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改善机床灰铸铁铸件性能的措施

时间:2019-05-21 16:32 作者:东建铸造 点击: 次
近年来,由于我国制造业的迅速发展,对机床的需求量不断增长,但其中高精度机床基本上全由国外进口。造成这种情况的主要原因是我国生产的机床铸件不仅外观不如人意,而且精度控制较差。
1我国机床灰铸铁件生产中存在的问题
(1)碳当量低,导致铁液的流动性变差和白口倾向、收缩、铸造应力均增大,同时铸件的断面均匀性降低、弹性模量偏小、加工性能较差。
(2)废钢加入量少、生铁加入量偏多的情况下,熔炼温度较低,铁液中的粗大石墨得不到改善,铸件出现异形石墨的几率增大,不能保证石墨形态较终为A型。
(3)利用中频电炉进行熔炼,铁液中的、一般均小于0.055%,铁液孕育效果较差,铸件的内在质量不能得到保证。
(4)孕育量过大和孕育方法不当。
(5)时效处理时只注重加热温度和时间,忽略升温速度、炉内温差、降温速度等因素,使时效后的铸件质量大打折扣。
2对机床灰铸铁件的要求
高碳当量、高强度灰铸铁是机床铸铁件的发展方向。因为机加工设备的高速切削、轻量化和高精度化,不仅要求铸件薄壁化和具有良好的切削性能、减振性能、铸造性能,而且具有较低的铸造应力和较高的弹性模量。高碳当量、高强度灰铸铁把强度和石墨化程度结合在一起,在较高水平上达到综合性能的平衡。所以,国内机床灰铸铁件通常采用HT250,HT300,HT350等高强度灰铸铁,国外发达国家一般采用强度等级为300MPa和350MPa的灰铸铁。
一般要求机床灰铸铁件的石墨形状为A型,石墨长度为4~5级;珠光体体积分数超过95%,碳化物体积分数低于3%;关键部位的硬度应在190240HBS,导轨的硬度差不超过20HBS。
3影响机床灰铸铁件性能的因素
3.1碳当量的影响
低碳当量高强度灰铸铁的流动性较低,使铸件薄壁化及轻量化受到限制;碳当量降低使固态收缩增大,导致铸造应力增加,铸件变形及冷裂倾向增大;随着碳当量的降低,铁液的过冷度加大,铁液白口倾向增加,机床铸件薄壁处与厚壁处的组织、硬度差异加剧,导致断面敏感性增大;碳当量的降低常导致硬度的提高,造成刀具切削量减少、切削速度降低,从而恶化了加工性能[m。因此,在相同强度条件下,应尽量实现更高的碳当量水平。
3.2合金元素的影响
灰铸铁中的合金元素主要是Mn,Cr,Cu,Sn,Mo等促进珠光体生成元素,这些元素含量的多少将直接影响珠光体的体积分数,同时这些元素在一定程度上细化石墨和珠光体,并且对铁素体起固溶强化作用,从而使灰铸铁具有较高的强度。因此,在熔炼过程中控制合金元素的含量也是提高铸件性能的重要手段。
3.3炉料的影响
炉料中某些合金元素和有害元素对铸铁性能也有影响。如生铁是Ti的主要来源,因此生铁使用量的多少会直接影响材料中的w(Ti)量,Ti影响灰铸铁的切削加工性能及增加薄壁件的渗漏的倾向。又如废钢是许多合金元素的来源,所以废钢的选择和加入量对铸铁的力学性能也有直接的影响;增大废钢加入量可以减少生铁粗大石墨遗传性的影响,但采用全废钢感应电炉熔炼时,增碳工艺必不可少,此时增碳剂的选用是关键。必须选用经过高温石墨化处理的增碳剂,因为只有经过高温石墨化处理,C原子才能从原来的无序排列状态过渡到片状石墨的有序排列状态,这样的片状石墨才能成为石墨形核的较好核心,从而起到促进石墨化的作用。此外,选用经过高温石墨化处理的增碳剂,可有效防止铸件产生氮气孔。
3.4熔炼设备及微量元素的影响
冲天炉内的冶金反应非常强烈,其强烈的氧 化性气氛将炉料带入的绝大部分微量元素氧 化,并随炉渣一起排出,只有一小部分残留在铁液中,因此,一些对铸件有不利影响的微量元素(如Pb,Ti等)通过冲天炉的冶金过程,一般不会对铸铁产生有害作用;但是在冲天炉的高温熔炼过程中,一部分焦炭中的N和空气中的N2会被分 解,以原子形式溶入铁液中,使铁液中的w(N)量相对很高。而感应电炉熔炼是个重熔的过程,炉内几乎没有冶金反应,因此,炉料带入的微量元素对灰铸铁性能的影响较为明显。

 

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