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沃爾夫拉姆?施泰茨:高含硅量可提升鑄鐵件性能
發布時間:
2015-11-09 00:00
來源:
綠色鑄造
2015第二屆中德綠色鑄造論壇舉行期間,德國TDM公司鑄造專家沃爾夫拉姆·施泰茨發表《通過采用新型高含硅量的鑄鐵類型,生產性能更好的鑄鐵件》主題演講,他指出,近年來,市場對鑄鋼和鑄鐵制造出的鑄造組件需求不斷增長,為了在使用鑄件過程中節約能源和最小化二氧化碳排放,鑄件重量必須降低。另一方面,客戶的設計工程師要求增加鑄造組件的具體承載容量,鑄造廠本身也希望能節省生產成本,例如能源和材料成本。實現此目標的一種方法是,為鑄造廠客戶研發并提供新型強力材料,以及對材料進行修整。
其中,一個解決方法是通過采用新型高含硅量的鑄鐵類型,在傳統合金中,珠光體生成的元素錳、銅、錫決定了珠光體/鐵素體比率以及機械性能。硅含量在3%和4.3%之間可以增強100%鐵素體顯微組織,并具有高機械性能,主要體現在更高伸長率、更高抗屈強度、更多設計機會。除此之外,碳化物生成元素具有更高耐受性,由于廢鋼質量差,合金元素包埋逐漸增長。為了防止該增長,需要使用高純度的廢鋼(更貴)。碳化物和珠光體生成元素對高含硅量球墨鑄鐵件靜止機械性能的影響是微弱的,這就是為什么使用含殘余元素的廢鋼(低成本)是可行的。含有錳和鉻的球墨鑄鐵件的蝕刻顯微結構展現其對有害物具耐受性。
與此同時,還具有類似傳統合金鑄件的鑄件性能,高含硅量合金的廢料生產量相類似,或者甚至較低,高含硅量合金的造型填料性能相類似。得益于鐵素體基體,鑄件展現出更好的切削性能,鑄鐵缸體的加工測試(車削)的結果是高含硅量球墨鑄鐵的工具壽命延長50%~60%,通過切削更大的行星架,工具的后刀面磨損平均低于材料GJS-600-10。
缺點同樣存在,石墨畸變風險更高,在更高的硅含量和膜壁厚度下,石墨畸變和傳統合金中的碎塊狀石墨類似。高含硅量合金類型的夏式沖擊功相較于傳統含量合金要低得多,但是夏式沖擊功并不是設計元件時的決定因素。
德國高含硅量球墨鑄鐵已經擁有成功生產實例,在濕型砂模具中生產滾輪軸承,新材料在預先試驗后,澆注系統未做任何更改,成功引入鑄造廠的鑄件生產中。由于生鐵限制(金屬費用僅由廢料和廢鋼構成),金屬費用成本降低了5.1%;生產連續鑄棒,新合金鑄棒抗張強度和屈服強度在類似的伸長率下相對較高;生產輪式裝載機輪轂(重4噸),用EN-GJS-600-10替代鑄鋼,因需求較少,產量由30%提升至80%,清理工部較少投入以及必要的無熱處理,同鋼相比,多于20%的成本效益。
真正的挑戰是生產厚膜壁鑄件,例如風電產業,對于沒有石墨畸變的良好顯微結構(近4%的硅含量),眾所周知的限值為:150~200mm。
根據目前的具體情況,可以總結為GJS高含硅量合金類型為設計工程師提供了一個優化的強度與韌度結合體,為輕重量設計提供支持;更好地切削性能降低了相應鐵鑄件的生產成本;碳化物生成元素的較壞影響被高含硅量所抑制,使得以更低成本制造金屬爐料成為可能;高含硅量增加了石墨偏差的幾率,降低了機械性能;高含硅量合金球墨鑄鐵生產需要鑄造廠更加細心地冶金(熔煉、接種)。
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