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可锻铸铁的退火工艺研究

可锻铸铁具有其特有的优点和存在价值,但是不容讳言的是,它也存在着特有的弱点,即在它的生产过程中必须经过长时间的石墨化退火.因此,长期以来铸造工作者一直在致力于缩短退火周期、降低能源消耗的技术探索工作.从理论上讲,降低可锻铸铁的退火温度并非不可能.热力学的计算证明,无论在常温和高温下,渗碳体都呈介稳定相,都有分解为石墨的趋势.从60年代起,国外就有人开始从事降低第一阶段石墨化退火温度的研究.近来有人提出可锻铸铁可以采用快速循环石墨化退火工艺,即在温度上限(800~900℃)和温度下限(600~650℃),各加热保温5~10分钟,循环6~7次即可完成石墨化过程.印度的P.L.Poy等(1982)用NaCl孕育处理可锻铸铁,在700℃保温60~96小时获得完全铁素体可锻铸铁,但退火周期太长.目前已有研究证明,可锻铸铁在一定化学成分下经过适当的孕育处理,可在750℃以下完成石墨化过程。
总体上看,目前可锻铸铁快速退火工艺的研究主要集中在以下几个方面
(1)增加低温预处理、高温预处理及预淬处理工序。部分科技工作者在不改变原铁水化学成分的基础上,改变热处理工艺,缩短石墨化退火周期方面进行了一些研究[6]:即在石墨化退火前先进行低温预处理(300~500℃,保温4~5h),或高温预处理(750℃,保温1~2h),或者把铸件加热到奥氏体状态并予以淬火,以增加石墨核心,加速石墨化。虽然目前已有一些工厂将低温预处理纳入正常生产的工艺规范,但其节能效果并不明显。
(2)循环热处理。为寻求缩短可锻铸铁石墨化退火周期的可能性,陕西工学院的杨仁山[7]利用循环热处理的特点,设法通过快速循环石墨化退火新工艺来缩短石墨化退火周期,同时也改善可锻铸铁的性能。其具体工艺为:上限温度T上=880~900℃、T下=600~650℃,加热保温5~10分钟,一般循环6~7次。试验表明可节能约40~60%。但是此种工艺操作繁琐,不利于在现实大规模生产中推广。
(3)提高高温石墨化退火温度为了缩短退火周期,有人曾尝试适当提高退火
温度(940~980℃),降低原子扩散激活能,以缩短石墨化退火周期。此种方法虽然能缩短退火周期,但就其消耗的总能量来说是基本没有节省。而且,提高温度易使退火过程中铸件产生过烧,氧化,变形等质量问题,不易于质量控制。同时,也对退火设备的使用寿命有不良影响。
(4)改进退火炉。国内开封缝纫机总厂的李玉田[8]根掘该厂的经验认为:可断铸铁第一阶段石墨化退火,并非“需要一定的时间”,而是“需要一定的能量”;传统的装箱密封退火,防碍热能的传递,是造成可锻铸铁件生产周期长,能耗大的一个主要原因。而该厂生产中取消了可锻铸铁第一阶段石墨化退火中的密封箱,结果缩短了退火时间,降低了能耗。即由t(退火时间)=Q(一定能量)/VQ(输送能量速度)可知,Q一定时,欲降低t,唯有增大VQ,而经验表明,感应炉VQ较大,故该厂使用感应炉退火,有一定效果。
综上所述,现阶段对于可锻铸铁快速退火的研究主要集中在调整原铁水化学成分、改进孕育剂及孕育处理和优化石墨化退火工艺等方面。优化石墨化退火工艺虽然对缩短石墨化退火时间有一定的效果,但不能从根本上缩短可锻铸铁生产周期。且将增加相应的工序或对设备要求较高,在实际生产应用中成本增加较大。而调整原铁水化学成分、改进孕育剂及孕育处理后缩短退火周期的效果较明显,且还有较大潜力可挖掘。
孕育剂及孕育处理是影响可锻铸铁石墨化退周期长短、石墨形态优劣的重要因素。大量的生产实践及研究表明,复合孕育剂是未来的发展趋势,其各组分之间能相互作用,取长补短,效果优于单一成分或简单几种成分的孕育剂。而可锻铸铁的铸态石墨在析出长大或后来的石墨化退火过程中容易发生形态畸变,影响铸件力学性能。为了防止这种畸变的发生,要求铸态石墨颗粒细小,形状圆整,且分布均匀。因此,需试验新型的复合孕育剂及选择适当的孕育方法,使其在铸态时防止铸态石墨的畸变,细化铸态基体组织,同时,在可锻铸铁石墨化退火过程中起到促进石墨化的作用。
 

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