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改善機床灰鑄鐵鑄件性能的措施

時間:2019-05-21 16:32 作者:東建鑄造 點擊: 次
近年來,由于我國制造業的迅速發展,對機床的需求量不斷增長,但其中高精度機床基本上全由國外進口。造成這種情況的主要原因是我國生產的機床鑄件不僅外觀不如人意,而且精度控制較差。
1我國機床灰鑄鐵件生產中存在的問題
(1)碳當量低,導致鐵液的流動性變差和白口傾向、收縮、鑄造應力均增大,同時鑄件的斷面均勻性降低、彈性模量偏小、加工性能較差。
(2)廢鋼加入量少、生鐵加入量偏多的情況下,熔煉溫度較低,鐵液中的粗大石墨得不到改善,鑄件出現異形石墨的幾率增大,不能保證石墨形態較終為A型。
(3)利用中頻電爐進行熔煉,鐵液中的、一般均小于0.055%,鐵液孕育效果較差,鑄件的內在質量不能得到保證。
(4)孕育量過大和孕育方法不當。
(5)時效處理時只注重加熱溫度和時間,忽略升溫速度、爐內溫差、降溫速度等因素,使時效后的鑄件質量大打折扣。
2對機床灰鑄鐵件的要求
高碳當量、高強度灰鑄鐵是機床鑄鐵件的發展方向。因為機加工設備的高速切削、輕量化和高精度化,不僅要求鑄件薄壁化和具有良好的切削性能、減振性能、鑄造性能,而且具有較低的鑄造應力和較高的彈性模量。高碳當量、高強度灰鑄鐵把強度和石墨化程度結合在一起,在較高水平上達到綜合性能的平衡。所以,國內機床灰鑄鐵件通常采用HT250,HT300,HT350等高強度灰鑄鐵,國外發達國家一般采用強度等級為300MPa和350MPa的灰鑄鐵。
一般要求機床灰鑄鐵件的石墨形狀為A型,石墨長度為4~5級;珠光體體積分數超過95%,碳化物體積分數低于3%;關鍵部位的硬度應在190240HBS,導軌的硬度差不超過20HBS。
3影響機床灰鑄鐵件性能的因素
3.1碳當量的影響
低碳當量高強度灰鑄鐵的流動性較低,使鑄件薄壁化及輕量化受到限制;碳當量降低使固態收縮增大,導致鑄造應力增加,鑄件變形及冷裂傾向增大;隨著碳當量的降低,鐵液的過冷度加大,鐵液白口傾向增加,機床鑄件薄壁處與厚壁處的組織、硬度差異加劇,導致斷面敏感性增大;碳當量的降低常導致硬度的提高,造成刀具切削量減少、切削速度降低,從而惡化了加工性能[m。因此,在相同強度條件下,應盡量實現更高的碳當量水平。
3.2合金元素的影響
灰鑄鐵中的合金元素主要是Mn,Cr,Cu,Sn,Mo等促進珠光體生成元素,這些元素含量的多少將直接影響珠光體的體積分數,同時這些元素在一定程度上細化石墨和珠光體,并且對鐵素體起固溶強化作用,從而使灰鑄鐵具有較高的強度。因此,在熔煉過程中控制合金元素的含量也是提高鑄件性能的重要手段。
3.3爐料的影響
爐料中某些合金元素和有害元素對鑄鐵性能也有影響。如生鐵是Ti的主要來源,因此生鐵使用量的多少會直接影響材料中的w(Ti)量,Ti影響灰鑄鐵的切削加工性能及增加薄壁件的滲漏的傾向。又如廢鋼是許多合金元素的來源,所以廢鋼的選擇和加入量對鑄鐵的力學性能也有直接的影響;增大廢鋼加入量可以減少生鐵粗大石墨遺傳性的影響,但采用全廢鋼感應電爐熔煉時,增碳工藝必不可少,此時增碳劑的選用是關鍵。必須選用經過高溫石墨化處理的增碳劑,因為只有經過高溫石墨化處理,C原子才能從原來的無序排列狀態過渡到片狀石墨的有序排列狀態,這樣的片狀石墨才能成為石墨形核的較好核心,從而起到促進石墨化的作用。此外,選用經過高溫石墨化處理的增碳劑,可有效防止鑄件產生氮氣孔。
3.4熔煉設備及微量元素的影響
沖天爐內的冶金反應非常強烈,其強烈的氧 化性氣氛將爐料帶入的絕大部分微量元素氧 化,并隨爐渣一起排出,只有一小部分殘留在鐵液中,因此,一些對鑄件有不利影響的微量元素(如Pb,Ti等)通過沖天爐的冶金過程,一般不會對鑄鐵產生有害作用;但是在沖天爐的高溫熔煉過程中,一部分焦炭中的N和空氣中的N2會被分 解,以原子形式溶入鐵液中,使鐵液中的w(N)量相對很高。而感應電爐熔煉是個重熔的過程,爐內幾乎沒有冶金反應,因此,爐料帶入的微量元素對灰鑄鐵性能的影響較為明顯。

 

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