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[ 铸造微课堂 2024-04-28 07:00 四川 1人听过 资料来源于网络，经整理后分享。仅供参考！ C、Si、Mn、S、P是灰铸铁的5大常规元素，这些元素的含量对铸铁的组织和性能有重要影响。其中，Mn是稳定碳化物、阻碍石墨化的元素，能够较强烈的促进并稳定珠光体，使灰铸铁强度提高。Mn与S的亲和力很强，适量Mn能够中和S的有害作用，形成MnS小质点或夹杂物，小质点能够作为共晶凝固形核核心，促进形核。 某公司采用中频感应电炉熔炼，用普通废钢、铸造生铁、回炉料、增碳剂以及各种铁合金生产HT350、HT300、HT250等常见牌号的灰铸铁铸件，用于机床、内燃机、压缩机等产品。公司对各种材料牌号铁液的化学成分有明确规定，其中Mn量随着材料牌号的降低逐步降低，变动范围为0.7%-1.0%。曾误认为，Mn能够促进珠光体形成，且有一定细化珠光体的作用，有助于提高强度，是保证材料性能的重要合金元素，因而主张宁高不低，实际情况并非如此。 2010年，公司批量生产的涡轮壳铸件出现了大面积的夹渣和皮下气孔，长期得不到有效解决，后经查阅相关资料，获知合适Mn量与S量的关系为： w（Mn）=1.7w（S）+0.3%~0.5% 式中：1.7w（S）为生成MnS所需w（Mn）量；0.3%~0.5%为超量w（Mn）。 按0.1%w（S）量计算，合适的w（Mn）量应为0.47%~0.67%，而该炉次铁液的化学成分为w（C）3.090%、w（Mn）0.919%、w（S）0.064%，按照公式计算，超量w（Mn）=0.81%，远远超过了0.3%~0.5%的范围。按此分析得知，涡轮壳铸件的大面积夹渣和皮下气孔的主要原因是Mn量过高。 由于铁液中w（S）量较高，w（Mn）量又超过了0.7%，铸件上表面容易出现由于渣反应生产的皮下气孔。 图片 相应炉次的试棒内夹杂物的金相组织照片，红色箭头处的夹杂物经过检测后认为是MnS的夹杂物。 图片 图是铁液在Tg~Tc温度的化学反应，当熔化温度达到Tg温度以上，而Mn量又在0.7%以上，会不停地发生如图所示的两类化学反应。 在Tc温度以上发生化学反应： SiO2+2C→Si+2CO↑ MnO2+2C→Mn+2CO↑ 在Tg~Tc温度之间发生化学反应： SiO2+2Mn→Si+2MnO C+MnO→Mn+CO↑ 上述反应说明，当温度在Tg~Tc和Tc温度以上时，会不停地放出CO气体，使铸件形成皮下气孔。铁液主要化学成分与Tc、Tg温度的关系如表1所示。 图片 Mn量的合理范围 英国铸铁研究协会（BCIRA）曾进行过系统的研究，美国铸造学会（AFS）也组织过研究，铸造工作者一致认为，灰铸铁的超量 w（Mn）为0.2~0.3%时，白口倾向最小，硬度也最低；当超量w（Mn）降低到0.1%时，灰铸铁的抗拉强度会有较大幅度的提高，同时，布氏硬度也能够提高40~50HB；超量w（Mn）在0.3%以上继续提高时，可使珠光体增多，但并不一定提高强度。美国铸造学会的研究表明，将灰铸铁的w（Mn）量从0.39%逐步提高到0.97%试棒的抗拉强度都随w（Mn）量的增加而降低。由此可见，目前生产的灰铸铁中w（S）量基本不变，w（Mn）量不超过0.65%是比较合理的，目标值控制在0.55%~0.65%。如果能够试验成功，不但能够改善产品质量，还能减少Mn合金的加入，从而降低生产成本，产生经济效益。 公司从2010年开始进行了大量降低w（Mn）量的试验，选取一组数据进行统计。为方便比较，所筛选的数据符合以下条件：（1）CE为3.65%~3.8%；（2）Cu、Sn 合金均不是有意加入，控制在最低水平；（3）设计 w（Mn）量在0.97%以上及0.62%~0.69%的2组化学成分，各15个数据样本，统计结果如表所示。 图片 从表可见，w（Mn）量均值从1.01%降低到0.64%，抗拉强度均值从329MPa提升到341MPa，硬度从219HB降低到217HB，品质系数从1.13提升到1.18。从w（Mn）量在0.62%~0.69%的炉次中选出典型的12-16-3炉次铸件，观察金相组织，如图所示。石墨形态为A型，石墨长度为4~5级，基体组织为98%的珠光体，夹杂物明显减少。 图片 公司80%以上产品要求其材料牌号为HT300，w（Mn）量按公司规范规定为0.775%~0.975%，超出经验公式中超量w（Mn）的范围，通过按上述理论依据调整w（Mn）量，结果显示，试棒的组织和性能有不同程度的提升。每吨铁液可少加合金5kg，每月熔炼铁液700 t以上，每月少用锰铁3.5 t，锰铁成本节约1.9 万元，全年可节省成本22.8万元，经济效益也非常显著，如果推广到公司的所有铸造工厂，每年可为公司节省80万元以上的成本。 结论 生产试验已证实，批量生产的涡轮壳铸件出现的大面积夹渣、皮下气孔问题，是铁液中的Mn量过高所致。灰铸铁w（Mn）量比公司规范降低0.3%是可行的，过高的w（Mn）量对基体没有好处，将w（Mn）量控制在0.6%以下，改善灰铸铁的组织与力学性能，同时降低锰铁的加入量，也降低了生产成本，取得了较大的经济效益。 编辑声明 铸造微课堂所发布未注明原创的文章均转载自网络，是由编辑团队收集整理的资料。本着共享互利的原则，由编辑团队进行简洁化后发送。所有内容仅供个人学习、研讨、参考之用。不得用于任何商业用途！ 如果您认为铸造微课堂所发布的内容中图片及文字涉及版权事宜请及时联系告知。接到告知后编辑团队会及时进行删除。 铸造微课堂发布注明原创的文章，欢迎各平台转发分享，但请注明转载来源及原作者。 铸造微课堂不对转载内容的真实性负责，并不承担由此引起的法律责任！ 联系邮箱：zhuge110@126.com；kinsimer@163.com。 联系微信号：Kinsimer 长按下方二维码关注我们，为您提供从基础理论到实践工艺等铸造全方位知识。积跬步以致千里，汇小流以成江河。 图片 阅读 170 铸造微课堂 人划线 |
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