孕育量一般是根據產(chǎn)品的金相組織確定的,要考慮的金相組織主要有石墨形態(tài)及長(cháng)短、是否出現滲碳體、珠光體含量等。濕型砂是所有砂型中冷卻速度最快的砂型,含水量一般在3.0%左右,有些達到4.0%。因此,濕型砂生產(chǎn)灰鐵件最容易導致薄壁部位出現滲碳體,在其它條件不變的情況下,這成為判定孕育量加入多少最重要的依據。

許多公司曾經(jīng)遇到這樣的問(wèn)題：同樣的原鐵液、同樣的孕育劑在不同的產(chǎn)品上用量相差很大,從0.15%到0.9%不等,而且加0.9%孕育量的產(chǎn)品薄壁部位還經(jīng)常出現滲碳體。即使零件形狀差別再大,如此大的偏差也是不合常理的,為此,我們進(jìn)行了現場(chǎng)調查,結果如表1。

由于出鐵和吊爐料上爐臺是同一臺吊車(chē),要改變出鐵方式對生產(chǎn)和物流勢必產(chǎn)生較大影響,于是我們選擇了加大隨流孕育的方式。根據各方面資料介紹,一般灰鑄鐵孕育量在0.2%左右就足可以保證孕育良好,我們則嘗試進(jìn)行了加大隨流孕育量的試驗,試驗結果見(jiàn)表2。

 可知,增加隨流孕育加入量后,出鐵槽孕育劑加入量大大降低,因此,隨流孕育是解決孕育衰退好的辦法。但隨流孕育加入量太大,孕育劑有不能完全溶解的危險,因此,我們最后選擇了出鐵槽0.3%+隨流0.18%的方式。相對濕型砂,樹(shù)脂砂對灰鐵件的激冷要小得多,白口產(chǎn)生的可能性也要少很多,因此,確定孕育量主要應該考慮石墨形態(tài)及長(cháng)短,珠光體含量等。

某公司產(chǎn)品經(jīng)常出現白口,白口對產(chǎn)品加工性能影響很大,如何預防和消除一直是公司日常工作的重點(diǎn)。產(chǎn)生白口的原因很多,我們在此拋開(kāi)零件本身的形狀和型砂水份的影響,僅就鐵液和孕育方面進(jìn)行一些探究。

2.1 鐵液質(zhì)量的影響   

眾所周知，如果原鐵液白口深度深則產(chǎn)品白口也深。原鐵液白口深度與生鐵白口的遺傳性、廢鋼加入量的多少以及w(S)量的高低有關(guān)。在生產(chǎn)過(guò)程中,曾經(jīng)有一段時(shí)間,由于生鐵緊張,該公司只能用球鐵生鐵來(lái)生產(chǎn)灰鐵鑄件,其w(Si)量特別低,采用原有的孕育方式,產(chǎn)品白口多且深,只能用增加孕育量的辦法來(lái)消除白口。

多用廢鋼也會(huì )導致產(chǎn)品白口增加。而S對孕育的作用已經(jīng)比較清楚,w(S)在0.05%~0.1%,對孕育是有好處的,當然對減少白口也是有益的;如果w(S)低了,可以用加硫鐵精礦的辦法來(lái)補充,但w(S)是不是低于0.05%孕育就一定有問(wèn)題呢?該公司曾經(jīng)在很長(cháng)一段時(shí)間內,產(chǎn)品中w(S)量在0.02%~0.04%,也沒(méi)有出現孕育不良的問(wèn)題,分析認為,這可能與該公司使用的孕育劑有關(guān)。  

該公司使用的SiBaCa孕育劑對高、低w(S)量鐵液均有良好的孕育作用。不過(guò),為了保證良好的孕育,w(S)量還是稍高一點(diǎn)好。 

2.2孕育的影響

現有的消除白口能力強的孕育劑主要有含Sr、RE、Ca等元素的孕育劑,一般可確保在15~20min內三角試片不出現白口,這對大多數產(chǎn)品來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠。不過(guò)再強的孕育劑都存在衰退問(wèn)題,所以預防白口的關(guān)鍵是鐵液孕育后如何盡快澆注的問(wèn)題,而加強隨流孕育無(wú)疑又是其中好的辦法。  

我們的經(jīng)驗：只要隨流孕育加入量在0.15%左右,對大多數產(chǎn)品而言,白口問(wèn)題基本可以得到解決。 

市場(chǎng)上銷(xiāo)售的孕育劑品種很多,應該選擇性?xún)r(jià)比高又適合自己的孕育劑產(chǎn)品。  

3.1  75SiFe

75SiFe是最常采用的孕育劑,其中的Al、Ca對孕育效果有重要的作用。但75SiFe孕育的鐵液衰退很快,大件生產(chǎn)和流水線(xiàn)澆注爐生產(chǎn)時(shí),一般不宜選擇。要有效促進(jìn)A型石墨形成,防止薄壁處白口的產(chǎn)生,必須加大75SiFe加入量,有時(shí)要達到1.0%,但加入量1.0%不僅增加成本,而且有可能導致鑄件縮松。因此,不建議將其作為孕育劑。

3.2  含Sr孕育劑

含Sr孕育劑消除白口的能力很強,有利于改善薄壁鑄件中石墨的形態(tài)和分布狀況,使不同厚度處組織的差別更小,理論上還有預防縮松的作用。含Sr孕育劑對w(Al)、w(Ca)量有很高的要求,因為Al、Ca的孕育作用與Sr的作用剛好相反。一般要求w(Al)≤0.1%,w(Ca)≤0.3%,要達到這樣的w(Al)、w(Ca)量,必須對SiFe進(jìn)行精煉,勢必增加含Sr孕育劑的生產(chǎn)成本,所以含Sr孕育劑都比較貴,差不多是75SiFe的2倍。 

不過(guò)含Sr孕育劑的加入量約為75SiFe的三分之一,因而總體來(lái)說(shuō),相比75SiFe的孕育效果有提高,經(jīng)濟上也是劃算的。有資料介紹含Sr孕育劑能夠解決產(chǎn)品縮松問(wèn)題,然而該公司的生產(chǎn)實(shí)踐證明并非如此：生產(chǎn)的一種冰箱壓縮機零件,在產(chǎn)品的厚大部位偶爾出現縮松。公司曾試過(guò)修改澆注系統以增加對產(chǎn)品的補縮,降低澆注溫度減少產(chǎn)品的液態(tài)收縮,但效果均不明顯。試用含Sr孕育劑,加入量為出鐵槽0.25%+隨流0.15%,產(chǎn)品石墨等級為5級,薄壁部位無(wú)白口,但解剖厚大部位,仍存在縮松。產(chǎn)品共晶團數量為200個(gè)/mm2左右,比SiBaCa的500個(gè)/mm2左右確實(shí)要少,說(shuō)明含Sr孕育劑沒(méi)有問(wèn)題,同時(shí)說(shuō)明含Sr孕育劑解決縮松效果是比較有限的,不可期望太高。

3.3含Ba孕育劑 

含Ba孕育劑最重要的作用是減緩孕育衰退,具有很強的促進(jìn)石墨化的能力,可改善薄壁鑄件中石墨的形態(tài)和分布狀況,進(jìn)而減少厚薄部位的硬度差。w(Ba)在20%～30%的SiBa孕育劑,能顯著(zhù)降低鑄鐵的白口傾向,可保持孕育效果的時(shí)間增至30min左右,特別適用于大型鑄件,而用于小件可能導致產(chǎn)品珠光體量不夠。目前比較廣泛使用的是w(Ba)在2%~3%的含Ba孕育劑,加入量0.3%左右,鐵液在20min內孕育基本不衰退,其價(jià)格僅比75SiFe貴1000多元,用量約為75SiFe的三分之一,是值得廣泛推廣的孕育劑。 

3.4稀土復合孕育劑

稀土孕育劑一般不單獨使用,經(jīng)常和Ba、Ca合成一種稀土-Ba-Ca孕育劑,在保留含Ba孕育劑優(yōu)點(diǎn)的基礎上,脫氧能力更強,對高w(S)鐵液特別有效。但這種孕育劑加入量不能過(guò)高,否則產(chǎn)品中w(RE殘)量過(guò)高,可能使鑄鐵結晶時(shí)產(chǎn)生過(guò)冷,出現滲碳體組織。使用時(shí)必須嚴格控制用量,用量不超過(guò)0.4%。稀土孕育劑價(jià)格也不是太貴,只比含Ba孕育劑稍高,是值得選擇的一種孕育劑。

我們應該如何控制好購買(mǎi)的孕育劑質(zhì)量呢? 

4.1化學(xué)檢測

通過(guò)檢測孕育劑中的Si、Al、Ca、Ba、稀土等的質(zhì)量分數可以初步判定孕育劑是否合格,但這些元素的檢測比較復雜,需要時(shí)間比較長(cháng),一般鑄造廠(chǎng)并沒(méi)有這種能力,因而,下面的方法更加實(shí)用。 

4.2目測

開(kāi)袋檢查孕育劑顏色是否正常?黑渣是否多?不符合粒度要求的、太粗的或太細的是否過(guò)多?這些問(wèn)題最經(jīng)常出現,每次進(jìn)貨之后一定要開(kāi)袋檢查。某公司曾經(jīng)購買(mǎi)過(guò)一批孕育劑,化學(xué)檢測元素合格,便投入使用,結果導致20多爐產(chǎn)品出現白口及石墨異常。經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現是孕育劑中黑渣太多,孕育劑顏色發(fā)暗造成的。 

4.3現場(chǎng)試用

每批孕育劑到廠(chǎng)后,經(jīng)上述檢查合格,大家還要現場(chǎng)試用3~5爐,通過(guò)金相分析產(chǎn)品的石墨、白口、珠光體等組織,與正常生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行對比,發(fā)現異常立即停用,可避免批量產(chǎn)品報廢。 

4.4供應商的選擇

在選擇供應商時(shí),一般選擇規模大一些并有一定信譽(yù)的供應商,這樣,質(zhì)量比較有保證。有些供應商沒(méi)有自己的冶煉爐,也沒(méi)有產(chǎn)品的化學(xué)檢驗手段,只是從他人手中購買(mǎi)大塊的原料進(jìn)行破碎,這樣的供應商的質(zhì)量保證能力很弱。 

孕育不良將導致石墨異常,薄壁部位出現白口,力學(xué)性能低下等問(wèn)題;而孕育過(guò)量則導致石墨粗大,珠光體量不足,力學(xué)性能低下等問(wèn)題。

孕育過(guò)量一般在工藝試制過(guò)程中容易出現,在正常生產(chǎn)條件下則一般不會(huì )出現。2006年,某公司把75SiFe孕育劑更換成SiBa孕育劑,雖然工藝試驗時(shí)已經(jīng)把孕育量從1.0%降為0.6%,然而客戶(hù)反應加工后產(chǎn)品厚大部位仍出現石墨粗大,直到將孕育量降至0.4%后產(chǎn)品才恢復正常,這說(shuō)明孕育過(guò)量或不足對不同的孕育劑是不同的。 

正常生產(chǎn)條件下孕育不良不會(huì )出現,但在設備出現問(wèn)題時(shí),尤其在流水線(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中,用澆注爐澆注鐵液的工藝則經(jīng)常出現孕育不良。因為在出現設備故障時(shí),澆注爐中還存放有已經(jīng)孕育但沒(méi)有澆注的鐵液,隨著(zhù)故障時(shí)間的延長(cháng),這些鐵液將因為孕育衰退而導致孕育不良。在鐵液量不太多時(shí),我們一般采取在下包鐵液中適當多加孕育劑的辦法來(lái)重新孕育;而如果鐵液量太多,則只能把澆注爐中的鐵液重新回爐處理。 

孕育劑必須放在干燥通風(fēng)的地方,回潮的孕育劑必須烘干后方可使用。每年3~5月,是南方的梅雨季節,越是通風(fēng)的地方空氣反而越潮濕,因此,這個(gè)季節使用孕育劑要更加小心。加在出鐵槽或轉運包的孕育劑不必烘干,只須在出鐵前幾分鐘把孕育劑放在出鐵槽或轉運包內,利用余熱把孕育劑烘干即可,特別注意的是,加入轉運包的孕育劑不可過(guò)早,否則孕育劑有被氧化或粘在包底的危險,影響孕育效果。

隨流孕育裝置和澆注機在一起,每天可提前把隨流孕育劑放在澆注機的爐臺上自然干燥1~2h,然后再加入到隨流孕育裝置中,一般不需要專(zhuān)門(mén)烘干。有些工廠(chǎng)用壓縮空氣來(lái)帶動(dòng)隨流孕育劑,一定要注意壓縮空氣的干燥問(wèn)題,否則,壓縮空氣的水份可能對孕育產(chǎn)生影響。 

灰鑄鐵的孕育對產(chǎn)品質(zhì)量起著(zhù)至關(guān)重要的作用,因此要慎重選擇孕育劑種類(lèi),并且要特別注意使用方法,盡可能把孕育置后以增加孕育效果,減少孕育劑用量,穩定產(chǎn)品質(zhì)量。