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Study on the effect of nodulizer on casting quality

2019-03-07 13:01:22 admin
王清健1,杜永红1,令军科1,解戈奇2,3 
     (1.陕西金鼎铸造有限公司,陕西宝鸡 722408;2. 西安远大铸造材料技术有限公司,陕西西安 710077;3. 陕西远大新材料技术有限公司,陕西西安710077) 
 
    摘要:不同厂家所生产的相同成分的球化剂,可能因生产工艺、技术水平等因素,导致MgO含量有所不同,因此,即使按同一工艺在生产中运用,获得的石墨球数量及力学性能、废品率均有差异,选择含MgO低的球化剂,对生产出性能优良的铸件非常重要。 
   关键词:球化剂;MgO含量;石墨球数量;强度;延伸率;气孔 
 
     作为生产球墨铸铁必不可少的球化剂越来越受到普遍关注。我们在选择球化剂的时候,可能面临着这样的困惑:相同成分的球化剂,厂家不同,即使按同一工艺在生产中运用,获得的金相组织及力学性能等仍有一定的差别。它们具体差别在什么地方,是什么原因形成的,为了搞清楚原因,我们根据西安远大和国内某厂提供的相同成分的球化剂,从使用角度做如下对比试验。 
 
     1试验方法 
     中频炉熔化,采用包底冲入法进行球化。
    1.1球墨铸铁球化剂、孕育剂组合 
       球化剂(粒度5.0~25.0mm)成分,见表1。 
                            表1 球化剂成分 
      Mg(%)      RE(%)        Ca(%)         Si(%)    Al(%     Fe    
 4.8~5.2   1.8~2.2   1.8~2.2   44.0~46.0    0.6≤   余量 
     (1)炉前孕育(一次孕育)
      孕育剂成分:Si68.0%~72.0%、Ba1.0%~3.0%、Ca1.0%~2.0%、Al1.2%~1.8%。粒度3.0~10.0mm,孕育剂加入量0.4%~0.5%。 
      使用方法:炉前出铁时随铁水流冲入包内,搅拌后扒渣。 
     (2)瞬时孕育(二次孕育) 
      孕育剂成分:Si66.0%~72.0%、Ba1.0%~3.0%、Ca1.0%~2.0%、Al1.0%~1.8%。粒度:0.1~0.7mm, 瞬时孕育剂加入量0.1%~0.15%。 
    1.2使用方法 
     (1)使用浇注机时,按规定设定孕育给料机速度,使孕育剂加入量控制在0.1%~0.15%范围内。 
     (2)大包倒小包时,瞬时孕育剂定量加入小包内,大包铁水冲入搅拌后扒渣浇注。 (注意,浇注时随流孕育剂进入型腔时间一定要比铁水流滞后1~2s左右,防止先进入型腔凉铁水熔化孕育剂困难,造成夹渣及硬质点等缺陷)。 
两个厂商球化剂成分,见表2。
           表2 两个厂商球化剂成分 (WB/%)
   厂商     牌号    Mg     Re     Ca     Si   Al       粒度   
 西安远大    KT-4  4.88  1.87  1.95   45.6  0.4   5~25mm
 国内某厂  Mg4RE2Ca2  4.89  1.87  1.93  45.38  0.43   5~25mm
    根据不同厂商球化剂按同一工艺浇注同一铸件(轴承座),在生产中试验,统计缺陷情况,并且每一包于球化爆发毕计时,第12min浇注一组Y型试块,从试块上取样进行金相及性能分析。 
 
     2试验结果及分析 
    (1)残留Mg衰退情况对比,球化率采用全自动球化率分析仪NAP-01进行检测,见表3。
             表3 Mg衰退、球化率汇总表 
产品名品   出铁重量 间 剂加入量  球化球化反应时  出铁温度 球化率  浇包号  TP数据  ①球化包内  ②第一箱 ③浇注第4分  ④浇注第8分  ⑤浇注第12分  末箱(第
15分)  
残留Mg%球化毕与末箱差值 
西安远大KT-4  1358  14   105 1515  90  残留Mg%  0.036  0.030  0.032  0.033  0.029  0.030  0.006 
  1340 14  98  1504  90   2 残留Mg%  0.039  0.036  0.032  0.033  0.035  0.035  0.004 
  1324 14  100  1509 90   3 残留Mg%  0.035  0.034  0.033  0.031  0.032  0.031  0.004 
  1350 14  110  1507  90   4 残留Mg%  0.038  0.036  0.037  0.037  0.032  0.029  0.009 
  1362  14  105  1506  90  残留Mg%  0.034  0.034  0.028  0.033  0.032  0.031  0.003 
国内某厂Mg4RE2Ca2  1354  15  84  1502  85   1 残留Mg%  0.040  0.037  0.035  0.035  0.031  0.030  0.010 
  1338  15  77  1507  85   2 残留Mg%  0.041  0.032  0.038  0.033  0.028  0.030  0.011 
  1330  15  81  1508  85   3 残留Mg%   0.038   0.033   0.036   0.033   0.031   0.031   0.007 
  1358  15   71  1506  85   4 残留Mg%  0.042  0.035  0.039  0.035  0.031   0.031   0.011 
  1336  15  74  1500  90   5  残留Mg%   0.046  0.036  0.035  0.037  0.032  0.032  0.014 
                                                                     从爆发毕至浇注15min, 西安远大球化剂残留Mg每包平均衰减0.0052%,国内某厂球化剂残留Mg每包平均衰减0.0106%。 
     西安远大球化剂平均爆发时间为103.6s,国内某厂球化剂平均爆发时间为77.4s。 
     西安远大球化率平均为90%,国内某厂球化率平均为86%。
    (2)同部位石墨球个数对比,见表4、表5,图1。
                  表4 平均石墨球数
            厂商                            平均石墨球数     
     国内某厂Mg4RE2Ca2                 440
       西安远大KT-4                480
   
                           图1 对比图 
            表5 西安远大球化剂与国内某厂球化剂同部位石墨个数对比
     (3)力学性能结果,见表6。
                
(4)加工缺陷比较,如表7所示。
3 .结果比较和分析
3.1结果比较 
    (1)西安远大提供的球化剂生产出的铸件,石墨球径更小数量更多,比国内某厂球化剂石墨球数增加9%。 
    (2)用量更少,比常规球化剂用量减少7%。 
    (3)球化率较高,均达到了90%以上。球化衰退更慢。 
    (4)性能更优,强度、延伸率均好于国内某厂。 
3.2结果分析
     从两个厂商提供的球化剂外观来看,颜色、大小、致密性等基本相同,并无明显区别。为进一步分析造成结果差异的原因,根据2004年修订的国家标准[1],球化剂中MgO含量应≤1.0%的要求,采用化学分析法对MgO进行检测:西安远大KT-4型球化剂的MgO为0.38%,而国内某厂Mg4RE2Ca2型球化剂的MgO为0.59%,这可能是两个厂家球化剂生产铸件产生石墨球数、性能差异的根本原因。 
     球化剂中的镁含量是有效镁+氧化镁含量,但生产厂家提供的检测报告中,一般只标注镁的总含量,没有标注氧化镁的含量。实际上,氧化镁对球化效果及金相性能影响较大。氧化镁在铁水中属无效镁,直接减少了有效镁的含量,如果氧化镁含量高就意味着有效镁含量低,球化能力随着氧化镁的增加而降低。只有有效镁越高,石墨球才更多,更圆整(在生产工艺相同的情况下)。同时,这种无效镁的增加,残留在铸件中造成铸件气孔、夹渣增多。因此,在含镁量相同的球化剂中,它们的球化能力及金相性能及气孔、夹渣缺陷随着含MgO量不同而不同。
 
 4结论 
     一个合格的球化剂,除了外观致密、没有夹杂物之外,更重要的是其化学成分的含量及均匀性。除了常规的Mg、Ce、Si、Ca等元素,生产厂和使用厂应加强对MgO的分析和检测,较低的MgO不仅可可以提高球化效果,延长爆发时间,提高力学性能,因此选择较低的MgO的球化剂,对生产优质铸件至关重要。
 
 参考文献: 
 [1] 2004版《铸造行业标准规范汇编》
 [2] 赵建康.铸铁铸铁及其熔炼[M].北京:机械工业出版社,1981.
 [3] 董若璟.冶金原理[M].北京:机械工业出版社,1981.

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