喂线法处理工艺在球墨铸铁生产中的应用

2015-11-16马寒坤潘金坤郭文申杨涛

金属加工(热加工) 2015年1期

马寒坤，潘金坤，郭文申，杨涛

1. 概述

众所周知，车桥是车辆的重要承载零件，它直接关系到车辆使用的安全性。而桥壳是车桥的关键零部件之一，桥壳材料性能的好坏，直接决定了车辆的承载能力。目前，重型载货汽车行业的桥壳一般分为冲焊桥壳和铸造桥壳两大类，而铸造桥壳又可分为铸钢桥壳和铸铁桥壳。

铸造桥壳以其承载重量大、生产成本低的特点，在重型载货汽车桥壳生产中一直占据着主要地位。因桥壳的工作环境恶劣，长期在动载荷状态下工作，这就对桥壳的材料性能有很高要求，在保证强度的同时，还需要得到更高的塑性和韧性，来适应桥壳的工作特点。

我们知道，对于球墨铸铁来说，球化处理工艺是球墨铸铁生产的关键环节，球化处理效果的好坏直接影响到球墨铸铁的质量。起初，我们采用的球化处理工艺是冲入法球化处理，此种方法虽然简单，易操作，但是还有许多不足之处，例如：合金收得率低；烟雾大，工作环境差；反应时产生的渣量多；处理效果易受到外部因素影响，导致铸件质量出现波动，经常出现球化不合格现象。这些质量波动会导致桥壳的性能受到影响，甚至影响到车辆的安全性。

喂线法球化处理工艺应用于球墨铸铁生产，国外始于20世纪80年代，而国内球墨铸铁的生产对于该技术的应用起步虽然较晚，但该技术在国内的推广使用快，且对于提高球墨铸铁质量的稳定性效果明显。为进一步改善球墨铸铁桥壳的质量，提高其性能，我们引进喂线球化法来提高桥壳的球化质量（见图1）。

2. 喂线球化处理工艺

喂线球化处理工艺的基本原理就是将一定成分的粉状球化剂和孕育剂通过钢皮包裹，通过设备以一定速度送入到球化处理包中，使其在包底球化起爆，达到球化孕育处理的目的。

目前，我们采用的喂线球化处理工艺为：调整化学成分至工艺要求，升温至1510～1520℃静置，出炉温度1480～1500℃，出铁量2t，球化处理温度1420～1 4 5 0℃，浇注温度1 3 7 0～1380℃。随流孕育量0.1%。

加入球化线长度39～46m，根据原铁液硫含量进行调整，硫含量越高，需要加入的球化线越长，反之亦然。孕育线长度为32m。

3. 喂线球化工艺对铸件质量的提升

经过一年多的生产，我公司的桥壳质量相对于以前有了明显提升。特别是化学成分、金相组织、力学性能的稳定性有了很大提高。

（1）主要成分对比我们随机抽取了冲入法和喂线法工艺各50个班次的铁液成分数据，其中每个班次抽取10组数据，分析结果见表1。

图1 喂线球化处理

由表1可以看出，喂线法的成分稳定性高，成分数据的重现性好。

（2）金相组织对比选取铸件同一位置打磨观察金相，如图2所示。相对于冲入法，喂线法生产的铸件石墨球更多、更细，且圆整度也更好。

（3）力学性能对比我们随机抽取冲入法和喂线法生产桥壳的力学性能试棒各120组数据，分析结果如图3、图4所示。

由图3可看出，喂线法工艺生产的力学性能试棒的抗拉强度比冲入法的平均高约12MPa，且数据更集中，稳定性更好；伸长率也是如此。

表1 喂线法和冲入法处理主要成分稳定性对比

4. 喂线球化工艺的优点

根据我们实际生产对比，喂线球化处理工艺相对于冲入法球化处理工艺有很多优势。

（1）现场生产环境的改善冲入法球化时，因球化剂与铁液反应，产生大量烟雾和强光，使现场工作环境变得恶劣；喂线法球化时，因其处理站中有包盖可以盖住球化包，同时包盖与处理站的除尘系统相连，使烟雾通过除尘系统处理掉，而不是直接释放在车间里。

（2）合金加入量减少，降低生产成本经过计算，处理1t铁液喂线法比冲入法可节约原材料成本约78元，按我公司年产1万t球墨铸铁桥壳产能计算，年节约成本78万元，效益可观。

（3）实现作业自动化，降低工人的劳动强度冲入法球化处理时，工人的前期准备工作繁琐，包括球化剂和孕育剂的称量，向包内加入球化剂和孕育剂，并且需要捣实和覆盖操作；喂线法的球化线和孕育线的加入量通过控制柜控制自动加入，减少了大量工作。

（4）球化质量稳定，球化效果更好经统计，自2013年使用喂线球化处理工艺后，球化合格率为99.5%以上，而冲入法球化处理的合格率仅为95%。

图2 金相组织对比

图3 抗拉强度对比

图4 伸长率对比

5. 如何正确选择喂线球化工艺参数

在实际生产中，如何正确选择喂线球化工艺的参数，需要一定次数试验的验证。我们自开始组织试验到正式批量生产，期间经过了多次的工艺调整。下面将我们的使用经验与同行分享。

要正确选择喂线球化的工艺参数，需要注意以下几个方面。

（1）包芯线的选择国外一些经验不建议选用高Mg含量的包芯线，Mg含量过高，球化反应剧烈，Mg的烧损多，渣量大。一般建议选用Mg含量为30%左右，并选用含B a孕育线，能有效防止孕育衰退。我公司使用的包芯线的主要参数为：外包钢皮厚度0.4mm，芯线直径为13mm。包芯线主要成分见表2、表3，使用前应注意检查包芯线外观应圆整，无裂痕、漏粉等。

（2）球化处理包尺寸的选择，特别是高径比的选择目前一些资料推荐的处理包高径比是1.4～1.5，我公司采用的包胎的高径比为1.9。高径比太小，影响镁的吸收率，而且产生的渣量多；高径比太大，容易造成铁液喷爆，如果铁液的处理量大，喂线速度就会相应大，实际生产过程中会导致卡线甚至球化处理失败，另外，高径比太大还会影响处理包的修理。

（3）喂线速度的选择合适的喂线速度不仅可以得到球化质量好的铁液，还可以节省包芯线的用量。国外给出的经验公式：

式中 v——喂线速度；

w——铁液的重量；

δ——钢带厚度；

D——包芯线直径。

实际生产中，还要根据处理温度和铁液高度来进行调整，一般处理温度越高，铁液高度越高，喂线速度也就越快。另外，一些资料上还介绍过一种方便可行的测量最佳喂线速度的方法：先量出处理包中铁液的高度，然后手动喂线机，使芯线刚好接触液面，这时将计数表清零，手动喂线机进行喂线，听到“轰”的反应声时，立即查看喂入长度，如果这个长度和铁液的高度数值基本相等时，这个速度应是合适的。经过验证，我们选取的喂线速度为30m/min。

（4）喂线量的选择合适的喂线量是在保证球化效果的前提下，喂入最少的包芯线。喂线量的多少要根据铁液的处理量、处理温度、铁液的含硫量等来确定。我们根据自己的原铁液含硫量和产品工艺的要求，结合试验验证，在保证残留镁含量的情况下，球化线的加入长度为39～46m，孕育线的长度为32m。

（5）处理温度的选择在保证浇注温度的前提下应尽量降低处理温度，处理温度越低，镁的吸收率越高，包芯线的消耗量也就越少。根据实际生产检测，自开始球化处理到起浇的时间为4～5min，期间温降为40～50℃，其中球化反应时间为80～90s。因在球化处理完之后要进行倒包操作，我们将处理温度定为1410～1450℃，室温低于5℃时取上限，室温高于25℃时取下限。

（6）处理后铁液残留镁含量的选择残留镁的含量根据铸件本身的特点，需要留出一定的保险镁含量。起初，我们把残留镁含量控制在0.03%～0.06%，但经过实际生产验证，残留镁含量控制在0.05%～0.06%之间比较合适，因为我们发现当残留镁低于0.04%时，其石墨球的圆整度稍差，当高于0.07%时，易出现渗碳体，且铁液的缩松倾向变大。

（7）使用过程中卡线问题的解决包芯线在输送过程中，会出现卡线现象，从而导致整包铁液报废。为此，我们采取了以下措施：一是在包芯线盘上方装上钢圈（见图5），这样可以减轻芯线的弯曲，使其顺利进入导向机构；二是在两个线圈接线时，焊接完之后，把凸起较大的焊瘤打磨掉，防止在输送过程中卡线；三是包芯线的输送管道或路线避免出现直径小于1m的弯角，防止包芯线在输送过程中出现漏粉或卡线现象。

另外，在喂线时，建议孕育线要比球化线稍慢几秒，以达到最佳的孕育效果。