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  • 解決方案

    等溫淬火球墨鑄鐵生產技術的新進展


    曾藝成(機械科學研究總院,北京100044)摘要:介紹了我國 ADI 生產技術的新進展,主要表現在:

    (1)CADI 磨球取得較大進展;

    (2)重型卡車底盤零件有可能成為 我國 ADI 產量新的增長點;

    (3)ADI(CADI)在抗磨耐磨零件上應用取得突破;

    (4)等溫淬火熱處理中心的建立,使質量穩 定、價格合理的熱處理裝備又重新成為大家關注的問題;

    (5)生產球墨鑄鐵原輔材料質量的改善以及球墨鑄鐵毛坯質量 的提高,為齒輪、曲軸等零件重新采用 ADI 增強信心。同時,提出了目前 ADI 生產過程中存在著產品穩定性和一致性差 的問題以及今后的發展方向。 關鍵詞:等溫淬火球墨鑄鐵;生產技術;發展方向 中圖分類號:TG255 文獻標識碼:A 文章編號:1003-8345(2015)05-0019-07 DOI:10.3969/j.issn.1003-8345.2015.05.001 New Progress of Isothermally Quenched Ductile Iron Production Technology ZENG Yi-cheng (China Academy of Machinery Science & Technology,Beijing 100044,China) Abstract:An introduction was conducted to the new progress of ADI production technology in China,the main progresses were as follows:(1)CADI grinding balls production technology had relatively obvious progress.(2)It was possible that the chassis parts of heavy trucks would become the new growth point of ADI production in China.(3)The application of ADI (CADI)to abrasion-resistant and anti-abrasion parts has got breakthrough.(4)The establishment of isothermally-quenching center caused the heat treating equipments with stable quality and rational price to become the problem attracting public attentions.(5)Quality improvement of raw and accessorial materials used for ductile iron production and quality elevation of rough ductile iron castings strengthened confidence to re-use ADI for making important parts such as gears,crankshafts et al. In addition,the problem of poor quality stability and consistency of products existing in the ADI production process,as well as the future development direction of ADI were proposed. Key words:isothermally quenched ductile iron;production technology;development direction ADI 從系統研究、開發至今已有 40 年了, ADI 的發展經歷了試驗研究、開發應用和產業化 生產 3 個階段。由于其具有強度高(最高可超過 1 600 MPa)、塑性好(最大伸長率>11%)、動載性 能高(彎曲疲勞強度達 420~500 MPa,接觸疲勞 強度達 1 600~2 100 MPa)、耐磨性及吸震性好等 許多優點,發展很快,應用范圍逐步擴大。 在國外 ADI 應用市場中,汽車鑄件占主要 位置,約為 ADI 件總產量的 45%以上,特別是重 型卡車的底盤零件。據介紹,美國每輛重型卡車 中至少有 500 kg 以上是 ADI 鑄件。 經過幾十年的生產、應用,積累了豐富的生 產經驗和數據。ADI 的應用已由一般代用發展到 按 ADI 的性能特點及服役條件利用有限元分析 等現代設計技術優化產品結構,達到減小零件壁 厚、減輕質量、節能節材的目的。 我國 ADI 應用中,仍然是以抗磨、耐磨件為 主,特別是磨球,CADI 磨球和奧貝磨球仍占我國 ADI 產量的很大部分。粗略統計,我國 ADI(包括 CADI) 年產量約 13 萬 t,其中磨球約 7 萬 t,占 收稿日期:2014-12-30 修定日期:2015-06-27 作者簡介:曾藝成(1934.11-),男,廣東南海人,教授級高工,主要 從事鑄鐵熔煉及等溫淬火球鐵技術研究工作。 球 墨 鑄 鐵 Nodular Iron 19 現代鑄鐵 2015 / 5 50%以上;工程結構件(包括齒板、襯板)約占 42%,其中重型卡車懸掛件、支架占 50%,抗磨、 耐磨件占 25%~30%,齒輪、曲軸占 5%~10%,其 它占 10%。 ADI 的生產由球墨鑄鐵毛坯、熱處理和機加 工 3 個主要環節組成,而提供健全、質量穩定的 球墨鑄鐵毛坯是基礎。沒有質量好且穩定的球墨 鑄鐵毛坯,就不可能生產出合格的 ADI 件。無數 生產實踐說明,使用效果顯著且經濟效益良好的 ADI 件,往往因批量生產時廢品率高、質量不穩 定而敗下陣來。 近年來,我國球墨鑄鐵生產技術取得很大進 展,球墨鑄鐵的性能和質量水平有很大提高,質 量穩定性逐年增長,原輔材料供應和質量有了很 大改善,特別是高純生鐵的大量供應,由于雜質 元素含量很低,鐵液純凈度高,使我國球墨鑄鐵 生產長期存在的塑(韌)性指標比國外同牌號低 的情況得以改變;發展和改善各種處理技術,使 石墨球的圓整度、大小、數量得到有效控制;生產 工序每一過程的嚴格控制,使球墨鑄鐵質量的穩 定性大為提高;超聲、磁粉、射線等無損檢測技術 的應用,特別是在批量生產時實現在線檢測,保 證了每一件產品的質量。由此可見,為 ADI 生產 提供的球墨鑄鐵毛坯質量情況已基本上得到解 決,可以預料未來幾年內,ADI 的推廣、應用會得 到很大的發展。 1 我國 ADI 生產技術的進展 1.1 CADI 磨球取得較大進展 CADI 磨球從研發至今已有 6~7 年的歷史, 是由河北工業大學和遷西奧帝愛機械鑄造有限 公司共同開發的,多年使用結果證明:CADI 磨球 與高 Cr 球、低 Cr 球相比,具有磨耗低、破碎率 低、節電、噪音低等優點。 目前,遷西奧帝愛公司 4 條鐵型和覆砂鐵型 磨球線、4 條熱處理生產線 (其中一條為磨球專 用連續生產線),可生產尺寸為 φ40 mm、φ50 mm、 φ60 mm、φ80 mm、φ100 mm、φ120 mm、φ130 mm、φ150 mm 甚至 φ180 mm 的 CADI 磨球,具 有年產 CADI 磨球 5 萬 t 的生產能力,是目前我 國最大的 CADI 磨球生產廠。河北承德求業釩鈦 抗磨科技材料有限公司利用 V、Ti 與 C、N 化合 物等硬質點生產的 CADI 磨球,在使用中也取得 很好的效果。由于 CADI 磨球使用效果明顯,許 多磨球生產廠都爭先采用,但因生產工藝、裝備 不規范,技術要領不掌握,一些 CADI 磨球出現 質量不穩定、使用效果不理想等問題,必須加以 重視,如不對其進行引導、改進、提高質量,會影 響 CADI 磨球的聲譽。 根據國內外市場情況,CADI 磨球主要在以 下幾方面發展:(1)規范生產工藝,形成 CADI 磨球成套生 產技術(包括設備),保證磨球質量,逐步擴大市 場。(2)由于目前鐵礦精粉需求減緩,生鐵市場 狀況不好,CADI 磨球回款困難,其應用范圍由鐵 礦逐步向銅礦、金礦、水泥、煤炭等方面擴展。(3)由國內市場轉向國外市場。(4)為保證質量,降低成本,在保證球墨鑄鐵 毛坯質量的情況下,熱處理工藝與裝備成為關鍵。 近幾年來,圍繞年產 1 萬 t 的磨球專用熱處 理生產線的建立,中國鑄協耐磨鑄鐵分會與 ADI 技術委員會曾先后組織 7 家熱處理設備廠進行 討論,提出各種方案。對熱處理生產線的要求是: 生產能力為 1 萬 t/年,硬度>56 HRC,圓周方向 硬度差2%、w(Mo)>0.3%,硬度 280~310 HB,鑄 件質量 4.3 t,經加工后凈重 2.4 t。通常這些零件 直徑達 1 200 mm,但隨著透平機繼續向大型化、 高效化發展,預測鑄件直徑要達到 3 000 mm。目 前處理廠已裝備了商業用的最大等溫淬火爐,能 處理重 7 t、直徑 1 840 mm、高 1 430 mm 的大型 鑄件。除行星齒輪架外,1 500 kW、3 000 kW 的 傳動齒輪也有用 ADI 生產的。 ADI 零件受壁厚的限制,一般來說壁厚在 25 mm 以下,不需要加合金元素也能淬透。根據目 前所掌握的工藝技術,采用有效的提高淬透性的 措施,可以穩定獲得淬透效果的最大壁厚為 150 mm。 3 結束語 通過對我國各 ADI 件生產企業的調研,可以 看出,我國 ADI 生產技術的進展是:

    (1)CADI 磨 球取得較大進展;

    (2)重型卡車底盤零件應用逐步 擴大,產量逐年提高,隨著運輸裝備輕量化政策 的實施,有可能成為我國 ADI 產量新的增長點;

    (3)ADI(CADI) 在抗磨耐磨零件上應用取得突破;

    (4)等溫淬火熱處理中心的建立,為我國ADI的 發展作出很大貢獻,在市場激烈競爭的情況下, 質量穩定、價格合理的熱處理裝備,又重新成為 大家關注的問題;

    (5)生產球墨鑄鐵用原輔材料質 量的改善以及球墨鑄鐵毛坯質量的提高,為齒輪、曲軸等零件重新采用 ADI 增強信心。雖然我 國 ADI 生產技術有了很大的進展,但也存在著質 量的穩定性和一致性差的問題,這些問題急需解決。

    參考文獻 [1]陳明志.應用二步法等溫熱處理工藝得到高抗拉韌性及高斷 裂韌性的 ADI[A].第五屆全國等溫淬火球鐵(ADI)技術研討 會論文集[C].鄭州:中國機械工程學會鑄鐵及熔煉技術委員會,2011:235-239. [2]徐揚.抗磨貝氏體球墨鑄鐵的研究與應用[A].第四屆全國等溫淬火球鐵(ADI)技術研討會論文集[C].鄭州:中國機械工程學 會鑄鐵及熔煉技術委員會,2006:60-63

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