【正文】 感謝和我在一起進(jìn)行課題研究的同窗同學(xué)，在一起討論、研究使我受益非淺。致 謝首先感謝本人的指導(dǎo)老師，他仔細(xì)審閱了本文的全部?jī)?nèi)容并對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容提出了許多建設(shè)性建議。（6）在配料時(shí)，低硅生鐵搭配回爐料使用，適當(dāng)使用廢鋼。（4）加快鑄件的冷卻速度（厚壁處放置冷鐵），可以消除或減輕石墨漂浮。（2）控制適當(dāng)?shù)臐沧囟?。?）最好選用具有抗衰退能力的長(zhǎng)效球化劑，必要時(shí)可適當(dāng)增加球化劑的加入量，以防止衰退。（2）適當(dāng)控制溫度，注意扒凈渣后加入草木灰、冰晶石粉等覆蓋好鐵液表面，以隔離空氣。（5）嚴(yán)格控制生鐵中含有的妨礙球化元素。（2）嚴(yán)格控制球化處理前鐵液溫度。QT5007的澆注常出現(xiàn)以下缺陷：球化不良、球化衰退、石墨漂浮等。根據(jù)國(guó)內(nèi)球墨鑄鐵的澆注溫度確定為1360~1440℃，各工程技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際情況是可以調(diào)整的，厚壁大件取上限值，薄壁小件取下限值。瞬時(shí)孕育法是在鐵液澆注入鑄型前的瞬間進(jìn)行孕育，使進(jìn)入型腔的鐵液處于充分孕育狀態(tài)，完全避免孕育衰退，孕育效果好。為了提高球化效果，防止球化劑過(guò)早反應(yīng)或上浮燒損，多采用專用澆包。本次設(shè)計(jì)QT5007 球墨鑄鐵選用的球化劑為稀土硅鐵鎂合金，采用沖入法球化處理。然后進(jìn)行計(jì)算爐料的比例用量。為了獲得滿意的低硫、高溫鐵液，采用沖天爐—感應(yīng)電爐雙聯(lián)熔煉，中間配合有效的脫硫、脫磷措施?；瘜W(xué)成份如表61表61 QT5007化學(xué)成分含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）化學(xué)元素CSiMnSPMg稀土含量RE成分含量~~~~其次選取熔煉設(shè)備及方法。6 結(jié) 論 本設(shè)計(jì)運(yùn)用鑄造合金熔煉的基礎(chǔ)知識(shí)，首先分析了QT5007球墨鑄鐵的成分及性能，為選取熔煉設(shè)備及爐料做好了準(zhǔn)備。（6）在配料時(shí)，低硅生鐵搭配回爐料使用，適當(dāng)使用廢鋼。（4）加快鑄件的冷卻速度（厚壁處放置冷鐵），可以消除或減輕石墨漂浮。 表51 鑄件各種壁厚所對(duì)應(yīng)的臨界碳當(dāng)量鑄件壁厚/mm≤1515~3030~5050~100100臨界碳當(dāng)量（%）~~~~~（2）控制適當(dāng)?shù)臐沧囟?。根?jù)鑄件厚壁控制碳當(dāng)量，對(duì)于厚大斷面，碳當(dāng)量還可以降低一些。產(chǎn)生原因主要是鐵液碳當(dāng)量過(guò)高，而且隨碳當(dāng)量的增加而嚴(yán)重；鑄件壁厚，凝固緩慢，時(shí)間長(zhǎng)，加劇了石墨漂?。粷沧囟雀?，使鐵液在鑄型內(nèi)保持液態(tài)時(shí)間長(zhǎng)，促使石墨漂?。ㄈ缤话F液先澆的鑄件比后澆的石墨漂浮嚴(yán)重）；鐵液中稀土元素殘留量高，使共晶點(diǎn)左移，石墨易漂浮，而增加鎂的殘留量（使共晶點(diǎn)右移），可以減輕石墨漂浮。顯微鏡下觀察，石墨球密集成串，呈開花狀。特征石墨漂浮出現(xiàn)在鑄鐵最后凝固部位的上表面（如冒口處、厚壁鑄鐵上部）和型芯的下表面。產(chǎn)生的原因主要是鐵液中的殘留鎂和稀土量隨時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸減少，當(dāng)減少到不足以保證鐵液球化時(shí)，石墨便由球狀過(guò)渡到團(tuán)片狀、厚片狀，嚴(yán)重時(shí)會(huì)變成片狀；扒渣不充分，鐵覆蓋不好，鐵液的運(yùn)輸、攪拌、倒包過(guò)程中球化元素鎂聚集上浮逸出被氧化等。這說(shuō)明球化處理后的鐵液在停留一段時(shí)間后，球化效果會(huì)消失。特征與球化不良相同。(5)生鐵中有時(shí)會(huì)含有一些妨礙球化的元素，數(shù)量雖不多，危害卻很大，因此球化處理不順利時(shí)，可更換一下生鐵。掌握好合理的供風(fēng)制度，防止鐵液過(guò)度氧化，在和其他牌號(hào)的鐵液同爐熔化時(shí)，要注意分離交界鐵液，防止混入高硫鐵液。(3)嚴(yán)格控制鐵液的含硫量和含氧量。(2)處理前鐵液溫度過(guò)高或過(guò)低；過(guò)高球化劑作用激烈，球化元素?zé)龘p嚴(yán)重；過(guò)低，則球化劑易在包底凍結(jié)。因?yàn)樵辛蚋?，氧化物多，就消耗了部分鎂和稀土，這也造成球化不良的原因之一。(6)前爐儲(chǔ)存鐵液不足，球化處理時(shí)將爐渣也出到鐵液包中。(4)使用鎂燒損嚴(yán)重的稀土鎂合金。生產(chǎn)中經(jīng)常遇到與灰鑄鐵交界的第一包球墨鑄鐵球化不良。(2)與灰鑄鐵交界鐵液沒有分離干凈，由于爐料計(jì)算誤差，灰鑄鐵鐵液過(guò)多，交界鐵液沒有分離干凈。 主要是因?yàn)殒V和稀土元素的殘留量不足造成的。金相微觀分析能發(fā)現(xiàn)有集中分布的厚片狀石墨或晶間石墨以及少量球狀、團(tuán)狀石墨，嚴(yán)重時(shí)還出現(xiàn)片狀石墨。特征銀白色的斷口上分布有黑色斑點(diǎn)，破斷鑄件在其整個(gè)斷面上分布有明顯可見的小黑點(diǎn)，愈往中心愈密。球化不良是指澆注過(guò)程中因球化劑加入量不足等原因而形成的鑄鐵石墨未充分球化的現(xiàn)象。在球墨鑄鐵生產(chǎn)中，除了產(chǎn)生一般的鑄造缺陷外，還會(huì)產(chǎn)生一些特有的缺陷，常見的有球化不良、球化衰退、石墨漂浮等。發(fā)射光譜分析操作簡(jiǎn)單，選擇性好，靈敏度高，準(zhǔn)確度較高。發(fā)射光譜分析是一種通過(guò)測(cè)量物質(zhì)的發(fā)射光譜的波長(zhǎng)和強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行定性和定量分析的方法。此法準(zhǔn)確可靠，但需要一套金相試驗(yàn)設(shè)備和熟練的操作人員，一般在爐前2~3min內(nèi)完成磨片拋光制樣，然后在顯微鏡下直接觀察球化情況。經(jīng)球化處理的鐵液，在補(bǔ)加鐵液孕育或倒包時(shí)，可以看到鐵液表面會(huì)冒出亮白色的火苗，生產(chǎn)中根據(jù)火苗的特征可以判斷球化情況和控制補(bǔ)加鐵液量。此法迅速、簡(jiǎn)便，且比較可靠、成本低，生產(chǎn)中常采用。若三角試片斷口晶粒較細(xì)，有銀白色光澤，尖角白口清晰，側(cè)面有明顯的縮陷，中心有縮松，敲擊時(shí)聲音清脆近似鋼，遇水有電石臭味，表明球化良好，否則球化不良。各工程技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際情況是可以調(diào)整的，厚壁大件取上限值，薄壁小件取下限值。在國(guó)內(nèi)球墨鑄鐵的澆注溫度確定原則是：在保證能澆滿鑄型的前提條件下，溫度越低越好，以減少液態(tài)收縮量，減少縮孔和縮松。當(dāng)澆注溫度過(guò)低時(shí)，對(duì)澆注特性影響如下：澆注溫度太低容易出現(xiàn)澆不足、冷隔?？s孔疏松傾向增大。結(jié)晶粗大，機(jī)械性能下降。圖43 澆口杯孕育處理工藝示意圖 1澆包 2小勺（加硅鐵） 3石墨塞 圖44 包外孕育處理工藝示意圖4澆口杯 5油砂芯 6鑄型 7直澆道鐵液的澆注溫度不同，對(duì)鑄件的質(zhì)量將會(huì)有一定的影響。一般要求在處理后20~30min內(nèi)澆注完畢。取樣后在鐵液表面立刻覆蓋上草木灰，減少鐵液與空氣的接觸。如圖43和圖44所示。在鐵液澆注入鑄型前的瞬間進(jìn)行孕育，使進(jìn)入型腔的鐵液處于充分孕育狀態(tài)，完全避免孕育衰退，孕育效果好。孕育劑加入量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%~%，其孕育效果優(yōu)于爐前一次孕育法，且適用于各種鑄件，但操作麻煩。倒包孕育法。此法簡(jiǎn)便易行，但孕育效果易衰退，孕育劑加入量大。爐前一次孕育法。為了防止帶入水分和氣體，孕育前應(yīng)預(yù)熱并破碎成一定的粒度。孕育劑加入量根據(jù)鑄件的壁厚。為了改善這種缺點(diǎn)，以硅鐵為主，加入少量其他元素組成的復(fù)合孕育劑，可延長(zhǎng)孕育時(shí)間，改善效果。我國(guó)普遍應(yīng)用的孕育劑是FeSi75。孕育劑要有較強(qiáng)的孕育能力，并能維持較長(zhǎng)的有效作用時(shí)間；易被鐵液吸收，鐵液降溫少，不引起缺陷和其他副作用；來(lái)源廣，價(jià)格便宜，孕育時(shí)候操作簡(jiǎn)便。孕育處理的目的是：消除球化元素造成的白口傾向，獲得鑄態(tài)無(wú)自由滲碳體的鑄件；增加石墨球數(shù)量，使石墨變小，分布均勻，形狀圓整，提高球化等級(jí)；進(jìn)一步細(xì)化共晶團(tuán)，減少偏析，提高球墨鑄鐵的力學(xué)性能。孕育處理的目的。如生產(chǎn)中常用的稀土硅鐵鎂合金球化劑，采用沖入法處理工藝，原鐵液含硫量與球化劑加入量的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表44。鎂的吸收率和球化劑的加入量 圖42 球化處理時(shí)球化劑（鎂）的去向取決于鐵液的化學(xué)成分（主要是鐵液中含硫量）、鑄件的壁厚（冷卻速度）、鐵液溫度、所用球化劑種類及球化處理的方法等因素，參考數(shù)據(jù)見表43。由圖42可見，球化劑的燒損量較大，其次是脫硫、去氣，僅有少量用于球化上。處理完畢，加集渣劑經(jīng)攪拌、扒渣、爐前檢驗(yàn)合格后即可澆注。若出爐溫度高時(shí)，還可在硅鐵粒上蓋一薄鐵板，以控制球化時(shí)間和反應(yīng)速度，球化劑加入量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%~%。堤壩內(nèi)面積占包底的2/5~1/2，高度以能容納球化劑和覆蓋劑為宜。為了提高球化效果，防止球化劑過(guò)早反應(yīng)或上浮燒損，多采用專用澆包。結(jié)合QT5007所選用的球化劑稀土硅鐵鎂合金、表42各種球化處理方法的特點(diǎn)及適用范圍、生產(chǎn)中常用的球化處理方法和書籍手冊(cè)等，本任務(wù)中QT5007球化處理選擇沖入法。 QT5007的球化處理工藝球化處理方法較多，根據(jù)不同的球墨鑄鐵件工藝要求，選擇不同的球化劑就應(yīng)有不同的處理方法。對(duì)于大型厚大斷面球墨鑄鐵件，可選用釔基重稀土鎂硅鐵球化劑。若生產(chǎn)高韌性球墨鑄鐵時(shí)，應(yīng)選用純鎂球化劑。對(duì)于低硫高溫鐵液應(yīng)選用低稀土低鎂含量的稀土硅鐵鎂合金球化劑；對(duì)于沖天爐熔煉，鐵液溫度在1400~1450℃，%~%時(shí)，可選用FeSiMg6REFeSiMg8RE3球化劑；對(duì)于鐵液溫度在146~1520℃，含硫量較高，%時(shí)，可選用FeSiMg5REFeSiMg6RE2球化劑。當(dāng)爐料中干擾元素含量較高時(shí)，應(yīng)選用稀土元素含量較高的球化劑；若使用高純生鐵，%時(shí)，可選用純鎂和鎂硅鐵球化劑。 球化劑種類多，選用時(shí)應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮： 注意金屬爐料中干擾元素的含量。稀土元素是一種輔助球化劑，與鎂球墨鑄鐵相比，石墨不夠圓整，在鐵液中殘留量過(guò)多時(shí)會(huì)引起石墨球形惡化，白口傾向大，易產(chǎn)生石墨漂浮。同時(shí)，稀土元素中的鈰和釔有較強(qiáng)的球化能力，用釔等重稀土元素做復(fù)合球化劑還具有很強(qiáng)的抗衰退能力。它有比鎂更強(qiáng)的脫硫，脫氧作用（約為鎂的四倍），和鎂配合使用可除去密度較大的氧化夾渣，提高鐵液的流動(dòng)性，有利于減少鑄造缺陷到形成。稀土元素的密度大，熔點(diǎn)高，沸點(diǎn)高，球化處理時(shí)無(wú)沸騰現(xiàn)象，反應(yīng)平穩(wěn)，操作安全。表41常用球化劑的類別及適用范圍序號(hào)球化劑名稱主要成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）密度/(g/cm3)熔點(diǎn)/℃沸點(diǎn)/℃球化處理方法球化劑選用范圍1純鎂球化劑Mg≥6581105壓力加鎂法轉(zhuǎn)動(dòng)包法鐘罩壓入法 主要用于干擾元素含量少的爐料，生產(chǎn)大型厚壁鑄件球墨鑄鐵2稀土硅鐵鎂合金RE1~20Mg5~12Si35~45Ca、Mn4~~1100_沖入法型內(nèi)球化法密封流動(dòng)法復(fù)包法 用于含有干擾元素的爐料生產(chǎn)各種鑄件，具有良好的抗干擾及脫硫去渣作用3釔基重稀土硅鐵合金RE（重稀土）16~28Si40~50Ca5~8~1140~1145_沖入法 多用于打斷面重型鑄件，具有較強(qiáng)的抗球化衰退能力4銅鎂合金Cu80Mg20800_沖入法 多用于大型珠光體基體的球墨鑄鐵件5稀土硅鐵合金RE17~37Si35~46Ca、Mn5~8~1082~1089_沖入法 與純鎂聯(lián)合使用可抵消干擾元素的作用稀土元素也是一種常用的球化劑。同時(shí)鎂的球化作用受某些微量元素（也稱反球化元素和干擾元素）到影響比較大，這些元素有鈦、鉛、鉍、銻、錫、砷等。鎂的球化能力最強(qiáng)，當(dāng)鐵液中含硫量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%~%[原鐵液含硫量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%]時(shí)，鐵液中殘留鎂量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%就可使石墨完全球化。鎂在元素周期表中第三周期，第二主族，是堿土金屬，具有銀白色光澤，密度小、熔點(diǎn)低。目前，工業(yè)生產(chǎn)中采用的球化劑具有以下共同特點(diǎn)：與硫、氧有很大的親和力，生成穩(wěn)定的反應(yīng)生成物，顯著減少溶于體液中的反球化元素含量，在鐵液中的溶解度很低；可能與碳有一定的親和力，但在石墨晶格中有低的溶解度。凡加入到鐵液中能使石墨結(jié)晶成球狀的物質(zhì)稱為球化劑。將鐵液加熱到1500℃左右進(jìn)行精煉，對(duì)鐵液的化學(xué)成分進(jìn)行分析檢驗(yàn)。此時(shí)，為了保證澆注溫度，鐵液必須有較灰鑄鐵高的多的出爐溫度，如至少應(yīng)在1450~1470℃以上。P2O5+5Fe結(jié)合脫硫、脫磷方法，我們選擇在堿性感應(yīng)電爐中加入脫硫劑碳酸鈉，脫磷劑氧化鈣進(jìn)行最后鐵液中有害元素、雜質(zhì)的去除。磷在鑄鐵中與硫不同，它可以增加鐵液的流動(dòng)性，如果高磷鑄鐵，還有較高的耐磨性，但磷能增加鑄鐵的常溫脆性，所以除特殊需要外，在孕育鑄鐵中都把磷作為有害元素。碳酸鈉一般放在包子底下，鐵液沖入引起自動(dòng)攪拌，大致可脫硫約50%。因?yàn)榍蚰T鐵要求較低的硫、磷含量，為了簡(jiǎn)化去脫硫、磷等有害元素，我們選用堿性感應(yīng)電爐。目前這兩種形式的感應(yīng)電爐在鑄鐵生產(chǎn)上都得到應(yīng)用。有芯感應(yīng)電爐開爐及停爐不便，適合于連續(xù)性生產(chǎn)。感應(yīng)電爐適用于熔煉高質(zhì)量灰鑄鐵、合金鑄鐵、球墨鑄鐵及蠕墨鑄鐵等。與沖天爐熔煉相比，感應(yīng)電爐熔煉的優(yōu)點(diǎn)是熔煉過(guò)程中不會(huì)有增碳和增硫現(xiàn)象，而且熔煉過(guò)程可以造渣覆蓋鐵液，在一定程度上能防止鐵液中硅、錳及合金元素的氧化，并減少鐵液從爐氣中吸收氣體，從而使鐵液比較純凈。再者熔池深，液面表面積小，既不利于擴(kuò)大參與冶金反應(yīng)的各相接觸面積。非金屬夾雜物少，純凈度高， 材質(zhì)綜合性能的預(yù)測(cè)性和再現(xiàn)性強(qiáng)。 感應(yīng)爐熔煉的鐵液，質(zhì)量穩(wěn)定性高、成分、溫度容易控制。在有芯式感應(yīng)電爐中，需要加入用其它熔爐（如沖天爐）熔化的鐵液，在環(huán)形鐵芯內(nèi)產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)使溝槽內(nèi)的鐵液過(guò)程，并利用溝槽中鐵液與其上面熔池中的鐵液循環(huán)作用而加熱全部鐵液。 感應(yīng)電爐是利用電流感應(yīng)產(chǎn)生熱量來(lái)加熱和熔化鐵料的熔爐。而且，節(jié)能低耗、減排防污和環(huán)境保護(hù)以成為我國(guó)鑄造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的主流。由于現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)鑄造生產(chǎn)提出了優(yōu)質(zhì)、精化和節(jié)能的三大要求。4 電爐熔煉工藝設(shè)計(jì)感應(yīng)電爐熔煉是利用交流電感應(yīng)的作用，使坩堝內(nèi)的金屬爐料本身發(fā)出熱量，將其融化，