南方生铁和北方生铁在灰铸铁件生产中的应用分析

南方生铁和北方生铁在灰铸铁件生产中的应用分析我公司以生产高性能灰铸铁件为主，在使用生铁的过程中，产生了由于生铁使用不合理导致的产品质量问题。经仔细分析，并对南方生铁和北方生铁进行了大量的试验，不仅解决了产品质量问题，提高了产品性能，还节约了合金材料，增加了效益。1．两种生铁化学成分对比以Z14铸造生铁为例，两种生铁化学成分的对比见表1。从表1可看出，两种生铁的五大元素除磷外相差不大，但二者磷及合金元素相差很远，因而对灰铸铁各方面的性能影响很大。2．对收缩的影响相比北方生铁，南方生铁中磷及合金元素含量很高，磷在奥氏体中的溶解度很小，铸铁凝固时，磷基本上都留在液相中。共晶凝固接近完成时，共晶团之间剩余液相的成分接近三元共晶成分，该液相约在955℃凝固，此时钛、砷、钼、铅、铬和钒等都偏析于富磷的液相中，使磷共晶的量增多。磷共晶液体在凝固长大的共晶团周围呈糊状，使凝固收缩很难得到补充，铸件出现缩松的倾向较大。以我公司生产的冰箱压缩机汽缸座为例，当使用南方生铁生产时，导致产品出现“漏气”，且产生缺陷的比例高达3％～8％。经解剖渗漏件发现，铸件的厚大部分有缩松、缩孔，且呈蓝色或蓝黑色，表面粗糙，肉眼可见一些粗大枝晶。后使用北方生铁时，产品没有出现漏气现象，大批量解剖原产生缺陷的部位也没有发现缩松现象。为进一步了解磷及合金元素大致在什么范围内会使汽缸座产品产生缩松，我们通过逐步加入南方生铁进行了多次工艺试验，最后基本确定了产品在不出现缩松的情况下，磷及主要合金元素的最高含量(见表2)。nextpage3．对加工性能的影响影响灰铸铁加工性能的因素有基体珠光体形状及含量、薄位白口、品问偏析相和晶内硬相等。在相同的生产工艺下，只要孕育良好，南北方生铁对珠光体形成和薄位白口的产生影响不大。南方生铁由于磷高，易形成较多的二元和三元磷，磷共晶显微硬度高达800～950HV。另外，南方生铁合金元素含量也高，会产生大量高熔点、高硬度的碳化物、氧化物和氮化物，并存在于石墨晶核内，形成晶内硬相，其中Tic的显微硬度高达32001：IV、Vc高达2800HV、w，C高达3000Hv、wc高达2400HV，这些物质都是合金刀具的刀头材料，对加工刀具的磨损最为有害。我公司曾有一个产品，开始用南方生铁生产，客户仅加工五六件刀具就开始磨损了，产品加工表面刀痕明显，无论如何调整生产工艺，如采取加大硅碳比，调整锰硫比，加大孕育量，以及加铜等措施，均无法有效改善加工性能，后改用北方生铁进行生产，采取正常的生产工艺，不用加铜，也不用加大孕育，客户加工到180件左右刀具才有微量磨损，由此可见南北方生铁对灰铸铁加工性能的影响差异。4．对金相组织、硬度和力学性能的影响在相同炉料配方，并保证产品中碳、硅、锰成分基本相同的情况下，用两种生铁生产相同的铸件，产品金相组织、硬度和力学性能结果如表3所示。从表3可看出，北方生铁比南方生铁在每项性能上都要低一到两个指标，这样的性能往往难以达到客户的要求，必须增加合金元素如锰、铜、铬的加人量。南方生铁在石墨、珠光体含量、硬度和强度等指示上能够达到要求，就在于其中的合金元素对石墨、珠光体的影响，促进石墨变短、变小，珠光体增多、变细，加上磷共晶和晶内高硬度的碳、氮、氧化物的作用，提高了硬度和强度。5．如何利用两种生铁组织生产南方生铁中磷及合金元素较多，容易导致灰铸铁件出现缩松和缩孔，因此使用南方生铁生产灰铸铁件时，如果正常生产的产品突然出现出现缩松、缩孔，则应及时检查产品中磷及合金元素的含量；北方生铁正好相反，虽然出现缩松的倾向低，但最容易出现的问题是产品硬度、强度不够，因此生产高强度灰铸铁时必须提高合金元素如锰、铜、铬等的加入量，这在合金价格不断攀升的今天，势必增加生产成本。如果能够根据两种生铁的特点，在炉前配料时充分加以利用，则不仅能提高产品的质量，还能有效地降低生产成本。我们的经验是在生产中一般按南方生铁：北方生铁=l：2进行炉前配料，产品既不会出现缩松、缩孔，又可减少合金的加入量，同时产品的金相组织、硬度及强度都较好。当然，如果客户对加工性能要求较高，还是应考虑全部使用北方生铁来组织生产。6．结语很多人认为北方生铁由于矿源好，产品杂质少，比南方生铁好，其实这并不完全正确。杂质元素多的南方生铁还是有它本身的优点，生产中做到扬长避短，则有助于提高产品质量，降低生产成本，提高经济效益。