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2022-32 硅碳比对机床铸件性能的影响
时间 : 2022-02-10 10:00 浏览量 : 41

随着机床用户对整机刚度、精度稳定性要求的提高,机床铸件也相应地要求具有较高的力学性能、较好的抗变能力、高且均一性好的导轨面硬度。通常采用低碳当量的方法,但却引发了铸造缺陷和铸件废品率大大增加。近年来,在选择适当碳当量的情况下,通过提高硅碳比的方法来改善机床铸件的综合性能,取得了良好的经济效益。

    试验条件:

    生产试验在3T/h冲天炉和工频前炉双联炉上进行,铁水出炉温度在1450℃以上,浇注温度在1340℃以上。炉前孕育采用75硅铁和稀土硅铁合金,总孕 育量控制在0.5%以下。CE选择在3.7-3.9% 之间, 每炉浇注φ30mm圆柱试棒测试其机械性能和化学成分。其结果如下表。

机床铸件

机床铸件 (1)

    通过下图可以看出,硅碳比在0.45-0.8的范围内时,随着硅碳比的提高,抗拉强度也随之提高,其中硅碳比在0.65-0.8之间时抗拉强度提高尤其明显,但当硅碳比超过0.9以后,抗拉强度反而下降。这是因为铸铁的CE一定时,提高 硅碳比使石墨的含量降低,石墨对基体的切割作用减弱,另外随硅碳比提高,实际上增加了含硅量,固溶强化了铁素体。而当硅碳比超过0.9以后,通过金相观察发现基体中的铁素体量有所增加,对抗拉强度反而产生不利的影响。

机床铸件 (2)

    硬度试验是从φ30mm抗拉试样中部截取,在120°半径方向1/2 处打3点取平均值,从 试验结果来看,在相同的CE条件下,高硅碳比铸件的硬度略高,但硬度值相对较稳定,一般都在HB200-230之间,相对硬度RH都在1.0以下,对改善机床铸件的机加工性能是有利的。这是因为在适当的硅碳比条件下,珠光体的显微硬度随硅碳比提高相应略有提高。 

机床铸件 (3)

    试验采用潮模浇注的20-80mm厚阶梯形试块加工后测其硬度。当加工量为2-20mm时,硬度差一般在HB10-24之间,对生产中经机加工后铸件测硬度,其硬度差一般在HB6-16之间。 这符合机床铸件的工艺要求。硬度的均匀性好,不仅能提高铸件的材质水平,而且能提高机床的精度稳定性。这是因为硅碳比在0.65-0.8范围时,金相组织基本上是细片珠光体,白口倾向性很小,冷却速度对组织的影响较小,即壁厚敏感性差,厚壁处不会出现铁素体,薄壁处不会出现渗碳体。因而硬度的均匀性比较好。 

    铸件的残留铸造应力受多种因素的影响,诸如铸件结构、铸造工艺、冷却条件以及铸铁性质等。大量试验结果表明化学成分是影响机床铸件残留应力 的重要因素。随着CE增加,残留应力减小。在CE相同时,随硅碳比提高,残留应力降低。在生产中发现,应用高硅碳比配料前,床身中墙经常出现开裂报废,应用高硅碳比以后,这类现象得到有效遏制,经对几种不同规格的铣床工作台的精度测试发现,高硅碳比的工作台发生的形状和尺寸的变形量均比低 硅碳比的小,高硅碳比的精度稳定性明显提高。

机床铸件 (4)

    由于采用高硅碳比成分的铁水,在各项指标达到要求的情况下,碳当量CE略有增加。同时由于Si含量高,石墨化充分,实际生产中的铁件缩松缺陷减少。 

    由于高硅碳比铸铁的含硅量的提高,铸铁 组织较普通灰铸铁均匀,很薄的飞刺也是灰口,使铸件的薄壁和尖角等易形成白口的部位也完全获得灰口组织。因此大大改善了切削加工性能,即使铸件不经热时效处理,其切削性能仍很好,加工低应力铸铁件时,机床刀具的修磨频次大大下降。 

    结论: 

    当CE为3.7-3.9时、硅碳比为0.65-0.8时灰铸铁具有较好的综合机械性能。 

    高硅碳比可提高机床铸件的刚度,同时降低了铸造残余应力,提高铸件的抗变形能力,从而提高了机床精度的稳定性。 

    高硅碳比铸件具有良好的铸造性能,可以减少裂纹、缩松等导致的铸件废品,部分零件可取消一次热时效处理。 

    高硅碳比铸铁生产机床铸件,白口倾向小,组织均匀性好,加工性能好,可以降低刀具损耗。


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