊条 ,因补焊后焊接区域含 Ni 量降低 ,出现马氏 体 ,难加工 ,且不耐蚀。要特别注意的是奥氏体铸铁中 含 Si 量高会显著降低可焊性 ,需补焊的铸件在配料时 应尽量取 Si 量的下限。铬有利于可焊性。镁处理的 奥氏体球铁可焊性极差 ,比普通球铁差得多 ,用镍焊条 焊后焊接区域周围开裂 ,常常使整个焊接区域掉下。 尽量降低奥氏体球铁中的 Mg、Si 和 P 含量及加入铌 可改善可焊性。德国开发的 GGG - NiCrNb202 奥氏 体球铁的焊接性能与低碳钢相同。值得注意的是用无 镁的稀土球化剂处理的奥氏体球铁的可焊性优于普通 铸铁和奥氏体灰铁 ,与碳钢相近 ,在纯镍焊条手工电焊 条件下很容易做到焊接区域周围无裂纹。 (2) 热处理 　一般奥氏体铸铁件都在铸态下使 用。在高温碱、次氯酸盐中应用的铸件和在海水中应 用的大型件 ,因为有发生应力腐蚀的可能 ,应当进行时 效处理。人工时效的适宜温度范围是 620～670 ℃。 奥氏体铸铁中通常都有一定量的碳化物 ,不影响加工 性。当碳化物过多 ,加工困难时 ,可以高温退火 ,改善 加工性能。含铬奥氏体铸铁的退火温度 982 ～ 1 038 ℃, S - NiMn234 型含锰球铁退火温度是 850 ℃。要特别注意退火的奥氏体铸铁件在高温保温 后要出炉快冷 ,不能象普通铸铁那样随炉缓冷。因为 奥氏体铸铁高温保温后 ,碳化物分解 ,碳溶入高温奥氏 体 ,在缓冷过程中碳会在晶界以细小碳化物形式析出 , 严重降低奥氏体铸铁的韧性。 6 　结论 全世界奥氏体铸铁件生产量超过不锈钢铸件 ,市 场很大。目前我国奥氏体铸铁件生产量还很少。从奥 氏体铸铁件应用特点看 ,其生产方式属于多品种、小批 量 ,对于此类铸件 ,中国的生产条件与国外差别相对较 小。中国铸造界同仁应加强研究 ,努力提高生产水平 , 增强中国奥氏体铸铁件在国际市场上的竞争力。 参考文献 [1 ] 　Cox G J . 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