MC制造MC山西陽城華王通用離心鑄管廠/袁東洲孫家聚高修啟王張龍汽車變速器殼體用感應(yīng)爐熔鑄技術(shù)中頻感應(yīng)電爐是10多年來發(fā)展的一種用途廣泛、技術(shù)先進(jìn)的熔煉設(shè)備。由于中頻感應(yīng)電爐具有公認(rèn)的在熔煉的冶金質(zhì)量、成分和溫度調(diào)節(jié)、改善勞動條件、起熔方便、熔化速度快、降低成本、提高經(jīng)濟(jì)效益等方面顯示出的優(yōu)越性，應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大，而且容量向著大噸位和大功率、頻率可調(diào)的方向發(fā)展。從20世紀(jì)90年代，在歐、美等發(fā)達(dá)國家?guī)缀跻淹Ｖ箤ゎl坩堝式感應(yīng)電爐的制造。用中頻感應(yīng)電爐取代工頻感應(yīng)電爐和代替沖天爐已成為大勢所趨，而且為汽車制造業(yè)生產(chǎn)高品質(zhì)的鑄件開創(chuàng)了一條新路。
變速器殼體是汽車的基礎(chǔ)件之一，它既是多級齒輪的骨架，不僅要承重，還要經(jīng)得起許多高強(qiáng)度螺栓在擰緊時所應(yīng)起的局部較大壓應(yīng)力，鑄件本身必須具有較高的耐壓性及耐腐蝕性能，所以嚴(yán)格要求鑄件不得有疏松、晶粒粗大，以免引起潤滑與冷卻作用油的滲漏。在材質(zhì)選擇上，傳統(tǒng)上采用HT150或HT200的鑄鐵作殼體材料，其鑄件質(zhì)量顯然不能適應(yīng)快速發(fā)展的汽車工業(yè)不斷提高整體質(zhì)量的要求。
這就需要添加微量的Cr、Mo、Cu等合金元素，以致密的珠光體基體為主的高韌性適合于殼體的使用性能。為了生產(chǎn)高強(qiáng)度、高品質(zhì)的鑄鐵汽車基礎(chǔ)件，在鑄造時采用中頻感應(yīng)電爐成為必然。
在使用中頻感應(yīng)電爐熔制高強(qiáng)度鑄鐵汽車變速器殼體鑄造的實踐中，爐前質(zhì)量控制做法如下。
高強(qiáng)度合金鑄鐵成分設(shè)計為滿足變速器殼體材質(zhì)為HT250、硬度小于HB200、易切削加工的要求，進(jìn)行油壓試驗不滲漏的使用性能以及鑄造生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性需要，在鑄鐵中添加微量多元合金成分，選擇合理的工藝參數(shù)，使鑄鐵具有一定的化學(xué)成分和冷卻速度，獲得理想的金相組織和力學(xué)性能。要保證力學(xué)性能，就必須有好的基體組織和石墨狀態(tài)?？刂坪玫幕w組織來源于合理的成分配置與合適的孕育處理。孕育處理能改變鐵液的結(jié)晶條件，獲得細(xì)片狀石墨組織和細(xì)晶粒的珠光體基體。
現(xiàn)代零部件高強(qiáng)度低合金化孕育鑄鐵的成分設(shè)計，首先要充分考慮鐵水碳當(dāng)量對冷卻速度的影響。鐵水碳當(dāng)量過高，鑄件冷卻速度緩慢，鑄件厚壁處易產(chǎn)生晶粒粗大、嚴(yán)重則組織疏松，油壓試驗易產(chǎn)生滲漏；若碳當(dāng)量過低，鑄件簿壁處易造成硬點或局部硬區(qū)，導(dǎo)致切削性能不良。將碳當(dāng)量控制在3.85%4.15%時，既可保證材質(zhì)的力學(xué)性能，又接近共晶點，其鐵水的凝固溫度范圍較窄，為鐵水實現(xiàn)“低溫”澆注創(chuàng)造了較為客觀條件；而且有利于消除鑄件的氣孔、縮孔缺陷。
其次要考慮合金元素的作用。
只含一種合金元素，很難保證既要在共晶轉(zhuǎn)變時不致有形成硬區(qū)的傾向，又要使合金元素在共析轉(zhuǎn)變中起到穩(wěn)定和細(xì)化珠光體的作用。若成分中含兩種以上合金元素，讓多種元素之間有適當(dāng)?shù)呐浜?，則能達(dá)到理想的效果。如鉻、銅元素在共晶轉(zhuǎn)變中，鉻阻礙石墨化、促成碳化物、促進(jìn)白口；而銅則起促進(jìn)石墨化作用，減少斷面白口。兩元素相互作用在一定程度上得到中和，避免了在共晶轉(zhuǎn)變中產(chǎn)生滲碳體導(dǎo)致鑄件簿壁處形成白口或硬度提高；而在共析轉(zhuǎn)變中，鉻和銅都可起到穩(wěn)定和細(xì)化珠光體的復(fù)合作用，但各自的作用又不盡相同。以恰當(dāng)比例配合，能更好發(fā)揮兩者各自的作用。在含Cr0.2%灰鑄鐵中加入Cu2.0%，銅不僅促進(jìn)珠光體轉(zhuǎn)變，提高并穩(wěn)定珠光體量和細(xì)化珠光體，促進(jìn)A型石墨產(chǎn)生和均化石墨形態(tài)；銅還能少許提高Cr含量> 2%灰鑄鐵的流動性，這尤其對殼體薄壁類鑄件有利。復(fù)合加入鉻、銅可使鑄件致密性進(jìn)一步提高，因此對于要求耐滲漏的鑄件。加入適量的合金元素鉻、銅，有利于改善材質(zhì)本身的致密性，提高其抗?jié)B漏能力。
珠光體基體是生產(chǎn)中想方設(shè)法希望獲得的組織，因為只有以珠光體為基體的鑄鐵強(qiáng)度高、耐磨性好。錫能有效增加基體組織中珠光體含量，并促進(jìn)和穩(wěn)定珠光體形成，當(dāng)錫含量添加到0.1%時，鑄鐵的基體組織基本由珠光體組成。
錫是促進(jìn)石墨呈A型分布的最佳元素。為保證基體為珠光體，尤其在高比例使用回爐鐵的情況下，可加入微量合金元素錫。在生產(chǎn)實踐中，發(fā)現(xiàn)不含錫的試樣基體組織由鐵素體和珠光體近似各半的組織。
只要加入微量的錫（0.01%），就能使鑄鐵中的鐵素體減少近乎20%.隨著錫含量的增加，鑄鐵的抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度都有明顯提高。據(jù)資料介紹，當(dāng)錫含量超過0.26%以上時，強(qiáng)度和硬度隨呈上升趨勢，但鑄鐵基體組織中明顯出現(xiàn)碳化物，脆性同時增大，隨之帶來鑄件切削加工困難的問題。所以我們生產(chǎn)實踐的結(jié)論是，把錫含量控制在0.07%0.09%為佳。
原輔材料質(zhì)量是高質(zhì)量鑄鐵的基礎(chǔ)我們從原輔材料抓起，入廠原輔材料必須進(jìn)行取樣分析，做到心中有數(shù)。不合格的原輔材料決不投入使用。要保證高質(zhì)量的原鐵水，必須選用高碳、低、低硫、低干擾（生鐵供應(yīng)商要有微量元素分析報告單）元素的生鐵；選用純凈的中碳鋼，對其所含成分Cr、Mo、Sn、V、Ti、Ni、Cu等微量元素以化驗結(jié)果決定取舍，對能穩(wěn)定珠光體的廢鋼優(yōu)先選用。生鐵和廢鋼只有經(jīng)過除銹處理后方能允許使用，附著油污的要經(jīng)250*C烘烤。對鐵合金、孕育劑同樣采用定點采購，力求成分穩(wěn)定，塊度（粒度）合格，分類堆放，避免受潮。這樣的要求避免了鑄鐵爐料“遺傳性”帶來的缺陷。使用前的計量準(zhǔn)確是熔煉合格鐵液的質(zhì)量保證。特別指出，嚴(yán)禁爐料中混有密封器皿和易爆物，尤其對于感應(yīng)電爐更應(yīng)該如此。
配料應(yīng)遵循的原則堅持把理論配料（配料計算）和實踐經(jīng)驗相結(jié)合無論采取試算法還是圖解法，理論上計算的配料數(shù)據(jù)，不能確定為最終配比，還要掌握化鐵爐熔化過程中元素變化規(guī)律。就中頻爐而言，如果爐襯屬酸性材料，鐵液溫度高于1500C，在Si的加入量上只能取下限，而C必須取上限。這就是根據(jù)感應(yīng)爐冶金過程的特性所決定的，必須服從其冶金過程的物理化學(xué)規(guī)律。
現(xiàn)代零部件掌握各種入爐金屬材料的化學(xué)成分和各元素?zé)龘p與還原規(guī)律這就對回爐鐵、澆冒口、報廢鑄件的分類堆放、編號記載，提出成份明確的嚴(yán)格要求。爐內(nèi)還原的元素在配料時減去，爐內(nèi)燒損的元素配料時補(bǔ)上。
合金元素以一次性配入為原則除Si以外其他配料時取中限，合金（Mo、Cr、Cu、Sn等）可在熔清扒渣后加入，在酸性爐中燒損較少。C、Si在扒渣及孕育時還可以補(bǔ)充。就感應(yīng)爐熔煉鑄鐵而言，先增碳后加硅的原則還是必須遵循。
對P、S含量的控制P、S量主要來源于新生鐵，可以通過選擇爐料將P、S量控制在范圍內(nèi)，所以必須要求使用新生鐵的Wp低于0.06%；Ws含量低于0.04%，這樣在配料計算時P、S量就可以不予考慮（因配件的技凡入爐的所有金屬材料均嚴(yán)格要求準(zhǔn)確計量。
感應(yīng)電爐熔煉技術(shù)熔煉高強(qiáng)度鑄鐵目的是力求獲得高強(qiáng)度的鐵液成份和理想的鑄造性能。因而要根據(jù)中頻感應(yīng)電爐的冶金特性編制合理的熔煉工藝，必須從裝料、溫度控制及在各不同溫度下加入合金、增碳劑、造渣劑以及出鐵溫度各個環(huán)節(jié)嚴(yán)格控制，關(guān)鍵在力求用最短的熔煉時間、最小的合金燒損與氧化，達(dá)到控制和穩(wěn)定金相組織，提高鑄件質(zhì)量的目的。
MC制造MC在生產(chǎn)實踐中，我們將整個熔煉全過程分為三期溫度進(jìn)行控制。這里所謂的三期溫度指：熔清溫度、扒渣溫度和出鐵溫度。
熔清溫度，即取樣溫度以前的熔化期，決定著合金元素的吸收與化學(xué)成分的平衡，因此要避免高溫熔化加料，避免搭棚“結(jié)殼”。否則鐵水處于沸騰或高溫狀態(tài)，碳元素?zé)龘p加劇，硅元素不斷在還原，鐵水氧化加劇雜質(zhì)增加。按工藝要求熔化溫度控制在1365*C以下，取樣溫度控制在1420*C*10*C.取樣溫度低了存在鐵合金未熔化完，取的試樣其化學(xué)成分勢必?zé)o代表性；溫度過高，合金燒損或還原，還會影響到精煉期的成分調(diào)整。取樣后應(yīng)控制中頻功率，在爐前質(zhì)量管理儀對化學(xué)成分顯示出結(jié)果后恰好進(jìn)入到扒渣溫度。
扒渣溫度是決定鐵水質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，因為它與成份穩(wěn)定、孕育處理的效果密切相關(guān)，并直接影響到出鐵溫度的控制。扒渣溫度過高加劇鐵液石墨晶核燒損和硅的還原，特別對酸性爐襯，從理論上鐵水含Si偏高后將產(chǎn)生排C作用，影響按穩(wěn)定系結(jié)晶，存在著產(chǎn)生反白口傾向；若溫度過低，鐵水長時間被裸露，碳、硅燒損嚴(yán)重。再次調(diào)整成分時，不僅延長熔煉時間使鐵水過熱，而且易使成分失控。澆注時因冷卻增大鐵水的過冷度，正常結(jié)晶受到破壞。
出鐵溫度，我們一般控制在（消失模鑄造比砂型鑄造澆注溫度高），這是為保證澆注和孕育的最佳溫度。出鐵溫度的高與低都會對鑄鐵的結(jié)晶和孕育效果帶來影響，如果溫度過高（超過工藝規(guī)定溫度30C以上），盡管爐前快速分析結(jié)果C、Si也適中，但試澆三角試片白口深度會過大或中心部位顯現(xiàn)麻口。出現(xiàn)此種情況即使采取措施向爐內(nèi)補(bǔ)加碳或增大孕育量，筆者的實踐經(jīng)驗是效果欠佳。則需在調(diào)低中頻功率后，進(jìn)行爐內(nèi)降溫處理。即向爐內(nèi)加入鐵水總量15%經(jīng)烘烤的新生鐵，這樣試片斷口心部麻口就轉(zhuǎn)為灰口，頂尖的白口深度變小。若持續(xù)高溫時間較長，采取如上方法后，爐前仍須按“加一去一”的經(jīng)驗方法給爐內(nèi)補(bǔ)加FeSi75，把白口寬度控制在工藝規(guī)定范圍。出鐵溫度是按澆注溫度去控制，殼體類鑄件消失模鑄造合適的澆注溫度為1440C*20*C，才能夠?qū)崿F(xiàn)“高溫出鐵，適溫澆注”。嚴(yán)格掌握和控制住當(dāng)然最好。因為出鐵溫度低將導(dǎo)致澆注溫度低于1380C，既不利于脫硫、除氣，而且特別影響孕育處理效果。隨著溫度的降低，冷隔、輪廓不清將明顯增加。
鐵液孕育處理技術(shù)對生產(chǎn)變速器一殼體用HT250的孕育處理，賴以提高材質(zhì)的耐磨性，使鑄件的組織性能得以明顯改善，顯著提高各端面上的硬度值，而且要在穩(wěn)定厚端面上的珠光體量方面有相同作用，還可改善其壁厚的敏感性和鑄件在機(jī)械加工時良好的切削性能，尤其是要對防止殼體鑄件的疏松、滲漏有特殊作用。
孕育劑的加入量依據(jù)生產(chǎn)殼體鑄件的壁厚、成分要求和澆注溫度等因素確定，以壁厚處不出現(xiàn)疏松、滲漏，壁薄處不出現(xiàn)硬區(qū)為原則。在生產(chǎn)實踐中證明，Sr、Ba、Ca、Si-Fe孕育劑是精煉高強(qiáng)度灰鑄鐵最為理想的孕育劑，此種孕育現(xiàn)代零部件劑發(fā)揮鋇（Ba）抗衰退能力及提高A型石墨占有率和鍶（Sr）消除白口能力特強(qiáng)，鈣（Ca）和鐵（Fe）所起的輔助孕育和滲透作用。這種強(qiáng)強(qiáng)組合的孕育劑，是當(dāng)今生產(chǎn)高強(qiáng)度鑄鐵孕育處理中較為理想的選擇。
孕育次數(shù)與孕育效果的關(guān)系。
隨孕育次數(shù)增加，鑄鐵內(nèi)部石墨分布均勻程度改善，A型石墨占有率和石墨長度區(qū)別較大。經(jīng)兩次以上孕育的高強(qiáng)度A型石墨占有率高，分布均勻，長度適中。更重要的是多次孕育促使生成非自發(fā)晶核數(shù)量增多，強(qiáng)化了基體，從而提高并穩(wěn)定了鑄鐵的強(qiáng)度。
經(jīng)瞬時孕育處理，并以漏斗式孕育包用BaSiFe+FeSi75作后孕育處理，避免鐵液隨流孕育后澆注時間長，后孕育是控制與穩(wěn)定孕育效果的關(guān)鍵。孕育處理后的鐵水應(yīng)在限定時間內(nèi)澆注完畢，一般不超過8min，包內(nèi)二次孕育2 4min孕育效果最佳。硅鋇孕育劑可消除HT250的白口，改善其石墨形狀、分布，消除E、D型過冷石墨。因為E型石墨和鐵素體組織，將使材質(zhì)致密性降低，嚴(yán)重惡化抗?jié)B漏性能。用鋇硅鐵孕育的鑄件最薄處無白口產(chǎn)生，其抗拉強(qiáng)度均達(dá)到6，250N/mm2的要求，試棒硬度達(dá)到190230HB，殼體本體解剖，硬度在190HB左右，鑄件的品質(zhì)系數(shù)顯著提高，金相組織達(dá)到國外樣機(jī)殼體鑄造水平，珠光體為85%90%以上，滿足了汽車變速器殼體的強(qiáng)度要求與使用性能，其機(jī)械性能達(dá)到國外同類機(jī)型變速器殼體的材質(zhì)水平。