铸件化学成分的控制与配料Word文档格式.docx
《铸件化学成分的控制与配料Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《铸件化学成分的控制与配料Word文档格式.docx（14页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
泥浆泵缸套内套
2.8~3.1
0.5~0.8主要化学成分（
0.5~1.0）%
26~28
高铬锤头原材料名称
2.0~2.8C
0.3~0.8
1.0~1.2Si
22~26Mn
在接受生产绪如上述产品时，如果自己没有完全掌握铸件化学成分要求，以及没有详细了解铸件的服役状况时，应让用户提供尽可能详细的化学成分要求范围及热处理工艺。
当然作为生产厂家来说，必须尽多详细掌握自己产品所要求的化学成分范围及物理性能。
以便生产出用户满意的优质产品。
总之在生产配料之前，应了解所产铸件的目标化学成分，做到心中有数。
二、原材料的化学成分原材料的化学成分，指的是投炉所用的新生铁、废钢、回炉料的主要化学成分，以及硅铁、锰铁等铁合金的牌号或化学成分含量。
三、在冶炼过程中化学成分的增减变化要想掌握各种炉料在冶炼过程中化学成分的变化规律，将是一个较为复杂的问题。
冶炼设备的不同，如冲天炉（热、冷风）三节炉，中频感应电炉等，其化学成分的变化都各不相同。
即便是同一个炉子，因修炉所用材料的不同，以及操作方法的不同，冶炼过程中化学成分的变化也不相同。
以冲天炉为例，热风与冷风，风压的高低，风眼直径的大小，焦碳质量及块度的大小，修炉衬材料是酸性，中性或是碱性，对材质化学成分的变化都不尽相同。
、碳量的变化12）炉料中硅、锰（碳量的变化大体上可分为四种：
（1）炉料中含碳量高低的不同，碳量的增减率不同。
4）其它因素。
（3含量高低对碳量的影响。
（）炉温高低和炉气氧化性强弱对碳量的影响。
Page8of1．
（1）炉料的平均含碳愈低，碳向金属中的溶解度愈大，铁水就会发生增碳，废钢用量越大，这种现象越
明显。
炉料中平均含碳量愈高（例如在3.6%以上），铁水从焦炭中吸收碳量愈少，而碳的氧化烧损增加，铁
水含碳量不仅不增加反而减少。
如果炉料中的含碳量高达3.6~3.8%时，冶炼中铁水的含碳量就基本不变化了。
（2）铁水中含硅量越高，增碳量越少，这是因为硅可以溶解于铁内，降低了碳在铁中的溶解度。
锰则相
反，含锰量增加时，铁水增碳量也有所增加。
（3）加大焦炭用量，或者使用的焦炭块度小，都会使增碳量加大，这是由于增加了铁水与焦炭的接触时
间和接触面积。
铁料熔化成铁水滴下落，当流径赤热的底焦时，焦炭中的碳会慢慢溶到铁水滴中去，使铁水含
碳量增加，这叫作增碳作用。
这种作用主要发生在过热区和炉缸区。
铁水与焦炭接触的时间越长，接触面积越
大，温度越高，铁水增碳就越多。
冲天炉设有前炉，因为铁水能及时从炉缸中流入前炉，所以增碳较少。
搀炉
无前炉缸，铁水只能存在炉锅内而与焦炭接触的机率多，所以增碳量就越较大。
炉内温度升高会促使碳更快更多地溶解在铁水中，使增碳显著。
因此，如果其它条件不变而采用热风冲天
炉，就会因为提高了炉内温度，使增碳量加大。
在炉内还存在着使碳减少的因素，如铁水滴接近风口，或者风量很大，风压很高时，炉气中的氧会氧化铁
水而使含碳量减少（或称脱碳）。
增加风量，提高铁水温度，也会促使增碳。
但是增加风量后，由于加强了铁
水氧化，又有促使脱碳的作用，不过，在这种状态下，脱碳作用大于增碳作用。
（4）除以上因素之外，还有其它具体因素也影响着碳量。
提高底焦高度，铁水的过热路程延长，铁水温度提高的同时，也促使了碳向铁水中的溶解。
因此，底焦高
度过高时，铸铁的增碳量也大。
如果炉底高度垫的高，铁水下落流经的路程短，铁水及时流入前炉缸，减少了与焦炭的接触时间，增碳率
就小。
反之增碳量就大。
炉料过碎小而且配用量大时，易出现熔化速度快、铁水下落快、增碳量很小的现象。
伴随着这种现象的同
时，铸铁件也易出现白口缺陷。
在用冲天炉冶炼时，增碳和减碳这两个矛盾着过程，是同时进行的，影响含碳量的因素太多，很难精密的
确定。
用中频感应电炉冶炼时，无论是酸性、中性，或者是碱性炉、对碳量均有烧损。
如果操作不当，碳量的烧
损更大，当炉温达到浇注温度时，应及时降低功率，保温浇注，随着浇注时间的延长，碳的烧损量增大，应添
加增碳剂并加入接力脱氧剂。
2、硅量的变化
硅量的变化，主要取决于两个因素，
（1）炉衬的属性（酸性、中性或碱性）。
（2）炉温的高低以及在炉
内的停留时间。
用石英砂（）作修炉料，即用酸性炉冶炼钢铁时。
硅量的烧损不明显，如果颗粒细小的石英砂或石英SiO2粉用量大时，硅量不但不减少，反而会增加。
用镁砂（碱性）或铝钒土（中性）修炉衬时，硅的烧损量就大，其烧损率一般可按10—15%计算，硅铁
合金中硅的烧损率还要更高一些。
3、锰量的烧损
无论在任何炉中冶炼，锰量均有烧损，炉温越高，金属液在炉中的停留时间越长，铁水含硫量越高，锰的
烧损率就越高，其烧损率一般按15—25%计算，锰铁合金中锰的烧损率还要更高一些。
在冶炼过程中，除铜、钼等元素烧损量极少，在配料时可不考虑其烧损率，其它元素都有不同程度的烧损。
四、配料
Page8of2．
配料前在选择原材料时，即要照顾到铸件的质量要求，还要注意到各材料的价格，以及库存量，尽可能多的利用本厂的回炉料、废钢、废杂铁，以降低库存积压和降低铸件的生产成本。
配料方法及工式，除碳的配料计算方法是两个以上外，其它元素的配比计算方法，均是累积法。
1、碳的计算工式一、2C=1.8%+CL）C——铁水的含碳量（%式中
）——炉料中的平均含碳量（%CL——在用冲天炉冶炼时，炉料经预热、熔化、过热、还原过程中，脱碳量和增碳量的（估算）中间1.8%值。
该式只适应用于冲天炉碳量的计算，不适用于电炉配料的计算，且为了计算结果符合本单位设备的冶炼情系数须根据多次熔炼经验的修正选取。
况，1.8%3.2%，废3.4%3.1—，所用新生铁的含碳量3.8%，回炉料的含碳量例如：
HT250牌号灰铸铁的含碳量为
0.4%。
钢的含碳量25%。
40%，回炉料加入量35%，废钢加入量估算配比，新生铁加入量×
×
100%0.4+3.20.250.35+0.42C=1.8%+3.8
=3.17%
、累积计算法2就是将按比例投入的各种炉料，各自代入成分的量，相加在一起，把冶炼过程中的增减率计算在其中，再调整到目标成分的范围，该计算方法适应于冲天炉的配料，也适应于电炉的配料。
使用原材料的化学成分含量如表二所示：
表二
回炉料0.81.93.2
废钢0.50.40.27
＃＃6575牌号的灰铸铁，其化学成分要求如表三所，用冲天炉生产HT200用上述原材料并配用硅铁、锰铁
示。
表三：
成分PCSiMnS含量%
牌号≤<
0.150.7~0.90.121.8~2.13.1~3.4HT200
。
炉料中锰的20%根据实践经验应考虑到，增碳量为10%，炉料中硅的烧损为15%，硅铁中硅的烧损为
烧损为20%，锰铁中锰的烧损为。
25%经调整后材料配比如表四所示：
表四原材料）%配入量（
Page8of3．
Z18生铁回炉料
45
40
废钢
15
累积代入的成分：
碳）×
1.1×
0.4+0.4%×
0.15C=（3.5%×
0.45+3.2%（增碳置）≈3.2%1.37%（烧损率）≈×
0.4+-0.27%×
0.15）×
（1-0.15）硅Si=1.8%×
0.45%+1.9%）（铙损率）0.45+0.8%×
0.4+0.5%×
0.15锰Mn=（0.7%0.568%≈当然每次配料，不可能一次配料计算成功，需多次调整配料比，方能达到理想，对于初掌握者来说，尤其是这样。
、碳的计算方法三，列方程式3该配料方法的优点是，在掌握了冲天炉增碳量之后，可一次配料成功，不需要试调配几次。
原材料的化学成分含量如表二所示；
HT200铸件材质，各化学成分要求范围如表三所示；
冲天炉增碳量为10%。
，回炉料代入碳：
先确定回炉料的加入量为40%0.4=1.28%3.2%×
10%以前的量）：
总入炉料应代入碳（即未增碳
≈（增碳量）（要求碳量中线）2.91%1+10%3.2%
生铁和废钢共需代入碳：
2.91%-1.28%=1.63%列方程式：
x设生铁加入量为
（废钢含碳量）×
[（1-40%）-x]=1.63%x=45%（生铁含碳量）×
3.5%x+0.4%％＝１５％％）－废钢加入量：
（１－4045以上配料，碳达到了预期目的，但硅、锰仍达不到要求，需要补加硅铁和锰铁，补加硅铁、锰铁及其它任何铁合金，均可用下式求得。
收得率合金含量要求100%%%%补加量（％）＝
％，还差％的硅量，需要添加硅铁来补充其差，硅0.58目标中线硅含量是1.95％，炉料中代入硅是1.37铁的需补加量即可用上式算出。
100%0.80.58%75%７５＃补加量（％）＝硅铁
1%≈８％，还差0.232的锰量，需添加锰铁来补充。
0.56目标中线锰含量应是0.8％，炉料代入的锰是
100%65%0.232%0.75６５＃补加量（％）＝锰铁
≈0.5%在生产普通铸铁或者普通钢时，掌握了以上方法基本可以指导生产了，但是，在生产合金钢，特别是高合金钢时，还要考虑到，为保证材质有足够的合金成分含量，在添加铁合金时，随之而代入的其它成分，另外还要考虑到如何降低生产成本。
例如用电炉生产合肥水泥研究设计院研究的“中铬多元合金钢”时。
中碳多元合金钢的主要化学成分含量如表一所示，常用的铬铁化学成分如下表所示：
类别化学成分含量%
Page8of4．
Cr
SiC
低碳铬铁60
0.52.0
高碳铬铁62
3.09.5
才能接近中线要求，由于铬铁中含有一定8%在配料过程中，铬含量取中线5%，就需要加入上表中铬铁时，如果全部用高碳铬5%量的碳和硅，加入8%铬铁的同时，势必引起碳和硅的增加。
另外，在保证铬含量铁，碳量必超。
如果全部用低碳铬铁，再用增碳剂调碳，又会因为低碳铬铁的价格比高碳铬铁的价格高的太多，而使生产成本上升。
在保证化学成分合格又要降低生产成本的情况下，采用低碳铬铁和高碳铬铁的搭配使用。
在实际生产中，当炉前化验结果出来后（碳、硅），要想很快的正确的搭配投料比，确有一定困难，而且往往容易忙中出错，所以要不断总结经验，作到熟中生巧。
为了便于配料，我们列制一个如表五的常规配料表，操作起来就方便、快捷、准确了。
表五：
炉前化验铬铁加入量（%）%）铬铁代入硅量（
）碳（%
高碳铬铁低碳铬铁
0.240.24440.20.353530.180.462
）有两栏格内的高低碳铬铁为什么是两种配比呢？
尽管都是“中碳使用上表有两个问题需要说明：
（1多元合金钢”，由于所要浇注的铸件不同，根据其服役状况的不同，有意识的取碳的上线或下线。
本文后有（所述。
2）炉工在操作中只要注意投料质量，硅含量就不会超限。
炉前化验硅含量，加上铬铁代入硅量的和，与目标硅量的差，再加硅铁补充。
在了解上述配料基本知识和注意事项之后，虽然可以指导生产了。
但是，想要使自己的产品质量更加稳定，使铸件化学成分稳定在最佳含量范围内，从而达到铸件最佳物理性能的匹配，作到物尽其用，还是不足到，还要进一步了解，并懂理以下因素：
1）即便是同一材质要求的铸件，由于铸件自身几何形状不同，由于铸件服役工况条件的差异，而有（意把其中某个成分控制在上线，或某个成分应控制在下线。
例如球磨机的一仓衬板与二仓衬板或隔仓板。
一仓衬板在服役工作时所承受的冲击力较大，而二仓衬板所承受的冲击力相对较小。
大直径球磨机衬板所承受的冲击力就大，而小直径球磨机衬板所承受的冲击力就小。
即便要求都是“中铬多元合金钢”材质，但是在配料作业中，前者的碳量有意识的取下线，提高其冲击韧性，防止工件断裂而失效。
后者的碳量则应取上线，而提高其硬度，增强抗磨损能力。
隔仓板由于其几何形状复杂，厚薄悬殊大，孔多体长，自身产生应力，虽然承受的冲击荷较小，其含碳量也应有意识取下线。
2）根据铸件的服役状况，什么样的铸件应取什么样的金相，哪个成分的高低，对材质金相有什么样（的影响？
能引起材质综合物理性产生什么样的变化？
都应作到心中有数。
例如油田钻井用的泥桨泵高铬双金属缸套的内套和采石厂用的破碎机锤头，它们的材质都是高铬铸铁，其主要成分见表一，由于它们的工况条件各不相同，在控制其化学成分的上下线时就存在差异。
如碳和锰，在高铬铸铁中，碳含量高金相中碳化物量多，材质相对硬度高耐磨性好而韧性降低。
锰在高铬铸铁中起到稳定奥氏体的作用，我们知道，奥氏体是个软相，硬度低而韧性好，只有在强冲击磨损条件下才发生相变，才能使硬度提高耐磨损性能良好。
Page8of5．
而泥桨泵缸套的内套，主要承受的是滑动磨损，几乎不存在冲击磨损，对材质的硬度要求高而对韧性要求相
对低些，所以其含碳量应控制在中上线，而锰含量应控制在中下线。
破碎机锤头的情况就不同了，工作中承受着强冲击磨损，对材质的冲击韧性及硬度要求都高，而耐磨性和冲
击韧性又是一对矛盾，有时还不得不顾此失彼。
为了实现材质冲击韧性和硬度的最佳配合，需要弄清诸多因
素存在间的相互关系，此处不再赘谈。
就仅对高铬锤头材质中碳和锰量来说，碳含量应适当取中下线，而锰
含量应取其中上线。
炉前调整化学成分（即调料）
由于低谷电价低，而焦炭价格不断上升，另处，随着科学技术的不断进步，对铸件质量要求越来越高，
对铸件化学成分的控制也越来越严格，所以越来越多的厂家选用中频电炉生产铸件。
在市场竞争中，为了降低生产成本，有用粒子钢或废钢加增碳剂来生产球铁，用废杂钢生产铸钢件，这
就要求炉工和炉前技术人员掌握调整成分即调料的技术。
调料仍按上述的配料工式，只是应用起来速度较慢。
如果工式的计算过程全部理解了，其实在生产过程
中无需用笔，通过口算、心算就可以解决问题。
以一吨电炉调硅含量为例
如果终硅要求含量是1.8%，炉前化验是1.3%，还要补加0.5%的硅，补充硅含量用的是硅铁，需要加多
７５＃真实含硅量大都达不到75%，还有烧损率）心算时把70%70%计算，（硅铁念少硅铁。
把硅铁的含硅量按作0.7，乘多少（即加入量）接近于0.5%的0.5呢？
心算“七·
七得四十九”，硅铁加入量按0.7%时带入硅
是0.49%，接近于0.5%，为了成分更准确些，无非是在称硅铁时，适当多称几两即可。
如果需要补加0.2%的硅，心算“三·
七得二十一”，加入0.3%的硅铁就可以了。
心算的工式可以这样排列：
合金含量×
X（加入量）＝需要补加量
“熟能生巧”，经常总结经验，用增碳剂或生铁如何提高碳，用废钢如何降碳，都可以通过心算或者口
算一次搞定。
除上述之外，还应有炉前三角试片的观察分析能力，例如，同样的HT200或HT250，但由于铸件的大
小，厚薄不同，要求各成分含量的高低就不同，特别是用大型冲天炉，浇注生产体积大小不同的铸件，仅靠
炉后配料控制铁水的化学成分含量，是不能满足各种铸件结晶组织和物理性能要求的。
在这种情况下，炉前
观察分析三角试片尤为重要，例如；
当浇注薄壁铸件时，三角试片的白口深度，比以往观察（经验）的大时，
就要及时住包中适量加硅铁，进行调补。
当浇注厚大铸件时，如果三角试片的白口深度过小，就要及时往浇
包中加入适量的锰铁。
还要总结掌握，通过观察三角试片铁水的翻花花纹，来分析判断铁水性能的经验，以
便尽早的及时采取措施。
作为铸造熔炼技术工作者来说，除了详细理解上述技术知识之外，还应该经常深入到生产第一线，并很
好的与工人师傅相结合，这也是至关重要的。
在实践中，把理论与实践结合起来，掌握规律，总结经验，制
定工艺。
只有这样，工作起来才能得心应手，游刃有余，作业无误。
各种元素对铸铁组织性能的影响
碳是铸铁的基本组元，在铸铁中的存在形式主要有两种，一种是以游离碳石墨的形式存在，另一种是以化合碳
渗碳体的形式存在，也正是碳在铸铁中的这种存在形式可把铸铁分成许多类型可把铸铁分成许多类型,在灰铸
铁中，碳的质量分数控制在2.7%-3.8%的范围内，碳主要以片状石墨形式存在，高碳灰铸铁的金相组织为铁素
体和粗大的片状石墨，机械强度和硬度较低，但挠度较好；
低碳灰铸铁的金相组织为珠光体和细小的片状石墨，
Page8of6．
有较高的机械强度和硬度，但挠度较差。
由于灰铸铁的成分位于共晶点附近，因此具有良好的铸造性能。
对于
亚共晶范围的灰铸铁，增加碳含量能提高流动性，反之，对于过共晶范围的灰铸铁，只有降低碳含量才能提高
流动性。
在QT中含C量高，析出的石墨数量多，石墨球数多，球径尺寸小，圆整度增加。
提高含C量可以
减小缩松体积，减小缩松面积，使铸件致密。
但是含C量过高则降低缩松作用不明显，反而出现严重的石墨
漂浮，且为保证球化所需要的残余Mg量要增多。
2.Si
硅是铸铁的常存五元素之一，能减少碳在液态和固态铁中的溶解度，促进石墨的析出，因此是促进石墨化的元
素，其作用为碳的1/3左右，故增加硅量会增加石墨的数量，也会使石墨粗大；
反之，减少硅量，会使石墨
细小。
在灰铸铁中，硅的质量分数控制在1.1%-2.7%的范围内，一般碳硅含量低可获得较高的机械强度和硬度，
但流动性稍差；
反之，碳硅含量高，流动性好，机械强度和硬度较低。
当薄壁铸件出现白口时，可提高碳硅含
量使之变灰；
当厚壁铸件出现粗大的石墨时，应适当降低碳硅含量，并达到提高机械强度和硬度的目的。
是Fe-C合金中能够封闭ｒ区的元素，Si使共析点的含C量降低。
Si提高共析转变温度，且在QT中使铁素体
增加的作用比HT要大。
HT中C、Si都是强烈促进石墨化的元素。
提高碳当量促使石墨片变粗、数量增多，强度和硬度下降。
降低
碳当量可以减少石墨数量、细化石墨、增加初析奥氏体枝晶数量，从而是提高灰铸铁力学性能常采取的措施。
但是降低碳当量会导致铸造性能降低、铸件断面敏感性增加，硬度上升加工困难等问题。
3.Mn
锰是铸铁的常存五元素之一，除少量固溶于铁素体以外，大部分溶入共析碳化物和渗碳体中，以复合碳化物的
形态存在，加强了碳化物的形成，因此是阻碍石墨化的元素，故增加锰量会增大基体组织中的珠光体数量。
在
灰铸铁中，锰的质量分数控制在0.5%-1.4%的范围内，主要作用有二，一是中和硫的有害作用，生成MnS及
（Fe、Mn）S化合物，以颗粒状分布于机体中。
这些化合物的熔点在1600℃以上，不仅无阻碍石墨化的作用，
而且还可以作为石墨化非自发性晶核。
二是稳定和细化珠光体，在此含量范围内，随锰含量的增加，铸铁的强
度、硬度增加，而塑性和韧性降低。
在QT中Mn的作用是形成碳化物和珠光体。
对于厚大断面的QT件来说，锰是偏析倾向特别显著的元素，是
强烈稳定奥氏体的元素，对稳定珠光体的作用也很显著，在生产珠光体QT时，可以利用锰稳定珠光体的作用
消除石墨球周围的铁素体（牛眼）组织。
4.S
硫也是铸铁的常存五元素之一，在通常的铸铁中也被认为是有害元素。
硫稳定渗碳体，阻止石墨化。
硫少量溶
于铁素体及渗碳体小，降低碳在液态铸铁中的溶解度，大部分以硫化铁（FeS）和其他硫化夹杂物
（MnS,CeS）的形式存在于铸铁中，并分布于晶界上。
硫化铁的熔点低、且质软而脆，能降低铸铁的强度，促
进铸铁的收缩，并引起铸铁的过硬和裂纹形成。
硫化锰的熔点高、且以颗粒状分布，对铸铁的强度无多大影响，
但使铁液变稠，流动性变差。
对于灰铸铁，硫的质量分数控制在低于0.15%。
S在QT中是反石墨化元素，属
于有害杂质。
5.P
磷也是铸铁的常存五元素之一，在通常的铸铁中被认为是有害元素。
P使铸铁的共晶点左移，且作用程度和硅
相似，能溶于液态铸铁中，并降低碳在液态铸铁中的溶解度,故计算碳当量时应计入磷的含量；
但在固态铸铁
中磷的溶解度是有限的，并随着碳含量的增加和温度的降低而减少。
磷对石墨化的影响不大，略微促进石墨化，
但有时也能阻碍石墨化。
磷主要以二元磷共晶（Fe-Fe3P）、三元磷共晶（Fe-FeP-Fe3P）和复合磷共晶的形式
存在于铸铁中，磷共晶的硬度高、脆性大、分布在晶粒的边界上，割裂了晶粒间的连续性，使铸铁的强度、塑
性下降，硬度提高。
另外，由于磷共晶具有较低的熔化温度和磷可以降低铸铁的熔点的缘故，因此磷能增加铸
铁的流动性和可铸性，但磷的增高会使铸铁的缩孔、缩松以及开裂倾向增加。
对于灰铸铁，磷的质量分数控制
Page8of7．
在低于3.0%。
P在QT中不影响球化，但是有害元素，它可以溶解在铁液减低铁碳合金的共晶含碳量。
其降低的碳量相当与
它含量的1/3。
6.Cu
铜是促进共晶阶段石墨化的元素，石墨化能力相当于硅的1/10-1/5。
铜
升级会员 