球铁型材鼓肚缺陷的形成机理及消除方法研究

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迄今,通过水平连续铸造技术生产铸铁型材已有50多年的历史。这种特殊的铸造工艺制各的铸铁型材与一般砂型铸件相比,组织更细小、致密度更高、综合机械性能也得到明显提高,因此,铸铁型材的应用领域不断扩大。随着铸铁水平连铸工艺水平的不断提高,铸铁型材在现代化工业的各个领域得到了广泛应用与发展。  本研究是在铸铁水平连铸技术发展现状的基础上,以陕西华安铸铁型材有限公司的矩形截面球墨铸铁型材鼓肚缺陷为研究对象,从传热、凝固、拉拔工艺与二次喷冷工艺等方面,分析缺陷的形成原因。考虑到铸坯的凝固潜热、铸坯内的铁水静压力、铸坯与结晶器石墨套之间的间隙、型材生产过程中的拉拔速度等影响水平连铸生产的多方面因素,提出了在不降低生产效率情况下能够有效解决鼓肚缺陷的反弧度法工艺。同时,对比分析了反弧度法生产的铸铁型材的组织与性能。本文得到的主要结论如下:  (1)鼓肚缺陷的形成机理:在水冷装置的冷却作用下,结晶器石墨套内的铁水逐渐降温至液相线温度,形核并长大,形成铸坯外壳。随着时间的延长,铸坯发生凝固收缩,铸坯两侧和铸坯下方与石墨壁紧贴,而铸坯顶部因坯壳的凝固收缩,坯壳与石墨套之间产生气隙,导致传热能力降低,但随着凝固层继续加厚,铸坯顶部的凝固层没有下方及两侧紧贴石墨壁的凝固层厚。当铸坯从结晶器拉出来后,铸坯内部未凝固的铁水继续凝固,释放结晶潜热。因铸坯顶部的凝固层薄,被内部未凝固的液态金属再次加热,导致强度降低,不足以承受液态金属的静压力,铸坯发生变形向上鼓起,形成鼓肚。  (2)针对鼓肚缺陷,在球铁型材的水平连铸过程中采用反弧度法工艺,即通过新型的石墨套与引锭装置来实现的,通过实施反弧度法工艺,型村的鼓肚现象得到有效消除。但由于在率次实验过程中,刚开始生产型材时的拉拔速度比较慢、拉拔周期较长,使型材在结晶器的停留时间过长,导致在扁平方向上型材顶部略微向下凹,当拉拔参数调整合适时,下凹及鼓肚现象基本消失。  (3)反弧度法工艺制各的铸铁型材组织更为均匀,力学性能更为优良。与实施反弧度法之前的型材相比,实施反弧度法之后的型材硬度得到提高,组织更为均匀,并且其抗拉强度指标高于铸铁型材标准(JBT10854-2008水平连续铸造铸铁型材)最低性能要求。同时,伸长率指标均超过LZQT500-7规定的指标。与拉伸性能结果类似,反弧度法试样的抗压强度高于未实施反弧度法试样的抗拉强度。
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