鐵水的冶金狀態(tài)對球化孕育處理效果及鑄造缺陷形成傾向有重要影響,研究基于原鐵水冶金狀態(tài)綜合評價的球化孕育處理工藝的優(yōu)化控制與調(diào)節(jié)方法.選取有效特征參數(shù)表征原鐵水冶金狀態(tài),并建立一個綜合評價模型用于實際生產(chǎn)過程中原鐵水合格冶金狀態(tài)確定和球化劑添加量的精準計算.在球化處理、孕育處理和鑄件澆注之前,均設(shè)置球化、孕育效果測評與調(diào)控環(huán)節(jié),以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的閉環(huán)控制.動態(tài)調(diào)控系統(tǒng)主要由原鐵水冶金狀態(tài)調(diào)控子系統(tǒng)、球化處理與效果調(diào)控子系統(tǒng)、孕育處理與效果調(diào)控子系統(tǒng)和鐵水球化孕育終調(diào)子系統(tǒng)構(gòu)成.經(jīng)實驗室條件下模擬運行證明,基于原鐵水冶金狀態(tài)評價的動態(tài)調(diào)控方法及系統(tǒng)可以實現(xiàn)球墨鑄鐵球化孕育處理的優(yōu)化控制.
Mn、S對灰鑄鐵性能的影響及二者之間的平衡關(guān)系,對實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行了分析,結(jié)果表明:(1)S對灰鑄鐵的組織和性能的影響較大,尤其是在感應(yīng)電爐熔煉的條件下,鐵液中的w(S)量控制在0.06％～0.12％,強度、硬度好,白口傾向小,A型石墨增多,D、E型石墨減少,斷面均勻性得到改善;(2)灰鑄鐵中的w(Mn)量不宜超過0.8％,超過一定量后會導(dǎo)致強度下降;(3)Mn和S在灰鑄鐵中不能單純看作雜質(zhì)元素,對控制鑄件所需的佳顯組織和強度、防止某些缺陷都是必需的,S和Mn需保持正確的比例關(guān)系,在灰鑄鐵中應(yīng)滿足w(Mn)=1.7w(S)+a,且a值保持在0.5％～0.6％,效果好.

隨著合金價格的提高,生產(chǎn)成本不斷增加。為降低生產(chǎn)成本,本課題在HT250材質(zhì)的基礎(chǔ)上,采用氮、鈦、鈮對鐵液進行合金化,通過金相組織觀察、SEM分析、EDS分析、拉伸試驗和硬度試驗,研究了氮、鈦、鈮對灰鑄鐵組織及性能的影響規(guī)律。 試驗結(jié)果表明,含氮量為0.0055%～0.013%、含錳量為1.0%-1.36%時,試樣的金相組織為A型石墨+細片狀珠光體+少量鐵素體。隨著含氮、錳量的增加：片狀石墨長度變短、寬度稍有增加,彎曲程度加大,石墨端部鈍化,對基體的割裂作用減弱；細片狀珠光體含量略有增加,珠光體層片間距減??；試樣的抗拉強度和硬度逐漸增大,當含氮量為0.012%、含錳量為1.24%時,試樣的抗拉強度和硬度達到大值,分別為395MPa和260HBW。當鐵液中含氮量≥0.011%時,鑄件表面下開始出現(xiàn)氣孔缺陷。 在適當含氮量(0.0080%左右)基礎(chǔ)上,含鈦量在0.055%-0.149%范圍內(nèi)時,試樣的金相組織為A型和D型石墨+珠光體+少量鐵素體。隨著含鈦量的增加：A型石墨減少,D型石墨增多；鐵素體的含量增多,珠光體的含量減少。
試樣的抗拉強度呈現(xiàn)降低的趨勢,當含鈦量為0.149%時,試樣的抗拉強度小,為230MPa；而試樣的布氏硬度略有增加,當含鈦量為0.149%時,試樣的布氏硬度大,為219HBW。鈦在含氮灰鑄鐵中的存在形式有以下兩種：少部分固溶于基體中,呈均勻分布；大部分與鐵液中的碳、氮形成鈦的碳氮化物,并多以三角形、四邊形及帶棱角的不規(guī)則塊狀鑲嵌于基體之中,呈彌散分布。

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)性能都能達到要求。 掃描電鏡和能譜分析的結(jié)果表明,在不同牌號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,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、高溫燒結(jié)后石墨球核心物質(zhì)的分析等各種途徑對石墨球核心物質(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)可能是一個顆粒,也可能是兩個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)電子衍射圖譜標定的結(jié)果可知,核心物質(zhì)確實存在γ-MnS。綜合XRD、EDS以及TEM的測試結(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。