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我国铸铁材料60年的发展 你有多了解?

感应加热世界 2020-11-20 14:01:19

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60年前,新中国成立之初,我国基本没有工业,铸造也仅是为修配服务的手工作坊,铸件的总产量仅几十万吨。随着国家经济的发展、工业体系的建立,铸造业已发展到今天的能为现代化建设服务的以一大批机械化和部分自动化企业为骨干的铸造工业。至今铸造厂总数逾3万个,从业人员近300万,铸件年产量近4 000万吨,能用各种铸造方法生产各种材质的铸件,不仅基本满足了国内的需求,还有近 10%的出口。今后将在适应经济全球化的要求下,积极开发与采用先进技术与装备,从产量、质量、经济、节能、节材、环保以及工人劳动条件等方面考虑,走规模化、绿色生产之路,保障铸造业的可持续健康发展,向铸造强国挺进。

 

铸造金属材料占金属材料总量的1/101/7。铸铁材料占据铸造金属材料的主导地位,历年的统计表明,铸铁材料占 70%以上,也就是铸铁材料约占整个金属工程材料的 5%左右,起着举足轻重的作用[1]

 

1列出了能收集到的我国统计资料,从表1可以看出铸铁材料和整个铸造业一样取得了长足的进步,比60年前翻了几十倍。

 

我国铸铁件生产情况

 

 

最早真正从矿石炼铁浇注铸铁件的是我们中国。公元前513年就浇注出了重270 kg 的铸铁刑鼎,比欧洲早了 1900 年。铸铁最初的应用是替代铜用在艺术品、炊具以及犁铧等农具上,18 世纪西方工业革命后才真正把铸铁应用在工业领域做蒸汽机零件、铁轨、桥梁、输水管道上,形成了近 20 个世纪的铁器时代。技术的进步和产品的精化要求工程材料有更好的性能,于是在铸铁的基础上人类又研究出了钢及有色合金等其他金属材料、高分子材料、陶瓷材料与复合材料,从而也打破了铸铁材料一统天下的局面。零件的形状不同,使用的工况不同,对制造零件的材料要求也就不同,因此各种工程材料之间的竞争是必然的。但是铸铁材料由于其铸造性能好、重量几乎没有限制、导热性好、减振性好、尤其是切削加工性能好的优点,至今仍在世界铸造材料中保持绝对优势(见表2),其占有量达到 72%以上。有人还根据球墨铸铁、等温淬火球墨铸铁、蠕墨铸铁在当今的发展与应用,称新的铁器时代即将到来。

 

灰铸铁

 

灰铸铁至今仍是铸造材料中产量最大的基础材料。虽然片状石墨的存在使其具有一定的脆性,但其具有最好的铸造性能、热导性能、减振性能与切削加工性能,所以技术进步体现在灰铸铁上是力求提高其基体组织中的珠光体含量,从而提高其抗拉强度。19世纪60年代灰铸铁的抗拉强度仅在6080 MPa,后来在使用40%80%废钢时达到了200 MPa1922年美国发明孕育铸铁后才使灰铸铁件抗拉强度达到 350380 MPa

 

60 年前,我国铸造业基本 是生产HT150HT200的牌号。第一个五年计划引进的产品,无论是汽车、拖拉机还是其他产品,多采用HT200及以下的牌号。改革开放初期,为适应国外内燃机缸体、缸盖采用HT250的情况,国家在“六五”期间还组织中国农业机械化科学研究院与中国一拖集团有限公司、郑州机械研究所与二汽、沈阳铸造研究所与一汽进行了专题攻关。60年的努力,我们的成就可以归纳为以下几个方面。

 

(1)      制定了和国际标准相当的国家灰铸铁件标准。一些骨干企业基本掌握了生产各种牌号灰铸铁的能力。例如一汽铸造厂现能批量生产HT3006DL德国道依茨发动机缸体[2],并储备了HT350的生产技术。

 

(2)      充分认清了孕育的好处。掌握了各种孕育技术,并开发出适应于不同铸件的孕育剂。首先是生产各类灰铸铁的铸造企业都采用了冲入法包内孕育,其次是一些骨干企业在“六五”后都陆续采用了随流孕育、型内孕育等后孕育方法,消除了铸件棱角的白口,改善了断面均匀性,从而提高了切削性能,过去很多企业使用的退火炉都已基本不用。在“六五”后,铸造企业与铁合金厂合作,开发了含钡、锶、锆、碳等各类孕育剂,以适应生产不同的铸件,打破了过去单一使用SiFe75的局面,做到了专业化、系列化、商品化。

 

 

3)认识到提高铁液温度的重要性。铸件的质量与其熔炼温度有着密切的关系。提高铁液熔炼温度至临界温度以上,能提高铁液的纯净度、减少氧化程度、减少铁液含气量、消除生铁的遗传性、细化石墨,确保足够高的浇注温度,从而能大量减少气孔与夹杂等缺陷的生产[3]

60年前,我国铸铁熔炼基本都使用三节炉熔炼,没有电炉,后来引进推广了原苏联的三排大风口冲天炉。国内的铸造工作者又针对国内焦炭情况,花费了大量精力研究推广了各种炉型的三排或多排小风口冲天炉。尽管原主管的机械部提倡抓大炉提高温度,但由于使用冶金焦、土焦以及焦铁比的限制[4],在20世纪5080年代,全国冲天炉的熔炼温度都处在1 3801 430 ℃水平。20世纪80年代,在考察国外铸造企业后,原机械部、农机部和冶金部一起,在我国研制成功了铸造焦,并制定了相应的标准,加之当时开发的两排大间距冲天炉,从而在任何炉型下都可使熔炼温度达到1 4501 480 ℃。同时在二汽铸造厂的引领下,用感应电炉熔炼铸铁及冲天炉电炉双联熔炼技术在国内得到推广。现在骨干企业的熔炼温度都可保证在1 4801 500 ℃,较之过去有了极大的提高。

 

 

4)合成铸铁熔炼技术的应用。国外发达工业国家都使用合成铸铁熔炼技术,他们有大量便宜的废钢,故使用高温电炉熔炼加增碳剂或外热式热风炉,回炉料以外的金属料都用废钢,利用底焦高温燃烧增碳的技术来获得合适成分的铁液。在同样的化学成分下,它的抗拉强度要比用生铁低温熔炼的铸铁高12个牌号。国内从“六五”开始攻关,首先在二汽研究合成铸铁熔炼技术,如今在有废钢和电炉熔炼条件的铸造企业也都开始应用此项技术,国内不少企业也为之开发了各种类型的增碳剂。

 

2  2009年世界10大铸件生产国的铸件产量  / t

 


5)掌握了低合金化的熔炼技术。CrCuSnMoNi等元素都有增加并细化基体组织中珠光体的作用,从而能有效地提高抗拉强度。尤其是废钢应用量的增大,可充分利用废钢中合金元素的作用。于是通过研究,掌握了利用高碳当量加合适的孕育工艺(合适的孕育剂与后孕育方法),配合低合金化生产的技术,得到了既满足抗拉强度的要求又能得到缩松少、切削性能好的灰铸铁。

 

6)初步了解了国外在熔炼灰铸铁时常用的一些冶金质量指标。同样成分的灰铸铁,处理方法不同,其性能也就有差异。为了确定工艺及冶金措施的良好程度,国外的铸造工作者提出了成熟度、硬化度、相对强度、相对硬度、品质系数等指标,其宗旨在于获得高强度、低硬度的灰铸铁,从而既能发挥材质性能又便于随后的机械切削加工。通过多年的努力,在一些骨干企业开始应用这些指标来生产高品质的灰铸铁。

 

60 年来 尽管灰 铸铁的产量与生产技术取得了很大的进步,但从整体生产技术水平来说,还比国外发达国家落后 30 年。这主要表现在三个方面。

 

首先,灰铸铁的熔炼温度还比国外低5070 ℃。国外用电炉、冲天炉(包括冷风冲天炉)始终要求熔炼温度在1 5001 550 ℃,双联保温温度在1 4801 500 ℃。高温熔炼的重要性和必要性,已有很多文献可供参考[5]

 

其次,我们铸铁工作者在实践中还没真正体会到,灰铸铁件的力学性能既取决于铁液的化学成分与孕育方法,也取决于冷却速度[6]。化学成分与处理方法相同的铁液,在浇注不同铸件时会产生不同的力学性能。因此正确的做法是要对每一种生产的铸件,必须要通过试验,确定相应的化学成分,从而才能保证所需的铸件本体力学性能。这对于专业铸造厂特别重要。对于从属于主机厂的铸造厂,则因常年生产固定品种,可以把同样牌号的铸件根据壁厚分成不同的类别,最终再确定合适的化学成分。铸件的牌号不同、结构不同,如果要求每种铸件的成分都不同,这无疑会给生产带来很大的麻烦。所以应向国外学习,即采用基铁熔炼制度:熔炼设备按工厂生产的铸件类型设计一种成分的基铁进行熔炼,然后在浇注前,在浇包内采用添加冲压废钢精料、抛丸过的生铁块、铜片(丝)、镍块、各种中间合金,如铬铁、锰铁、钼铁等材料以获得适合铸件的成分进行浇注。

 

第三,我们铸件性能的稳定性太差,难以保证均匀一致性。在零件的生产中,往往切削加工的费用要高于铸件本身的费用。为降低切削成本就必须要提高切削速度,而铸件性能的均匀一致性对切削有决定性的影响。铸件的硬度取决于性能要求,现代的切削技术对于高硬度铸件的加工已不是问题,而铸件硬度不均匀会严重影响加工性。铸造企业为确保铸件本体性能与随后的切削性能,就要严格控制化学成分,一般要求灰铸铁碳当量的波动≤0.05%

 

为说明这三点差距,表3、表4分别列出了德国一个专业铸造厂和一个主机铸造厂的实例。主机铸造厂生产160种铸件,抗拉强度要求≥220 MPa,他们把铸件分为四组。两厂都使用冲天炉电炉双联熔炼工艺,表5列出了两厂使用的基铁的成分。

 

德国某专业铸造厂对某些铸件化学成分的控制规定



德国某拖拉机铸造厂对铸件化学成分的要求


 

基铁成分


球墨铸铁

 

20世纪30年代起,德、英、美的铸造工作者,在用不同元素处理铁液时就发现了石墨能从片状转变成球状。1947 年英国人 HMorrogh 发现,在过共晶的灰铸铁铁液中,加入铈和其他稀土元素,并以Si-Mn-Zr合金孕育,如果铁液中的Ce的含量在0.02%以上,石墨则呈球状[7]1948 年美国A. P. Gangnebin研究在铁液中加入镁,随后用硅铁孕育,在铁液中 Mg 含量≥0.04%时,可得到球状石墨[8]。从此,球墨铸铁以其抗拉强度高、韧性好的优异性能进入了大规模的工业生产。

 

我国是在1950年研究成功球墨铸铁的。当时用压力加镁球化法用纯镁处理球墨铸铁,并在1958年以铁代钢的口号下形成全国性推广的高潮。20世纪50年代末,在我国开发和应用稀土的号召下,开发出了稀土镁球墨铸铁。1965年无锡柴油机厂研制出冲入法球化方法,从而在全国范围内促进了球墨铸铁的应用。从无到有,球墨铸铁60年的进步可归纳为几个方面。

 

1)作为一种新型工程材料,球墨铸铁的发展是令人惊异的。1950年世界球墨铸铁才5万吨,中国是零,而至2010年,世界球墨铸铁产量近2 000万吨,而我国已达990万吨,占世界总量的49.5%

 

2)球墨铸铁的应用领域不断扩大。20世纪70年代,一汽、二汽用球墨铸铁开始替代可锻铸铁,至今球墨铸铁件已占载重车铸铁零件的50%60%。以新兴铸管集团为代表,建立了一批离心球墨铸铁管厂,2010年,我国球墨铸铁管产量达到了 352.4 万吨。在短短的20年中,球墨铸铁做到了100%取代灰铸铁管被广泛应用于供水行业,2010年在全国41万公里的供水管中占26.1%,并作为供水行业公认的首选材料以及老系统的改造中(全国37%的总管线要改造),其使用比率将越来越大。在生产工艺上,国内也完成了100%采用离心工艺替代连续拔管工艺赶上了世界先进水平。现在DN80DN1200的管子都采用水冷金属型离心工艺,DN1400DN2600 都采用热模法离心工艺。

 

新兴铸管集团的产量在2010年已超过150 万吨,已成为世界领头羊。离心球墨铸铁管的出口也超过 70 万吨,成为我国铸件出口的主力。抗拉强度在600900 MPa、伸长率在 3%6%的球墨铸铁已被广泛应用于内燃机的曲轴上,年产超过20万吨,曲轴超过1 000万支,也即我国内燃机的 50%都采用球墨铸铁曲轴。现在球铁曲轴可用在4 000马力的机车内燃机上,最大的曲轴重3.3 t,最大断面厚度为椎280 mm。近年发展起来的风电铸件多以球墨铸铁为主,每 MW 风电需球墨铸铁件15 t,故我国每年需风电球墨铸铁件20万吨以上,大都采用QT40018AL牌号的球墨铸铁,要求-20 ℃甚至-40 ℃的低温冲击韧度,并要求无损探伤检查。

 

3)开发出了各种球化处理方法。除传统的压力加镁及随后大量推广的冲入法外,为获得高的镁合金吸收率及减少处理时的温降和改善劳动条件、减少污染,国内先后开发出了盖包法、转包法、喂丝法、喷镁法等先进处理工艺并得到了应用和推广。



 

4)系列化生产了球化剂与孕育剂。由于改革开放前的体制所限,铸造厂使用的球化剂基本上是自己摸索、自己配制。国家在“六五”期间对“三剂”系列化商品化做了攻关,取得了丰硕的成果。现在的“三剂”都可由专业生产厂提供,并可根据特殊需要进行适当的调整。至今除转包法与喷镁法外,基本都使用稀土镁球化剂,通常Mg含量为7%9%RE含量为6%8%

 

稀土元素的脱硫、脱氧能力比镁强,但球化能力不如镁,而且增加白口倾向,破坏石墨的圆整度,因此它的用量应仅限于消除干扰元素的作用。国外用转包法生产球墨铸铁时,加入的 1#稀土量也仅为0.003%,所以早在20世纪80年代,中国稀土学会在召开的二次会议上明确指出,应降低稀土在球化剂中的含量。随着现在生铁质量的提高,尤其是高纯生铁的问世与推广,完全可以进一步降低稀土元素含量,这样既可节约资源也能降低球墨铸铁的生产成本。

 

60年来,我国在球墨铸铁方面取得的辉煌成绩是有目共睹的。展望未来,球墨铸铁的产量以及占整个铸件产量的比例还将大幅上升。在进一步发展过程中,笔者认为有几点是值得注意的:首先是要努力提高球墨铸铁件质量的稳定性,这既和技术有关也和企业管理有关。技术上要保证获得高的球化率,提高石墨球的圆整度,确保力学性能,尤其是伸长率的稳定和一致性。其次是要注意原铁液的质量,包括提高铁液熔炼温度在1 500 ℃以上,保证球化处理温度在1 480 ℃,高的铁液纯净度,准确的成分,处理前尽量低的含硫量,使球化前的原始硫量在 0.03%以下。现在许多企业采用铁液预处理,其目的也在于此。提高原铁液的质量会提高成本,但可以从提高球墨铸铁件质量与降低球化剂消耗量来补偿。第三是要使用高质量的原材料。铸造也应像其他工业产品一样,要生产好的产品,必须要使用高质量的原材料。中国铸造协会制定了高纯生铁的标准,在 201171日起实施,这对提高球墨铸铁质量将起到十分重要的作用。表6是承德市保通铸铁型材制造有限公司利用当地的钒钛矿石、采用弱氧化法在一个月中生产的31批高纯生铁的记录。表7是常州华德机械有限公司采用这种生铁生产的高铁球墨铸铁件在三个多月中 60次生产的结果,从表中可以看出质量的稳定与一致性,诚然,从中也看出该厂的管理与控制水平。

 

等温淬火球墨铸铁(ADI

 

等温淬火球墨铸铁也称奥铁体球墨铸铁,简称ADI。它是由球墨铸铁通过等温淬火热处理得到以奥铁体(针状铁素体加富碳奥氏体)为基体的球墨铸铁。由于其具有高的强度(Rm可至1 600MPa),高的韧性(在Rm800 MPa时仍有10%的伸长率),弯曲疲劳强度达420500 MPa,接触疲劳强度达1 6002 100 MPa,高的比强度,与钢相比又有密度小、减振降噪的优点[9],所以一经问世便受到了广泛的关注,被认为是近代铸铁冶金的重大成就之一,现在又称它为新铁器时代的支撑之一。等温淬火球墨铸铁的研究始于20世纪70年代,我国由郑州机械研究所、6401厂和厦门汽车配件厂在1970 年就研究成功了此种新型球墨铸铁,并在1975年,汽车局就下令生产了5 000ADI齿轮。但在197845届国际铸造年会首次宣读ADI论文的是芬兰KymiKymmene公司,我国曾艺成教授是在 197946届国际铸造年会上宣读的论文,1984年美国召开了第一届等温淬火球墨铸铁的国际学术会议,尽管论文仅27篇,但参加人数逾200人,可见当时此种材料引起的轰动。为促进ADI在我国的研究与发展,在1986年,由铸造学会铸铁及熔炼委员会召开了我国首次ADI学术会议。

 

6 保通超纯生铁


 

7 利用承德高纯生铁生产高铁球墨铸铁件



 

作为一种新型工程材料,我国在 ADI 的研发和应用方面取得了显著的成绩。其产量基本上是以每年15%的速度在增长,至2007年世界产量已近30万吨,其中美国20万吨,欧盟2.5万吨,我国68万吨。ADI 的应用领域主要是汽车制造业,美国每辆重型卡车中使用500 kg以上的ADI零件[10]。回看ADI在我国发展的历程,可以看到以下情况。

 

1)我国是世界上最早发现等温淬火球墨铸铁的三个国家之一。通过铸造学会、稀土学会组织的五次专题学术研讨会和一次产业化研讨会,使广大铸造工作者了解掌握了ADI的基本知识、性能及其生产要点,为专业生产提供了技术基础。至今已有不少企业从事ADI生产,还建立了两个ADI专业生产厂,很多产品已经出口。由于ADI零件的应用必须通过设计部门的同意,所以国内CADIHRC56)的产量要比ADI的高,原因是此材质的部件是易损件,材质选择由铸造厂自己决定。为推广 ADI 在我国的应用,我国已制订了GB/T 24733-2009《等温淬火球墨铸铁件》标准,于201091日起实施,为设计人员采用ADI件提供了充分的依据。这也表明我国ADI从试验研究、开发应用,进入到了工业化生产阶段。

 

2)我国已具有工业化生产 ADI 的各种条件。ADI 生产的关键是等温淬火热处理工艺及其设备。我国最早研发,但生产后进的原因就在于当时没有现代化的热处理装备。现在有浙江的嘉善三永电炉公司、南京新光英公司、上海宝华威、苏州AP公司、迁西奥迪爱公司、AP长春公司都安装有热处理设备,他们可作为热处理中心为每个具体零件制订专有工艺(奥氏体化温度和时间以及等温淬火的温度和时间)进行处理,为其他企业服务。



 

生产ADI的另一关键是首先要获得优质的球墨铸铁毛坯件,石墨球必须圆整、球化级别必须在2级以上。如前如述,中国铸协组织制定的高纯生铁标准,以及国内承德保通、武安龙凤山以及济南庚辰等企业都按此标准生产和提供生铁,为生产好的球墨铸铁件打下了良好的基础,而且他们自定的企业标准比行业标准更为严格。利用这种生铁熔炼的铁液纯净度较高、干扰元素少,十分有利于提高石墨圆整度与降低球化剂用量。此外,现在高质量球铁件的生产企业大多采用了冲天炉感应电炉双联或感应炉熔炼,这就能保证提高铁液纯净度、提高球化率及随后的浇注温度。

 

展望未来,ADI必将在我国得到迅速的发展。如果我们能赶上美国的水平,则可在短期内达到 5070 万吨的水平,要想实现这个目标,必须要重视以下几个方面。

 

首先是要重视球墨铸铁毛坯件的质量。因球墨铸铁等温淬火不能改变石墨形状,只能通过改变基体组织来改变各种力学性能。如果石墨球化级别低、石墨球不圆整,则不可能达到标准所订的各项性能。例如灰铸铁也可以等温淬火,但其抗拉强度只能达到650 MPa,而且仍是脆性材料,伸长率接近零。所以好的球墨铸铁件通过等温淬火才能获得好的ADI铸件。球化不好的球墨铸铁件,即使采用先进的等温淬火设备也得不到合格的ADI铸件。ADI的生产企业必须要采用纯净的原材料、良好的熔炼设备及球化工艺,在保证高质量的同时又有高的稳定性。

 

AODVOD 等炉外精炼方法提高了钢液的纯净度,从而提高了钢件的性能。那么对铁液进行精炼将会有什么样的效果,是一个值得探索和研究的问题。诚然,球化处理中,镁、稀土等元素已有脱氧、脱硫的效果,但毕竟与专项精炼还是有差别。现在许多企业从事的预处理已使铁液及最终的铸件质量有所提高,但还是没有深入探讨对铁液进行精炼处理的好处。至今,应该说等温淬火球墨铸铁是铸铁中性能最好的铸铁材料,因此可以在生产ADI件中进行铁液精炼处理的探索工作。

 

其次,一种工程材料的应用与发展,必须要有设计及产品技术管理人员的参与。铸造行业生产ADI,利用其好的性能替代一些原有零件提高它们在使用中的安全系数是可以的,但还远远不够。若采用优化设计,充分使用ADI的强度与韧性,代替钢件,可以降低原钢件重量的 20%,替代铝件则可降低30%。因此必须要从设计人员开始,有意识地采用这样新型工程材料来达到减重、节能和降低成本的效果。ADI 在美国得到广泛推广的原因在于他们的设计人员参与了工作。东风汽车厂在新设计的 5 t 越野汽车中,有1445#钢件,总重 630.62 kg,采用ADI并进行优化设计后减至380.66 kg,减重率为39.6%。现在一汽也正在进行类似的开发。

 

CADI在耐磨件上得到进一步推广,ADI在汽车底盘、曲轴、齿轮等零件上得到广泛应用,市场经济规律也使 ADI 产量迅速增长。国家标准的出台为设计人员选用ADI打下了基础,ADI在国外产品上的应用也会给设计人员提供借鉴,而我国铸造工作者在稳定做出好的ADI件的同时,还要对这种新型材料进行大力的宣传。

 

蠕墨铸铁

 

碳主要以蠕虫状石墨存在于基体中的铸铁,称为蠕墨铸铁。早在1947年,英国人H. Morrogh在用铈研制球墨铸铁时就发现了蠕虫状石墨,但当时被认为是处理球墨铸铁的失败产物,没有引起重视。1955年美国人J. W. Estes Schneidenwind首次提出建议采用蠕墨铸铁,但没有做进一步的应用研究,直至1976年美国Foote公司配制出Mg-Ti系处理剂,才使蠕墨铸铁走上工业化生产的道路[11]

 

我国对蠕墨铸铁的认识,也是随着球墨铸铁的出现而开始的,20世纪60年代,我国在用稀土镁铁合金制作稀土镁球墨铸铁时,在铸件断面上常见这种蠕虫状石墨,但作为一种工程材料的应用是从1965年开始的。当时废钢缺乏,为获得高强度机床铸铁件,研究不加废钢,仅用稀土硅铁合金直接处理冲天炉出来的高碳当量铁液获得高牌号灰铸铁的途径,发现具有蠕虫状石墨的铸铁其强度大幅度提高,从而得到了推广应用。由于这种铸铁是用稀土处理而得到的,因而曾命名为稀土高牌号灰铸铁、稀土灰铁等。1979年后,根据光学显微镜下看到的石墨形貌,并与国外的命名力求统一,国内开始统一使用蠕虫状石墨铸铁,简称为蠕墨铸铁。40多年来,蠕墨铸铁在我国的发展可以概括为以下几个方面。

 

1)我国是首先在工程上应用蠕墨铸铁的国家之一。20世纪60年代开始用于高强度机床铸铁件上,1975年无锡柴油机厂用蠕墨铸铁生产300发动机缸盖,并于1983年批量生产车用柴油机缸盖;1985年二汽开始批量生产蠕墨铸铁排气管,现已有若干专业厂为国内外汽车行业提供蠕墨铸铁排气管;1984年我国首家专业蠕墨铸铁生产厂在恒台诞生,其后改名为淄博蠕墨铸铁有限公司,现已成为世界上最大的蠕墨铸铁生产厂,主要生产焦炉门框,2010年产量超过6万吨。至今除上述所提产品外蠕墨铸铁件还广泛应用于玻璃模具、汽车刹车毂及钢锭模等产品上,我国年产量已超过50万吨。

 

21983年我国制定了首个蠕墨铸铁行业标准,2011年我国蠕墨铸铁件标准已在6月公布,并将在 20123月起实施。此标准基本采用了ISO标准,也即达到国际先进水平。

 

3)开发了系列的蠕化剂产品及相应的蠕化处理方法,基本满足了不同零件的生产要求。

如何更好地推广应用蠕墨铸铁这一工程材料也是值得我们去思考的问题。首先是如何在车用内燃机缸体上得到广泛应用。近十年来这一领域在国外得到了迅速发展,AudiBenzBMWFord 等汽车广泛采用蠕墨铸铁缸体,它既可以满足内燃机向大马力、大转矩、低排放、低油耗发展,提高点火峰压,要求材料有高温性能的要求,又能使缸体的比功率重量低于铝合金缸体。2010年仅在西方国家蠕墨铸铁缸体的产量已超过10万吨。因此,铸造工作者作好技术准备的同时,要让设计人员了解材料的性能并在设计时采用。其次是如何精确控制铸件本体的蠕化率。蠕化率和铸件的壁厚有关,也即同样处理的铁液在浇注不同壁厚的铸件时会得到不同的蠕化率[12]。另外工件的工况不同,其要求的蠕化率不同。因此如何去按设计要求做到规定的蠕化率是我们铸造工作者值得去研究的问题。例如内燃机缸体都规定其主要壁及关键部位的蠕化率要在80%以上,所以要采用合适的生产工艺与检测装备。现在Sinter Cast 公司的炉前控制技术已得到广泛应用,其他的竞争对手也有相应的开发,作为研究最早、发表论文也最多的中国也应在这方面有所作为。最后是要提高铸件质量的稳定性,使同一产品具有始终如一的质量水平,这就要求我们在生产技术、工艺管理上采取强有力的手段。

 

可锻铸铁

 

可锻铸铁是由白口铸铁经石墨退火后使石墨成团絮状的铸铁,具有一定的韧性,但并不可锻。可锻铸铁分白心和黑心两类。我国在战国时期就掌握了用热处理方法生产钢面白口铁锛。欧洲在17201722年发明了脱碳退火工艺生产白心可锻铸铁,美国在1820年发明了黑心可锻铸铁的生产方法。

 

我国生产的都是黑心可锻铸铁。50年前在引进的汽车上得到了广泛的应用。在球墨铸铁大力发展后,球墨铸铁的性能可以覆盖、高于黑心可锻铸铁,因此在20世纪70年代后,它在汽车上的应用被球墨铸铁替代,产量大幅度下降,现在仅限于用在线路金具与小口径的管件上。现在国内生产可锻铸铁最10万吨,其次在廊坊和山西太谷有可锻铸铁铸造厂,2010年总产量在60万吨。

 

60 年来,对于可锻铸铁的研究集中在合理调整原铁液成分、开发各种处理剂来进行孕育以及进行预热处理,最终是为减少可锻退火时间。由于我国不生产可焊的白心白口铸铁,黑心可锻铸铁由于退火处理时间长、生产周期长、耗能多,现正被其他铸铁材料所替代,产量还会下降。

 

特种性能铸铁

 

除一般的力学性能外,使用在不同工况下的零件还需要一些特殊的性能,例如耐磨、耐热、耐腐蚀、无磁、低膨胀等性能。具有这些特种性能的铸铁称为特种性能铸铁。它们一般都含有不同比例的铬、镍、铝等合金元素,或硅元素超出常用的范围,因此也常称为合金铸铁。这些铸铁中的石墨可以是片状、球状,也可以完全没有石墨而是白口铸铁。为此,它的产量也没单独统计过。

 

耐磨铸铁在特种性能铸铁中占有很大的比例[13]。世界1/31/2的材料与能源消耗是由零件磨损造成的,而磨粒磨损又占其50%[14]。例如,我国在矿山、水泥、发电中的耐磨件消耗一年在300万吨以上,其中铸造磨球就超过100万吨。全国有近1 000家企业生产铸造耐磨材料,其中最大的宁国耐磨材料总厂年产量超过10万吨。耐磨铸铁中使用量较多的合金元素是铬。

 

耐热、耐蚀的奥氏体铸铁也占有相当的比例,其主要添加元素是镍和硅,被广泛用于内燃机增压涡轮及化工、石油行业。目前,国内已有世界高水平的高镍铸铁生产企业。60年来,特种性能铸铁也是从无到有,产量从小到大,现在我国已有各种性能的铸件供应市场,而且都制定了相应的国家标准。这是一个新的领域,随着选材的精化,只要严格按照规范生产,此部分产量将能快速增长。

 

结束语

 

60年,在铸铁材料的发展史中只占很小的区间,但是新中国的成立,尤其是改革开放以来,我国在铸铁材料方面取得的成绩远大于过去的2000多年。今天我们已有各种品种的铸铁材料,生产技术也正在向世界先进水平靠拢,只要我们继续努力开发,采用现代技术,稳定工艺,严格管理,我们的铸铁材料必将会迎来一个新的发展机遇。

(作者简介和参考文献略)


来源:铸造杂志 转自:铸造装备

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