Las formas de resolver los problemas especiales de las grandes piezas de fundición de hierro dúctil

Hay muchos tipos de piezas grandes de hierro dúctil, tales como: bloque de motor diésel grande, cubo de rueda grande, cubierta de extremo de molino de bolas grande, duela de enfriamiento de alto horno, bastidor de laminador grande, plantilla de máquina de moldeo por inyección grande, asiento de cojinete de turbina de vapor grande, Cubo de rueda en equipos de energía eólica y Bases y tanques de escoria residual en equipos de energía nuclear, etc. Además de las propiedades mecánicas especificadas en las normas, estos componentes también tienen algunos requisitos de rendimiento especiales, como la resistencia al impacto a baja temperatura requerida para la energía eólica fundiciones y muchas normas de aceptación especiales adicionales para tanques de escoria nuclear. Por lo tanto, la producción de estas piezas fundidas debe considerarse cuidadosamente de antemano.

1) Lo primero a considerar es cómo obtener un casting de tamaño sólido, denso y calificado.

El proceso técnico de producción de grandes piezas de fundición de grafito esferoidal es básicamente el mismo que el de las piezas de fundición gris, siempre que la selección de la escala y el diseño del matraz se modifiquen ligeramente de acuerdo con las características de la fundición de grafito esferoidal. planchar.

2) En segundo lugar, se debe realizar el trabajo correspondiente para las características comunes de las grandes piezas de fundición de hierro dúctil.

La característica común de las piezas de fundición de hierro dúctil a gran escala es que son extremadamente pesadas. La mayoría de ellos requieren una matriz de ferrita, las propiedades mecánicas deben cumplir con los datos estándar y, a veces, se agregan requisitos de rendimiento de impacto a baja temperatura.

Problemas especiales en la producción de grandes piezas de fundición de hierro dúctil

Debido a la lenta velocidad de enfriamiento de las piezas de hierro dúctil a gran escala, el período de solidificación eutéctica es de hasta varias horas. Durante este período, se formará la estructura principal de hierro dúctil. Por lo tanto, aparece una serie de problemas exclusivos de las piezas de hierro dúctil de sección grande o de hierro dúctil de gran escala. ： Pequeña cantidad de tinta nodular, gran diámetro de tinta nodular, distorsión de la tinta nodular, grafito flotante, segregación de composición química, carburos intercristalinos y grafito grueso (grafito grueso), etc. Estos problemas han atraído la atención durante mucho tiempo. Aunque el mecanismo de formación no está unificado, se han tomado medidas preliminares para solucionar problemas específicos.

Otra pregunta importante es cómo cumplir y resolver los requisitos de tenacidad al impacto a baja temperatura. La coincidencia del problema es que las direcciones y medidas para resolver estos dos problemas son aproximadamente las mismas.

Maneras de resolver los problemas únicos de las grandes piezas de fundición de hierro dúctil

1) Enfriamiento intensificado para acelerar la solidificación

Hay dos teorías generalmente aceptadas sobre la causa del grafito fragmentado: una es causada por el aplastamiento del grafito esferoidal; la otra es que la estabilidad de la capa de austenita se reduce debido al flujo de calor o la segregación de ciertos elementos de aleación, especialmente Ce y La. Hace que el patrón de crecimiento de la tinta esferoidal cambie y se forme. Independientemente de la teoría o teoría, es seguro que un tiempo de solidificación demasiado largo (es decir, enfriamiento lento) en la etapa eutéctica es un factor directo y objetivo para la formación de grafito fragmentado. Por lo tanto, independientemente del método que se adopte, siempre que se pueda acortar el tiempo de la etapa de solidificación, se puede prevenir eficazmente la aparición de grafito fragmentado.

También se señala en la bibliografía que existe una velocidad de enfriamiento crítica (0.8 l / min) para la distorsión esferoidal de la tinta. La distorsión del grafito es a veces un proceso brusco, por lo que acelera el enfriamiento, acorta el tiempo de solidificación, especialmente acortando el tiempo de solidificación de la etapa eutéctica, encuentra formas de acortar la etapa de solidificación eutéctica a menos de 2 h, lo que tiene un efecto significativo. Hay muchas medidas en torno a este principio: enfriamiento forzado; arena colgante de tipo metal; uso de hierro frío y así sucesivamente.

La alta conductividad térmica del hierro frío, especialmente la fuerte capacidad de almacenamiento de calor, se considera una medida poderosa que se puede aplicar. La conductividad térmica del grafito es mayor que la del hierro enfriado montado en arena (45 W / m • ℃ y 17 W / m • ℃ respectivamente), pero su capacidad de almacenamiento de calor es menor que la del hierro enfriado. Si hay enfriamiento forzado, se usa grafito para comparar. apropiado. Para piezas de fundición de hierro dúctil grandes o extra grandes, el enfriamiento forzado sigue siendo una medida poderosa. Generalmente, se pueden usar dispositivos enfriados por aire, enfriados por niebla o enfriados por agua, e incluso se puede usar enfriamiento con nitrógeno líquido para acelerar la velocidad de solidificación de las piezas fundidas. Los datos muestran que cuando se solidifica la fundición de recipiente gastado de hierro dúctil de grado 20 t, el efecto de transferencia de calor es: la absorción de calor del tipo de metal representa el 58%, la absorción de calor del molde de grafito y arena (parte del núcleo) representa el 3.5%, y el molde de arena y otros dispositivos absorben parcialmente el calor. El calor representó el 3.5% y la conducción de calor refrigerada por agua representó el 3.5%. Se puede ver que el molde de metal puede conducir más del 50% del calor de la fundición, mientras que la parte del núcleo transfiere poco calor. Evidentemente, es necesario un enfriamiento forzado.

2) Mejorar la tecnología de procesos

(1) Seleccione cuidadosamente las materias primas

Para producir piezas de hierro dúctil a gran escala de alta calidad, vale la pena seleccionar la carga del horno sin importar cómo. Los elementos de interferencia de las materias primas deben ser lo más bajos posible. Se debe prestar especial atención a la fuente de arrabio, el tipo de chatarra de acero y la selección de recarburadores.

(2) Diseño de composición química

CE no debe ser demasiado alto (4.2%% 4.3%), si w (C) es 3.6% ～ 3.7%, w (Si) debe ser tan bajo como 1.8% ～ 2.0%; Además, w (Mn) <0.3%, w (P) yw (S) también deberían estar estrictamente restringidos. Excepto en circunstancias especiales, generalmente no se utilizan aleaciones, por lo que el acero de desecho debe seleccionarse estrictamente.

Se debe lograr un w (Si) bajo; de lo contrario, aparecerá grafito fragmentado fácilmente y el rendimiento a baja temperatura no cumplirá con los requisitos. El problema radica en el bajo w (Si) o bajo w (Si) y los males que surgen. La composición de los contenedores de combustible gastado de 100 toneladas en Japón es: w (C) 3.6%, w (Si) 2.01%, w (Mn) 0.27%, w (P) 0.025%, w (S) 0.004%, w ( Ni) 0.78%, p (Mg) 0.065%.

(3) Elija fundición dúplex

La fundición dúplex puede dar rienda suelta a la fuerte capacidad de nucleación del hierro fundido de cubilote y la alta eficiencia térmica del horno eléctrico. El hierro fundido debe descargarse a alta temperatura, y el S puede eliminarse cuando sea posible, y el tiempo en el horno eléctrico no debe ser demasiado largo. La temperatura de esferoidización se determina según la situación y no puede ser ni demasiado alta ni demasiado baja.

El autor aboga por no utilizar el método de lavado para la esferoidización de piezas grandes porque lleva demasiado tiempo. Utilice al menos el método de cobertura, preferiblemente el método especial o el método de alimentación con seda. La seda se alimenta en un lugar fijo, e incluso se puede alimentar junto con la seda fértil. No utilice agentes esferoidizantes de uso común. Es mejor mezclar agentes esferoidizantes pesados ​​de tierras raras y agentes esferoidizantes ligeros de tierras raras. Si se usa el agente esferoidizante, w (Mg) 6% yw (RE) 1.0% a 1.5% son suficientes; si el arrabio es relativamente puro, w (RE) de 0.5% a 1.0% también es aceptable. Si se usa el método de alimentación de alambre, se puede usar un agente esferoidizante con una cantidad alta de w (Mg), pero w (RE) debe ser bajo, con un poco de Ca.

La temperatura de vertido debe ser adecuada (1300 ～ 1350 ℃), no demasiado alta, de lo contrario la contracción del líquido será demasiado grande; Es aconsejable utilizar el canal interno disperso para el vertido a velocidad media, y utilizar moldes de alta rigidez en la medida de lo posible para aprovechar al máximo la expansión de grafitización para la autoalimentación de hierro dúctil. , Para reducir la carga sobre la contrahuella y asegurar la compacidad interior de la fundición.

(4) Preste atención al problema del embarazo.

La inoculación es una de las medidas tecnológicas más importantes. Solo resolviendo este problema es posible garantizar un bajo contenido de w (Si) sin problemas y garantizar un rendimiento a baja temperatura. El problema de la inoculación no es más que la elección de los inoculantes y los métodos de tratamiento de la inoculación. Puede elegir un inoculante con un tiempo de inoculación prolongado, como un agente que contenga Ba (el agente que contenga Sr es más eficaz para el hierro fundido gris y menos Ca), un inoculante que contenga grafito o una mezcla adecuada de RESiFe en el inoculante. .

En la actualidad, muchas empresas tienen inoculantes de fabricación propia y supongo que siguen este principio. En resumen, la incubación "debe retrasarse, pero es instantánea", no solo el efecto es bueno, sino que la dosificación se puede reducir considerablemente. El método antiguo, como cubrir durante el tratamiento, tiene un efecto muy deficiente, pero se reduce w (Si). El problema ahora es que si w (Si) debe ser bajo y el efecto es bueno, la única salida es cambiar el método. Los hechos han demostrado que se puede lograr el 2.0% de w (Si), y la señal del éxito es que el grafito debería ser más pequeño y más grande. Si es más pequeño, la tasa de esferoidización será mayor. Si es más pequeño, no se producirá cementita. Si es menor, el grado de segregación será menor. Para piezas grandes, si el número de bolas de grafito es 200 piezas / mm2 o más, y el tamaño es 5-6, la tasa de esferoidización y la cantidad de ferrita, naturalmente, no serán un problema. En una palabra, el principal método para luchar contra el grafito y luchar por obtener más grafito es a través de la inoculación. El w (Si) es bajo y no hay cementita libre, la plasticidad y la tenacidad al impacto a temperatura ambiente y baja temperatura son fáciles de pasar. Para coladas grandes, es fácil realizar un gran proceso de inoculación en la copa de vertido y colocar un bloque de inoculación en el canal. El problema es que debe haber un concepto correcto.

(5) Utilización de aleaciones y oligoelementos

El único elemento de aleación que se puede considerar para su uso en fundiciones de hierro dúctil extragrandes es el Ni, debido a su efecto único. Desde un punto de vista técnico, w (Ni) <1% es beneficioso, pero si se usa o no depende de circunstancias específicas y consideraciones económicas.

Los microelementos tienen una experiencia de uso madura en artículos grandes como Bi y Sb. Se cree que agregar w (Bi) 0.008% ～ 0.010%, de modo que w (RE) / w (Bi) = 1.4 ～ 1.5 ratio, para aumentar el número de bolas, es beneficioso para reducir el riesgo de grafito fragmentado. Sb también se puede utilizar en piezas gruesas y voluminosas. Algunas personas piensan que aumentará la cantidad de perlita, pero algunas personas lo usan en hierro dúctil ferrítico. Puede ser un problema con la cantidad, y la cantidad de 50 ppm no debería ser un problema. El profesor Zhou Jiyang señaló una vez que el uso de w (Sb) 0.005% ～ 0.007% también puede inhibir los efectos nocivos del exceso de Ti y RE en el hierro fundido.

Aunque las opiniones de la industria sobre el papel y el mecanismo de la adición de Bi y Sb aún no están unificadas, se ha formado un consenso sobre la adición de Ni.

(6) El papel del pretratamiento es fundamental

El pretratamiento de la solución madre de hierro nodular con un agente de pretratamiento de grafito antes de la esferoidización tiene un efecto positivo en la mejora y estabilización de la calidad de las piezas moldeadas [3]. Métodos de la siguiente manera: 

Después de ajustar la composición [el pretratamiento aumentará w (C) en 0.2%] → de-S → regrese al horno eléctrico → agregue 0.2% a 0.25% de agente de pretratamiento cuando se agregue 1/4 de volumen → regrese al horno eléctrico y luego aumente ligeramente la temperatura a 1 ～ 470 ℃ → tratamiento esferoidizante → tratamiento de inoculación (Ultraseed disponible) → vertido.

(7) Uso del agente anti-cráter QKS

El inventor cree que hay una inclusión extraña de 1 µm en el centro de la tinta esferoidal, formando un núcleo de doble capa; la capa interna es MgS, CaS (0.5 μm) y la capa externa es MgO, SiO y silicato. Por lo tanto, el inventor agregó una cierta cantidad de O y S al inoculante para combinar con los elementos metálicos en el inoculante para producir más sulfuros y óxidos, formando así más núcleos de grafito, lo que produce el inoculante de ferrosilicio de Ca, Ce y S, O. Este inoculante puede aumentar significativamente el número de esferas de grafito y precipita en la última etapa de cristalización, y el último período de expansión de grafitización puede compensar eficazmente la contracción en la última etapa de solidificación. En particular, es más eficaz para la porosidad de contracción de las juntas calientes locales [4]. El experimento señaló: para el bloque de prueba escalonado de 5-40 mm, cuando se usa SrSiFe, las bolas de grafito se reducen de 300 / mm2 a 150 / mm2; cuando se usa el agente Ca-Ce-OS, el número de bolas de grafito no se ve afectado por el espesor de la pared. Comparado con BaSiFe y 75SiFe. El defecto de contracción en las juntas calientes del bloque de prueba cruzada muestra que hay orificios de contracción en las juntas calientes de la sección transversal con el inoculante que contiene Ba y Sr, mientras que el agente Ca-Ce-OS no.

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