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      汽車變速器殼體用感應爐熔鑄技術

      點擊次數:更新時間:2016-06-21【打印】

        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爐熔鑄技術中頻感應電爐是10多年來發展的一種用途廣泛、技術先進的熔煉設備。由于中頻感應電爐具有公認的在熔煉的冶金質量、成分和溫度調節、改善勞動條件、起熔方便、熔化速度快、降低成本、提高經濟效益等方面顯示出的優越性,應用范圍在不斷擴大,而且容量向著大噸位和大功率、頻率可調的方向發展。從20世紀90年代,在歐、美等發達國家幾乎已停止對工頻坩堝式感應電爐的制造。用中頻感應電爐取代工頻感應電爐和代替沖天爐已成為大勢所趨,而且為汽車制造業生產高品質的鑄件開創了一條新路。
        變速器殼體是汽車的基礎件之一,它既是多級齒輪的骨架,不僅要承重,還要經得起許多高強度螺栓在擰緊時所應起的局部較大壓應力,鑄件本身必須具有較高的耐壓性及耐腐蝕性能,所以嚴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。在材質選擇上,傳統上采用HT150或HT200的鑄鐵作殼體材料,其鑄件質量顯然不能適應快速發展的汽車工業不斷提高整體質量的要求。
        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。為了生產高強度、高品質的鑄鐵汽車基礎件,在鑄造時采用中頻感應電爐成為必然。
        在使用中頻感應電爐熔制高強度鑄鐵汽車變速器殼體鑄造的實踐中,爐前質量控制做法如下。
        高強度合金鑄鐵成分設計為滿足變速器殼體材質為HT250、硬度小于HB200、易切削加工的要求,進行油壓試驗不滲漏的使用性能以及鑄造生產的經濟性需要,在鑄鐵中添加微量多元合金成分,選擇合理的工藝參數,使鑄鐵具有一定的化學成分和冷卻速度,獲得理想的金相組織和力學性能。要保證力學性能,就必須有好的基體組織和石墨狀態??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晶條件,獲得細片狀石墨組織和細晶粒的珠光體基體。
        現代零部件高強度低合金化孕育鑄鐵的成分設計,首先要充分考慮鐵水碳當量對冷卻速度的影響。鐵水碳當量過高,鑄件冷卻速度緩慢,鑄件厚壁處易產生晶粒粗大、嚴重則組織疏松,油壓試驗易產生滲漏;若碳當量過低,鑄件簿壁處易造成硬點或局部硬區,導致切削性能不良。將碳當量控制在3.85%4.15%時,既可保證材質的力學性能,又接近共晶點,其鐵水的凝固溫度范圍較窄,為鐵水實現“低溫”澆注創造了較為客觀條件;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變時不致有形成硬區的傾向,又要使合金元素在共析轉變中起到穩定和細化珠光體的作用。若成分中含兩種以上合金元素,讓多種元素之間有適當的配合,則能達到理想的效果。如鉻、銅元素在共晶轉變中,鉻阻礙石墨化、促成碳化物、促進白口;而銅則起促進石墨化作用,減少斷面白口。兩元素相互作用在一定程度上得到中和,避免了在共晶轉變中產生滲碳體導致鑄件簿壁處形成白口或硬度提高;而在共析轉變中,鉻和銅都可起到穩定和細化珠光體的復合作用,但各自的作用又不盡相同。以恰當比例配合,能更好發揮兩者各自的作用。在含Cr0.2%灰鑄鐵中加入Cu2.0%,銅不僅促進珠光體轉變,提高并穩定珠光體量和細化珠光體,促進A型石墨產生和均化石墨形態;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。復合加入鉻、銅可使鑄件致密性進一步提高,因此對于要求耐滲漏的鑄件。加入適量的合金元素鉻、銅,有利于改善材質本身的致密性,提高其抗滲漏能力。
        珠光體基體是生產中想方設法希望獲得的組織,因為只有以珠光體為基體的鑄鐵強度高、耐磨性好。錫能有效增加基體組織中珠光體含量,并促進和穩定珠光體形成,當錫含量添加到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。在生產實踐中,發現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,鑄鐵的抗拉強度和抗彎強度都有明顯提高。據資料介紹,當錫含量超過0.26%以上時,強度和硬度隨呈上升趨勢,但鑄鐵基體組織中明顯出現碳化物,脆性同時增大,隨之帶來鑄件切削加工困難的問題。所以我們生產實踐的結論是,把錫含量控制在0.07%0.09%為佳。
        原輔材料質量是高質量鑄鐵的基礎我們從原輔材料抓起,入廠原輔材料必須進行取樣分析,做到心中有數。不合格的原輔材料決不投入使用。要保證高質量的原鐵水,必須選用高碳、低、低硫、低干擾(生鐵供應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果決定取舍,對能穩定珠光體的廢鋼優先選用。生鐵和廢鋼只有經過除銹處理后方能允許使用,附著油污的要經250*C烘烤。對鐵合金、孕育劑同樣采用定點采購,力求成分穩定,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。使用前的計量準確是熔煉合格鐵液的質量保證。特別指出,嚴禁爐料中混有密封器皿和易爆物,尤其對于感應電爐更應該如此。
        配料應遵循的原則堅持把理論配料(配料計算)和實踐經驗相結合無論采取試算法還是圖解法,理論上計算的配料數據,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。這就是根據感應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規律。
        現代零部件掌握各種入爐金屬材料的化學成分和各元素燒損與還原規律這就對回爐鐵、澆冒口、報廢鑄件的分類堆放、編號記載,提出成份明確的嚴格要求。爐內還原的元素在配料時減去,爐內燒損的元素配料時補上。
        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充。就感應爐熔煉鑄鐵而言,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,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格要求準確計量。
        感應電爐熔煉技術熔煉高強度鑄鐵目的是力求獲得高強度的鐵液成份和理想的鑄造性能。因而要根據中頻感應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節嚴格控制,關鍵在力求用最短的熔煉時間、最小的合金燒損與氧化,達到控制和穩定金相組織,提高鑄件質量的目的。
        MC制造MC在生產實踐中,我們將整個熔煉全過程分為三期溫度進行控制。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成分的平衡,因此要避免高溫熔化加料,避免搭棚“結殼”。否則鐵水處于沸騰或高溫狀態,碳元素燒損加劇,硅元素不斷在還原,鐵水氧化加劇雜質增加。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,取的試樣其化學成分勢必無代表性;溫度過高,合金燒損或還原,還會影響到精煉期的成分調整。取樣后應控制中頻功率,在爐前質量管理儀對化學成分顯示出結果后恰好進入到扒渣溫度。
        扒渣溫度是決定鐵水質量的重要環節,因為它與成份穩定、孕育處理的效果密切相關,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偏高后將產生排C作用,影響按穩定系結晶,存在著產生反白口傾向;若溫度過低,鐵水長時間被裸露,碳、硅燒損嚴重。再次調整成分時,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晶和孕育效果帶來影響,如果溫度過高(超過工藝規定溫度30C以上),盡管爐前快速分析結果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麻口。出現此種情況即使采取措施向爐內補加碳或增大孕育量,筆者的實踐經驗是效果欠佳。則需在調低中頻功率后,進行爐內降溫處理。即向爐內加入鐵水總量15%經烘烤的新生鐵,這樣試片斷口心部麻口就轉為灰口,頂尖的白口深度變小。若持續高溫時間較長,采取如上方法后,爐前仍須按“加一去一”的經驗方法給爐內補加FeSi75,把白口寬度控制在工藝規定范圍。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,才能夠實現“高溫出鐵,適溫澆注”。嚴格掌握和控制住當然最好。因為出鐵溫度低將導致澆注溫度低于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。
        鐵液孕育處理技術對生產變速器一殼體用HT250的孕育處理,賴以提高材質的耐磨性,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生產殼體鑄件的壁厚、成分要求和澆注溫度等因素確定,以壁厚處不出現疏松、滲漏,壁薄處不出現硬區為原則。在生產實踐中證明,Sr、Ba、Ca、Si-Fe孕育劑是精煉高強度灰鑄鐵最為理想的孕育劑,此種孕育現代零部件劑發揮鋇(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,鈣(Ca)和鐵(Fe)所起的輔助孕育和滲透作用。這種強強組合的孕育劑,是當今生產高強度鑄鐵孕育處理中較為理想的選擇。
        孕育次數與孕育效果的關系。
        隨孕育次數增加,鑄鐵內部石墨分布均勻程度改善,A型石墨占有率和石墨長度區別較大。經兩次以上孕育的高強度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晶核數量增多,強化了基體,從而提高并穩定了鑄鐵的強度。
        經瞬時孕育處理,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,后孕育是控制與穩定孕育效果的關鍵。孕育處理后的鐵水應在限定時間內澆注完畢,一般不超過8min,包內二次孕育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,將使材質致密性降低,嚴重惡化抗滲漏性能。用鋇硅鐵孕育的鑄件最薄處無白口產生,其抗拉強度均達到6,250N/mm2的要求,試棒硬度達到190230HB,殼體本體解剖,硬度在190HB左右,鑄件的品質系數顯著提高,金相組織達到國外樣機殼體鑄造水平,珠光體為85%90%以上,滿足了汽車變速器殼體的強度要求與使用性能,其機械性能達到國外同類機型變速器殼體的材質水平。
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