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铸铁的注意问题

所属词条:铸铁

注意问题

预防措施

冷裂纹

冷裂纹可能出现在焊缝或热影响区上,并且发生在400℃以下。

当焊缝为铸铁型时,易于出现焊缝冷裂纹。裂纹发生时常伴随着可听见的较响的脆性断裂声音,焊缝较长时或焊补刚性较大的缺陷时,常发生这种裂纹。其产生的原因是:焊接过程中由于焊件局部不均匀受热,焊缝在冷却过程中受到很大的拉应力,由于铸铁强度低,400℃以下基本无塑性,当拉应力超过此时铸铁的抗拉强度时,即发生焊缝冷裂纹。当焊缝中存在白口铸铁时,由于白口铸铁的收缩率(2.3%)比灰铸铁的收缩率(1.26%)大,故焊缝更易出现冷裂纹,特别是当焊缝强大大于母材时,冷却过程中母材牵制不住焊缝的收缩,结果在结合处母材被撕裂,这种现象称为“剥离”。

当焊接接头刚性大、焊补层数多,焊补金属体积大,使焊接接头处于高应力状态时,如焊缝金属的屈服点又较高,难于通过其塑性变形来松弛焊接接头的高应力,则焊接裂纹易于在热影响区的白口区或马氏体区产生,形成热影响区冷裂纹。

防止冷裂纹最有效的方法是对焊补件进行550~700℃的整体预热,其次是采用异质焊缝的焊接材料。

热裂纹

当采用镍基焊接材料(如Z308、Z408、Z508焊条)及一般常用的低碳钢焊条焊补铸铁时,焊缝金属对热裂纹较敏感。产生的原因是:采用镍基材料焊补铸铁时,由于铸铁含S、P高,形成较多的低熔点共晶物,Ni-Ni3S2(熔点664℃)、Ni-Ni3P(熔点880℃);采用低碳钢焊条焊补铸铁时,第一、二层焊缝会从铸铁溶入较多的C、S及P,因此使第一、二层焊缝的热裂程度增加。

防止产生热裂纹的方法是调整焊缝的化学成分,加入稀土元素,增强脱硫、脱磷的能力,减小熔合比,降低焊接应力等。

熔炼方法

冲天炉熔炼法

(1)冲天炉构造

冲天炉的基本构造示如图1。炉身、风箱及烟道等用钢板焊成。炉身内部通常砌以耐火砖层,以便抵御焦碳燃烧产生的高温作用。为了储存铁液,多数冲天炉都配有前炉。

(2)冲天炉熔炼原理

在熔炼过程中,炉身的下部装满焦碳,称为底焦。在底焦的上面交替装有一批批的铁料(生铁、废钢、回炉料、铁合金等)、焦碳及熔剂(石灰石、萤石等)。通过鼓风,使底焦强烈燃烧,产生的高温炉气沿炉身高度方向上升,使其上面一层铁料熔化。

(3)冲天炉熔炼的优缺点及其应用

冲天炉是最普遍应用的铸铁熔炼设备。它用焦炭作燃料,焦炭燃烧产生的热量直接用来熔化炉料和提高铁液温度,在能量消耗方面比电孤炉和其它熔炉节省。而且设备比较简单,大小工厂皆可采用。但冲天炉也存在一定的缺点,主要是由于铁液直接与焦炭接触,故在熔炼过程中会发生铁液增碳和增硫的过程。

采用了冲天炉一电孤炉双联熔炼法或冲天炉一感应电炉双联熔炼法,以充分利用冲天炉熔化效率较高、电孤炉和感应电炉对铁液过热能力强及化学成分控制容易的优点。

感应电炉熔炼

(1)感应电炉构造及工作原理

感应电炉是利用电流感应产生热量来加热和熔化铁料的熔炉。炉子的构造分为有芯式(图2)和无芯式两种,在无芯式感应电炉中,坩埚内的铁料在交变磁场的作用下产生感应电流,并因此产生热量,而将其自身熔化和使铁液过程热。在有芯式感应电炉中,需要加入用其它熔炉(如冲天炉)熔化的铁液,在环形铁芯内产生的交变磁场使沟槽内的铁液过程,并利用沟槽中铁液与其上面熔池中的铁液循环作用而加热全部铁液。无芯式感应电炉具有熔化固体炉料的能力,而有芯感应电炉只能过热已熔化的铁液,但在过热铁液的电能消耗方面,则以有芯感应电炉更为节省。

(2)感应电炉熔炼的优缺点及其应用

与冲天炉熔炼相比,感应电炉熔炼的优点是熔炼过程中不会有增碳和增硫现象,而且熔炼过程可以造渣覆盖铁液,在一定程度上能防止铁液中硅、锰及合金元素的氧化,并减少铁液从炉气中吸收气体,从而使铁液比较纯净。这种熔炼方法的缺点是电能耗费大。

感应电炉适用于熔炼高质量灰铸铁、合金铸铁、球墨铸铁及蠕墨铸铁等。无芯感应电炉能够直接熔化固体炉料,而且开炉及停炉比较方便,适合于间断性生产条件。有芯感应电炉开炉及停炉不便,适合于连续性生产。这种炉子熔化固体炉料的热效率低,而对过热铁液的热效率高,故适于与冲天炉配合使用。如今这两种形式的感应电炉在铸铁生产上都得到应用。

电弧炉熔炼

(1)电弧炉构造及工作原理

电弧炉熔炼是利用石墨电极与铁料(铁液)之间产生电弧所发生的热量来熔化铁料和使铁液进行过热的。生产上普遍使用的是三相电弧炉,其炉体部分的构造示于图3。在电弧炉熔炼过程中,当铁料熔清后,进一步地提高温度及调整化学成分的冶炼操作是在熔渣覆盖铁液的条件下进行。电弧炉依照炉渣和炉衬耐火材料的性质而分为酸性和碱性两种。碱性电弧炉具有脱硫和脱磷的能力。

(2)弧炉熔炼的优缺点及其应用

电弧炉熔炼的优点是熔化固体炉料的能力强,而且铁液是在熔渣覆盖条件下进行过热和调整化学成分的,故在一定程度上能避免铁液吸气和元素的氧化。这为熔炼低碳铸铁和合金铸铁创造了良好的条件。电弧炉的缺点是耗电能多,从熔化的角度看不如冲天炉经济,故铸铁生产上常采用冲天一电弧炉双联法熔炼。由于碱性电弧炉衬耐急冷急热性差,在间歇式熔炼条件下,炉衬寿命短,导致熔炼成本高,故多采用酸性电弧炉与冲天炉相配合。

铸铁裂纹的修复

铸铁件性脆且铸造过程中易产生气孔,在长期的震动和冲击下,易造成应力集中,导致壳体开裂。由于铸铁的焊接性较差,加上液压设备的密封性要求较高,传统的焊补工艺根本无法实现修复。而现场一般没有此类设备的备品备件,购买更换需要大量的停机时间。此类问题现在多采用高分子复合材料进行修复,高分子金属修复材料优良的机械性能及良好的粘接力、耐压性,使得该问题得以有效解决。修复过程:根据现场情况,建议企业先用电焊把裂纹上下连接,焊接几个点用于加强壳体结构力。找到裂纹的终点位置,在终点处打4.2mm止裂孔防止裂纹的进一步延伸。用磨光机沿裂纹打磨干净,向两边扩展75px打磨。用无水乙醇清洗干净后调和高分子金属修复材料配合加强带对裂纹进行修复治理。

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