球墨鑄鐵及球化劑的現狀與發展

發佈時間： 06 / 22 2021 作者：網站編輯訪問：11116

球墨鑄鐵問世至今已有52年，其飛速發展令人驚訝。即使在經濟不景氣的情況下，球墨鑄鐵仍在發展。有人稱球墨鑄鐵為不恰當的退縮的贏家，指出：鑄鐵因其高強度、高韌性和低廉的價格，在材料市場上仍佔有重要地位。儘管過去幾年鑄鋼件的總產量有所下降，但球墨鑄鐵的產量並未下降。奧貝球墨鑄鐵的出現，提升了球墨鑄鐵的競爭地位。

球墨鑄鐵的生產研究現狀

球墨鑄鐵及球化劑的現狀與發展

3.1 常規球墨鑄鐵

目前，常規球墨鑄鐵——即以鐵素體和珠光體為基礎的球墨鑄鐵仍佔球墨鑄鐵產量的大部分。因此，應注意提高常規球墨鑄鐵的性能和質量，以保持球墨鑄鐵的競爭地位。發揮了重要作用。

3.2 加強對影響球墨鑄鐵質量元素的控制

球墨鑄鐵的組織和性能取決於鑄鐵的成分和結晶條件以及所用球化劑的質量。認為為了保證球墨鑄鐵的力學性能，必須考慮鑄件的具體壁厚、澆注溫度、所用球化劑、球化處理等。工藝和冷卻參數的優化和有效的排渣措施得到嚴格控制，適當降低碳當量、合金化和熱處理是提高球鐵的有效措施。

3.3 有效控製鐵素體球墨鑄鐵和球墨鑄鐵的生產

控制球墨鑄鐵基體的主要元素是鑄鐵的成分、使用的球化劑和孕育劑的類型、添加方法和冷卻條件。鑄態鐵素體球墨鑄鐵的成分略微過共晶。碳略高，但沒有石墨漂浮。矽含量略低。孕育劑的矽含量應小於3%。錳越低越好。 Mn<0.04%，硫磷要低，使S≦0.02%，P≦0.02%，這是因為矽可以改善球鐵組織和相應的塑性，Si=3.0~3.5%可以獲得全部鐵素體組織。有研究指出，當Si=2.6～2.8%時，鑄鐵的延伸率和衝擊韌性最高，但鐵中矽的微觀偏析隨著磷含量的增加而增加，偏析越嚴重，對機械性能。

不利影響，特別是溫度在零以下時更大，而硫含量低時，可採用低鎂、低稀土的球化劑進行球化，減少“黑點”缺陷的產生，而“黑點”主要是鎂、硫化鈰和氧化鈰的聚集體，此外，應使用低矽球化劑，以保證多次接種。

對於珠光體球墨鑄鐵，生產時可將鑄鐵的錳含量提高到0.8-1.0%。如果某些鑄件用作耐磨曲軸，可將錳提高到1.2-1.35%以生產鑄造珠光體元素。銅。添加量大於1.8%時，阻礙了石墨的球化，但促進了基體的完全珠光化。一般球墨鑄鐵中的銅含量應小於1.5%。錫是強珠光體元素，對硬度的影響比銅大。和錳一樣，但Sn≥1.0%會引起石墨變形，因此其含量應限制在0.08%以下。

3.4 稀土在球墨鑄鐵中的作用

稀土可以促進鎂合金的球化效果（球化率和球的圓度）。注重防止壁厚球墨鑄鐵中球墨變形的作用。這也包括在國內外的球化劑中。稀土的主要原因之一。鑄件中有一些元素會破壞和阻礙石墨的球化。這些元素就是所謂的球化干涉元素。

干擾元素分為兩類。一是球化元素型乾涉元素的消耗，與鎂、稀土形成MgS、MgO、MgS、MgO、MgS。 MgSe、RE2O3、RE2S3、RE2Te3等，減少球化元素，破壞球狀石墨的形成；另一類是晶間偏析干擾元素，包括共晶結晶過程中的錫、銻、砷、銅、鈦、鋁等，這些元素在晶界富集，促進後期碳與變形枝晶石墨的形成共晶。球化干涉元素的原子量越大，干涉效應越強。許多研究現在已經在鑄鐵中發現了乾擾元素。當這些元素的含量低於臨界含量時，就不能形成變形石墨。在含有乾擾元素的鑄鐵中，加入稀土可以消除其乾擾作用。

有研究報告指出鑄鐵中乾擾元素的總和應小於0.10%，即z=Ti+Cr+Sb+V+As+Pb+Zn+…<0.10%研究指出要中和鐵水中的Al、Sb、TI、Pb、Bi等，只要分別添加0.005～0.04%的Ce，例如為了中和Ti、Pb、Sb、Al等，只要添加0.005～0.007%分別為 0.014%。、0.15%、0.008% 和 XNUMX% Ce。當鑄件壁緻密，冷卻速度慢時，干擾元素的破壞作用更大。
干擾元素也會對球墨鑄鐵的基體產生影響。

Te和B強烈促進白口的形成，Cr、As、Sn、Sb、Pb、Bi穩定珠光體，Al和Zr促進鐵素體。值得注意的是，目前正在開發一些球化元素和乾擾元素複合球化劑，以提高大斷面球墨鑄鐵的處理效果和石墨球的圓度。

3.5 球鐵檢測增強

球墨鑄鐵檢驗是保證其質量的重要措施。目前正在研究開發線分析，即對產品在生產過程中進行分析，以確定其質量。許多單位已經使用超聲波來執行批量生產條件下的鑄件質量。分析。
用超聲波測量鑄鐵組織時，片狀石墨的聲速為4500m/s，蠕墨鑄鐵為5400m/s，球墨鑄鐵為5600m/s。此外，鑄鐵中高頻衰減率的變化也可以判斷鑄鐵的種類，球墨鑄鐵的中心頻率為5MHz，而片狀鑄鐵僅為1.5MHz。目前仍有單位採用超聲波來確定球化等級，可以確定球化合格和不合格產品（介於3級和4級之間），但還不能進行更詳細的分析。液位測量，這種方法正在改進中。

3.6 球化機現狀

球化劑是目前獲得球鐵的主要手段之一。智寶鋼鐵稀土一廠聯合完成國家科研項目“稀土三劑系列化”時，我校科研團隊在全球進行了1多家球化劑生產廠。 ,考察了國內主要合金生產情況，對英國、美國、法國、德國、日本、蘇聯、印度等十幾個國家的100多家合金生產廠的產品樣品進行了考察。以及國內主要球化劑廠家的產品樣品。為比較國內外球化劑的性能和今後改進球化劑的生產提供了依據。 50球化劑的種類按生產方式分為以下幾種

球化劑的種類包括鎂矽合金、稀土鎂矽合金、鈣基合金（多用於日本）、鎳鎂系列合金、純鎂合金、稀土合金。上述合金中，世界上應用最廣泛的是稀土鎂矽鐵合金，但中國合金的RE/Mg比值較寬（0.5~2.2），而國外合金的RE/Mg比值小（0.1 ~0.3)。在中國合金中，稀土含量大於或等於鎂含量，稀土含量小於鎂含量。但國外球化劑合金中稀土的含量（除俄羅斯和俄羅斯的部分合金外）幾乎低於鎂的含量。因此，稀土三劑系列研究小組提出，除保留FeSlMg8E18（該合金是一種優良的蠕化劑）外，其他所有球化劑中RE/Mg≤1。該建議在隨後修訂的國家標準中被採用。鈣鎂球化劑主要由日本生產應用，如信越（SHIN-ETSU）生產的鈣合金NC5、NCl0、NCl5、NC20、NC25，鎂含量在4～28%不等，但鈣含量變化不大，變化範圍為20～31%；這類合金白口傾向小，但加工溫度高，加工後熔渣量大。鎳鎂合金用於美洲和歐洲。美國國際鎳公司生產的鎳鎂合金高達82-85%，其中Mg、Ca分別為13-16和20，最低的鎳鎂合金為57-61%（Mg4 .0 ~4.5%, Ca<2.5, Fe32~36)。在德國金屬化學公司生產的鎳鎂合金中，Ni47~51%，Mgl5~17%，C1.0%Si28~32%，RE1.0%多於Fe。這些合金的優點是專一性大，反射穩定，鎳能上升。合金化的特點是價格高，國內基本不使用這種合金。鎳矽合金在我國基本不再使用。純鎂合金必須經過特殊壓力和鎂袋處理。鎂的吸收率高，但操作安全措施必須極其嚴格，在生產中的應用比例很小。稀土是球墨鑄鐵發明中使用的球化劑，它的發現推動了球墨鑄鐵的工業化應用進程。但價格偏高，白口往往偏大。過量過量會使石墨變質。現在已不再單獨用作球化劑，而僅用作輔助球化元素。
型煤球化劑由鎂粉、鐵粉和設計的矽含量直接成型。這種球化劑含矽量極低，通常稱為低矽壓塊球化劑。後續孵化為鑄態球墨鑄鐵的生產提供了很大的空間，但這種合金易上浮，處理效果波動較大。處理時最好與塊狀球化劑混合使用。
包芯線型球化劑將鎂粉和鐵粉包覆在薄鋼板或鋼板中，送入鐵水中，達到球化的目的。這種球化劑價格較貴，設備投資大，但合金在加工過程中吸收率高，因此加工球墨鑄鐵的總成本幾乎沒有增加。
粉狀球化劑為俄羅斯專利。使用時將鎂粉與緩蝕劑混合後裝入袋中，鐵水逐層流過合金表面，使合金反射，實現球化。效果，這個特殊的過程叫做MC。 2.2球化劑的應用目前，國內外火法冶金合金主要用於球墨鑄鐵的生產、壓塊球化劑、芯線球化劑、粉球火法冶煉使用的球化劑佔90%以上生產。

目前這類合金中加入Ba、Ca、Cu、Ni等以達到控制基體的目的，而合金中氧化鎂的含量指標有限。

熔煉設備沖天爐佔30%，感應爐佔63%，球化溫度1482~1538℃佔75%； 50%的工廠採用球化處理前的預脫硫工藝，90%的工廠S小於0.025%。在球化處理方法中，沖洗法占美國大廠的36%，而小廠（200噸/週以下）沖洗法僅佔22%。壓入法、多孔塞法、Type內處理法、中間包蓋法、壓力和鎂法佔大部分比例。所用球化劑含鎂8.2%以上，Mg4~6% 63.3%，含鎂4%以下。佔16.4%，純鎂佔5%，其他鎂合金佔8.2%。

我國球化劑的生產從90年代到現在發生了很大的變化。修訂了稀土鎂合金國家標準，對合金中的稀土進行了較大調整。除保留Mg8RE18外，其他合金的Mg/Re均大於1。工廠使用的合金中稀土用量減少，Mg8RE5─7合金的應用大大增加，電爐有也增加了很多，但生鐵水的硫含量變化不大，預脫硫過程沒有得到有效推進。因此，我國球化劑中的Mg和BE仍處於較高水平，新型球化工藝在我國推廣的不多。比如在美國占很大比例的中間包封蓋法，在我國幾乎沒有應用。是我國球墨鑄鐵生產廠亟待解決的問題。

3.7 球化劑使用中存在的問題及質量元素控制指標

影響球化劑質量的因素有：成分、粒度、形狀、密度、MgO含量等。這裡僅對火法冶煉生產的球化劑進行分析，並列舉了工廠使用中反映的諸多問題：

(1)球化劑成分不准確。
(2)球化劑粉末合金粒度不符合要求。
(3)球化劑濃度波動大，有的球化劑上浮快，反應太強烈，無法保證。
(4)MgO含量過高，球化處理差，球化劑加入量過大。
(5)球化後快速下降。
(6)球化後白口趨於大。

要解決上述問題，我們應該從兩個方面著手：

首先，合金製造商提供質量合格的產品。有必要改進氧化鎂的分析；
二是嚴格控制原材料，控制促進合金粉化的元素和乾擾元素，加強管理；
三是嚴格執行精準冶煉工藝，控制影響球化劑質量的主要指標；
四是提供用戶所需的粒度。另一方面，對生產工人進行培訓和培訓，使他們了解合金的特性和準確的使用方法。

生產中的問題直接關係到生產工人的素質。有的工人只教怎麼做，不能類比。這是不可行的。需要合金生產廠家和用戶通力合作，普及和提高對球鐵的認識和生產技術水平，使我國球鐵生產保持良好的發展勢頭。

3.8 計算機在球墨鑄鐵生產中的應用

球墨鑄鐵生產的鑄鐵由於其膏狀凝固特性，常因進給不良而產生縮孔、氣孔等缺陷。為了在鑄件生產之前預測這些缺陷，國內外早在印度時代就進行了鑄造工藝。數值類比。鑄造過程中的數值模擬是利用數值模擬技術在計算機虛擬環境中模擬實際的鑄件成形過程，包括金屬液的充填過程、冷卻凝固過程、應力形成過程、影響的判斷。成型過程中的主要元素，並預測其組織、性能和可能存在的缺陷，為優化工藝以減少浪費提供依據。 1962年，丹麥的Forsund率先使用電子計算機模擬鑄件的凝固過程。

此後，美國、英國、德國、日本和法國相繼開展了這方面的研究。我國從 1970 年代末開始，大連理工大學和沈陽鑄造研究所在國內率先開展了這項技術的研究，並於 1980 年發表了研究報告（郭可仁等，大型鑄件凝固過程的數字模擬）。鑄件，大連工學院學報，1980（2）1-16；沉陽鑄造研究所，鑄件凝固熱場的計算機模擬，鑄造，此後，中國大專院校投入大量人力開展這項工作“六五”和“七五”期間，計算機在鑄造中的應用在國家重點攻關項目的中心部分有重點研究項目“鑄造工藝CAD”組織聯合研究生產，教育和研究，極大地推動了這項技術在中國的發展。目前，清華大學和華中科技大學gy可以分別提供FT-Star和華住CAE-Inte CAST 4.0商業化學。該軟件已在三明重型機械有限公司等單位應用，取得了良好的效果。計算機數值模擬由前處理、中間計算和後處理三部分組成，包括幾何模型的建立、網格劃分和求解條件（初始條件）。

和邊界條件）確定、數值計算、計算結果處理和圖形顯示。數值類比的基本方法主要有有限差分法、有限元法和邊界元法。目前，鑄造應用較多的領域有：

1）凝固過程的數值模擬，主要用於鑄造過程的傳熱分析。包括數值計算方法的選擇、潛熱處理、縮孔收縮率預測與判別、鑄件與模具界面傳熱問題的處理等。
2）流場的數值模擬涉及動量、能量和質量的傳遞，難度較大。所使用的數值求解技術有MAC方法、SAMC方法、SOLA-AOF方法和SOLA-MAC方法。
3) 鑄造應力類比。該研究開展較晚，主要集中在彈塑性狀態下的應力分析。

目前有Heyn模型、彈塑性模型、Perzyna模型、統一內變量模型等。 4）組織類比仍處於起步階段。分為宏觀視覺、中視覺和微觀視覺類比。可計算成核數，分析初晶類型，枝晶生長速度，類比結構轉變，預測力學性能。目前有確定性模型，如Monte、Cellular、Automaton等統計方法，以及相場模型。計算機及其應用目前正在迅速發展的技術領域。鑄造作為重要的工業領域之一，應加大投入。

計算機在鑄件科研生產領域的應用研發，徹底改變了以往“睜眼閉眼澆”的狀態，計算機的應用必將推動球墨鑄鐵的應用和發展. 球墨鑄鐵問世至今已有52年，其飛速發展令人驚訝。即使在經濟不景氣的情況下，球墨鑄鐵仍在發展。

有人稱球墨鑄鐵為不恰當的退縮的贏家，指出：鑄鐵因其高強度、高韌性和低廉的價格，在材料市場上仍佔有重要地位。儘管過去幾年鑄鋼件的總產量有所下降，但球墨鑄鐵的產量並未下降。奧貝球墨鑄鐵的出現，提升了球墨鑄鐵的競爭地位。

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