球墨鑄鐵是工業(yè)上應(yīng)用廣泛的金屬材料之球墨鑄鐵以其度、高塑韌性、良好的抗疲勞能力和鑄造性能以及較低的生產(chǎn)成本而應(yīng)用越來(lái)越廣泛,并逐步替代鑄鋼件。孕育處理是球鐵生產(chǎn)中不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié),其目的在于增加石墨球的數(shù)量、提高其圓整度、細(xì)化石墨球、防止球化衰退、降低白口傾向、防止在共晶團(tuán)間形成自由滲碳體等。 球墨鑄鐵在生產(chǎn)中普遍應(yīng)用的孕育劑是75硅鐵,但其孕育效果較差,為自由滲碳體,需要加入量較大,然而為了控制終硅量,則必須降低原鐵水的含硅量,這就給回爐料的利用帶來(lái)了一定難度。而孕育效果非常強(qiáng)的孕育劑,加入較少的量就能達(dá)到和普通孕育劑相同的孕育效果,而且增硅也少,這樣就可以適當(dāng)?shù)靥岣咴F水的含硅量,進(jìn)而提高了對(duì)回爐料的利用率,從而降低生產(chǎn)成本。
本論文通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)研制出一種由Fe2OFeS、Bi2OCaSi四種物質(zhì)組成的新型復(fù)合孕育劑,為了確定孕育劑中各種物質(zhì)的佳成分配比,我們通過(guò)向牌號(hào)為QT500-7的球鐵鐵水中加入此種孕育劑進(jìn)行了三因素三水平的正交試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析確定出孕育劑中各成分的佳配比。然后繼續(xù)探討了這種新型孕育劑對(duì)球墨鑄鐵觀組織和力學(xué)性能的影響。 研究結(jié)果表明,新型復(fù)合孕育劑的主要成分組成為：Bi%,余量為Ca,其加入量為鑄件重量的0.1wt%,在向牌號(hào)為QT450-10的球鐵鐵水中加入此種新型孕育劑后球鐵組織中的石墨球數(shù)明顯增多,由264個(gè)/mmm2增加至325個(gè)/mm石墨球數(shù)的增多有助于鐵素體含量的增加,另外球化級(jí)別也由添加前的4級(jí)提高到3級(jí),從而使鑄件達(dá)到較好的綜合力學(xué)性能,尤其是伸長(zhǎng)率得到了很大的提高

開發(fā)適合于大型鋼錠模的蠕鐵材質(zhì)及生產(chǎn)工藝。對(duì)比研究了REMg、YSBM-YSBM-YSBM-A四種蠕化劑對(duì)厚大斷面蠕鐵組織和性能的影響。研究結(jié)果表明,重稀土蠕化劑(YSBM的具有良好的蠕化效果和抗衰退能力,采用該蠕化劑處理400mm×400mm×450mm模擬試塊中心部位的蠕化率達(dá)到85%,試塊的組織均勻性較好,抗拉性能達(dá)到315MPa,延伸率達(dá)到3.3%,滿足鋼錠模材質(zhì)的要求。冷鐵可顯著縮短厚大斷面蠕鐵的凝固時(shí)間、提高試塊中心的蠕化率,在相同蠕化處理?xiàng)l件下模擬試塊中心部位的蠕化率由未加冷鐵的35%提高到55%,破碎石墨的數(shù)量明顯減少,獲得了均勻分布的蠕墨和晶粒細(xì)小的基體組織。蠕鐵72小時(shí)的平均氧化增重為3.14g/(m2,顯著低于灰鐵的4.76g/(m2;700℃至室溫的水淬試驗(yàn)中,蠕鐵的平均熱疲勞壽命為42次,高于灰鐵的30次。 利用華鑄CAE模擬優(yōu)化的結(jié)果,采用雨淋式工藝,成功生產(chǎn)出48t鋼錠模。鋼錠模附鑄塊的蠕化率達(dá)到85%,抗拉強(qiáng)度為350MPa,延伸率為7.5%,達(dá)到了RuT300的水平。420t鋼錠模的優(yōu)化工藝為上、下雙澆注系統(tǒng),上澆注系統(tǒng)為雨淋式,下澆注系統(tǒng)為二級(jí)底注式,澆注溫度1300℃～1320℃。
選取由石墨和不同基體組織組成的灰鑄鐵作為研究材料,根據(jù)定量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)選取放大倍數(shù)為100×、200×和500×進(jìn)行金相圖像的采集。利用數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)采集到的金相圖像進(jìn)行處理,實(shí)現(xiàn)灰鑄鐵金相分析。并得到以下成果和結(jié)論: 對(duì)灰鑄鐵金相圖像出現(xiàn)的亮度不均勻現(xiàn)象,利用空域陰影校對(duì)金相圖像進(jìn)行亮度不均勻校正;利用小波變換與均值濾波相結(jié)合的算法對(duì)灰鑄鐵金相圖像進(jìn)行去噪處理,并取得了較好的結(jié)果。

隨著新型孕育劑的加入,球墨鑄鐵梯形試塊的厚度由50mmm減少到10mm,其硬度值從177.0N/mm2增加到232.7N/mm硬度值增加了55.7N/mm相對(duì)于添加前的從165.7N/mm2增加到236.3N/mm增加了70.6N/mm增加的幅度較小,這說(shuō)明由于厚度的變化引起的斷面敏感性較小,這就為生產(chǎn)厚大變截面球鐵件提供了一種的復(fù)合新型孕育劑,使不同厚度部位的力學(xué)性能都能達(dá)到要求。 掃描電鏡和能譜分析的結(jié)果表明,在不同牌號(hào)的球鐵鐵水中添加這種新型孕育劑后,從球墨鑄鐵中萃取出來(lái)的石墨球絕大多數(shù)呈現(xiàn)出近似圓球的形狀,而不添加新型孕育劑時(shí)石墨球有很多呈現(xiàn)出各種典型的不圓整狀態(tài),比如,蠕蟲狀、橢球狀、棒狀等。由此可見(jiàn),新型孕育劑的添加有利于石墨球圓整度的提高。
接著我們采用萃取球墨-壓扁法、層磨法、高溫?zé)Y(jié)后石墨球核心物質(zhì)的分析等各種途徑對(duì)石墨球核心物質(zhì)的分析可以得出,量元S、Bi等在石墨球形核的過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用,正是它們與鐵水中的各種金屬元素發(fā)生反應(yīng)生成各種氧化物、硫化物以及金屬間化合物等,增加了石墨球形核的核心,從而達(dá)到增加石墨球數(shù)量,提高其圓整度的作用。 透射電鏡研究結(jié)果表明,石墨的核心物質(zhì)可能是一個(gè)顆粒,也可能是兩個(gè)顆粒連在一起共同作為石墨核心,其尺寸大都為2-3um,由選區(qū)電子衍射圖譜標(biāo)定的結(jié)果可知,核心物質(zhì)確實(shí)存在γ-MnS。綜合XRD、EDS以及TEM的測(cè)試結(jié)果,我們推斷石墨核心的發(fā)源地為Mn、Ca、Mg等的硫化物以及金屬間化合物CeBi,外層為頑輝石MgO·SiO2及鎂橄欖石2MgO·SiO通過(guò)孕育處理引入Ca后,反應(yīng)生成了六方硅酸鹽CaO·SiOCaO·Al2O3·2SiO它們與石墨的晶格失配度較低,石墨可以在其表面上形核析出。