25-30
2、孕育剂的储存与烘烤
破碎后的孕育剂极易氧化与吸潮,应封闭存放,使用前打开并放在有蓋板的铁箱内,供当天使用。有资料表明:孕育剂放在露天一年后,75FeSi孕育效果降低20-30%,稀土孕育剂降低25-30%,生产中还发现未烘烤的孕育剂使 孕育后的铁液中含氢量由2PPM增至5PPM。一些工厂孕育剂随意堆放,吸潮、氧化、污染严重、孕育作用大减。
孕育剂在使用前需经200℃-300℃下预热。在潮湿或梅雨季节对随流的细粒度孕育剂应特别注意预热,用压缩空气带动孕育剂的机械化孕育,在潮湿季节应对空气进行干燥处理,一些工厂曾为此付出了惨重的代价,造成了批量针孔缺陷或孕育不良。
3、孕育温度
随着铁液温度进入1500℃-1550℃时期,延时孕育、瞬时孕育的广泛应用,孕育温度的范围也在发生变化。实践证实,铁液的高温过热、低温孕育的原则是正确的,效果是良好的。
孕育温度最高不得超过平衡温度T平,只有在平衡温度以下,Si才能被氧化,其氧化物才能成为石墨核心,进行有效地孕育。孕育的作用增加石墨核心实验证明,较低的孕育温度对增核有利。图1表明灰铸铁1350℃的孕育效果优于1470℃的孕育,其A型石墨多,D型石墨少。对于球墨铸铁也是一样,低温孕育效果较好,提高孕育温度促使石墨数减少。
根据上述,对于出铁温度1480℃-1500℃时就在出铁槽或包内进行孕育的效果并不好,这种高温孕育导致石墨核心减少,孕育衰退严重。对高温出炉的铁液应采用倒包孕育+随流孕育。既满足了降低浇注温度的要求,也提高了孕育的效果。并注意这二者孕育中孕育剂的粒度与加入量的不同,前者粒度根据铁液量在3-25mm内变动,加入量一般为0.3-0.6%,后者粒度为0.2-0.7mm,加入量为0.10-0.15%,随流孕育的温度就是浇注温度,,国外的浇注温度根据铸件的壁厚与重量一般在1360℃-1430℃范围内,既防止产生夹渣、气孔、孕育效果也很好,对于几十吨至上百吨的重型铸件进行倒包孕育以降低浇注温度,在低温浇注进行随流孕育时,采用低熔点的孕育剂,粒度为0.5-1.0mm,并在2-4min内浇注完。有的工厂在浇注大件时,在浇注口盆内安置孕育块,孕育效果良好。
4、孕育的时间与孕育方法
孕育处理最大的问题是孕育衰退。图3显示了孕育过程的三个阶段,AB段表示原始晶核状态,加入孕育剂后,晶核数迅速增加,达到C点,时间约1min左右,此后晶核数下降到达D点,孕育效果完全消失。由此看出,瞬时孕育效果最好。使活化晶核数达到最大点,这就是为什么强调随流孕育、浇口盆孕育块孕育、型内孕育的重要原因。
灰铸铁孕育衰退时共晶团逐渐减少的情况见表3,孕育后8min共晶团数减少33%;灰铸铁孕育衰退时白口增加和抗拉强度下降的情况见表4,孕育后15min抗拉强度减少16%,30min后降低27%,这就是为什么强调需孕育后10min需浇注完,孕育方式重于孕育剂的原因。
表3 灰铸铁孕育衰退对共晶团数的影响
孕育保持时间/min
2
8
14
20
26
共晶团数/个·cm-3
87
58
41
35
31
表4 灰铸铁孕育衰退对抗拉强度与三角试样白口宽度的影响
孕育后保持时间/min
0
15
30
45
60
90
抗拉强度/MPa
380
320
300
280
230
220
白口宽度/mm
4.9
4.9
4.8
7.2
8.1
12
在解决孕育衰退中,一直存在着二种途径:一是在孕育剂上下功夫,加大孕育量,采用较大粒度孕育剂及较强抗孕育衰退的孕育剂,使衰退曲线CD平缓,采用的是传统的孕育工艺,即出铁槽孕育,包内孕育,倒包孕育及大块孕育等,图4为含钡硅铁与75硅铁孕育衰退曲线的对比,前者的孕育衰退优于后者;二是在孕育方法上下功夫,即延后孕育或瞬时孕育,其实质是不失C点孕育高位的时机,使铁液处于饱和孕育状态,其方法是浇口杯孕育,随流孕育,型内孕育等,其中以随流孕育应用最为广泛。国内某厂在生产壁厚不均的灰铸铁缸体、缸蓋上,采用了低合金化+随流孕育的工艺显著地改善了断面敏感性
75FeSi孕育剂最大的优势是孕育能力强,在增加共晶团数,提高强度,减小过冷度,增加灰铸铁A型石墨量方面甚为突出,但最大的劣势是孕育衰退快,孕育后7-8min,共晶团数则减少30%~50%,因此,根据其特点,75FeSi用在瞬时孕育中的随流孕育,浇口盆中的孕育块孕育及大包倒小包的倒包孕育最为合适,美国铸造协会对众多工厂调研后指出:“最好的孕育剂是75FeSi;选择孕育方式比选择孕育剂更重要。”其原因也在此。当然,随着铸件类别的增加与性能的提高,发展各类功能型孕育剂也是必要的。不过可在孕育方法选择后仍不理想时再行决定,表5、表6、表7为75FeSi与各类孕育剂的孕育效果对比
表5 75硅铁与6种孕育剂的成分
孕育剂成分类型
代号
化学成分(质量分数,%)
Si
Sr
Ba
Zr
Mn
Al
Ca
Cr
Cu
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