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標(biāo)題:現(xiàn)代球鐵在我國的研究和應(yīng)用
我國球鐵的研究工作始于1950年,最先是由中國科學(xué)院上海冶金陶瓷所和清華大學(xué)王遵明教授分別在上海、撫順兩地進(jìn)行。由于我國缺鎳,未采用INCO的鎳鎂球化劑,而是采用銅鎂合金沖入法研制成功球鐵。
1952年,更多的單位開始研究用純鎂代替銅鎂合金,采用鐘罩壓入法處理球鐵;1953年我國又掌握了補(bǔ)加鐵水的方法,以彌補(bǔ)鐘罩壓入法鐵水溫降大的缺點。大部分工廠采用鐘罩壓入法一直到1957年左右,這種方法耗鎂量高(一般占鐵水量的0.5%~1.0%),同時球化不夠穩(wěn)定,勞動條件差。1957~1958年間,鑄鐵研究室(1957年由清華大學(xué)與一機(jī)部機(jī)械院等有關(guān)單位組成的合作研究機(jī)構(gòu))、大連造船廠、天津拖拉機(jī)廠、上海區(qū)球鐵曲軸研究小組等單位先后試驗成功壓力加鎂和滅容加鎂的方法,并在生產(chǎn)中正式采用。至此,鎂系球化劑及其處理工藝經(jīng)過八年的不斷研究和應(yīng)用,基本成熟和完善了。
球鐵生產(chǎn)初期,由于工藝尚不成熟,質(zhì)量尚不穩(wěn)定,因而球鐵多是來制作受力不大的小零件和機(jī)修配件。1956年9月和10月分別在北京和上海召開了球鐵曲軸研討會,并肯定了球鐵曲軸使用的可靠性。會后,無錫柴油機(jī)廠、南京汽車廠、天津動力機(jī)廠、天津拖拉機(jī)廠相繼開展了試驗研究工作,并陸續(xù)鑒定投產(chǎn)。一機(jī)部汽車局于1957年11月在天津動力機(jī)廠召開了鑄鐵曲軸經(jīng)驗交流會議,制訂了球鐵曲軸的技術(shù)條件、檢驗方法,提出了曲軸用球鐵可采用50-1.5、60-2兩個牌號。球鐵曲軸的成功應(yīng)用,標(biāo)志著我國的球鐵作為一種工程材料登上了機(jī)械工業(yè)舞臺。后來用于生產(chǎn)的重要零件有:鞍鋼于1955年試制成功球鐵軋輥,鐵道科學(xué)研究院于1957年試制成功鐵路車輛球鐵軸瓦,本鋼于1957年試制成功鋼錠模,此外,還有凸輪軸、正時齒輪、閥門、減速器齒輪等零件。1958年11月召開第一次全國球鐵會議時,全國已有近四百個單位研究、生產(chǎn)球鐵,并試制了一些當(dāng)時國外尚未報道的球鐵零件,如鐵軌、無縫管、熱軋齒輪、液體軋制薄板、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和水輪機(jī)主軸等。
本時期的球鐵品種比較少,真正用于生產(chǎn)只有相當(dāng)于現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的QT60-2、QT42-10和QT50-5三種牌號,性能水平也不高,珠光體球鐵抗拉強(qiáng)度一般在70kgf/mm2以下,鐵素體球鐵的延伸率平均不超過15%。
1958年以來,各地大量生產(chǎn)土鐵,土鐵的特點是C、Si、Mn低,S、P高,因為高硫球鐵的性能不高且不穩(wěn)定,還需要長時間退火,鎂系球化劑不適應(yīng)我國當(dāng)時的鑄造生產(chǎn)條件。1961年包鋼又成功地從爐渣中提取出廉價的稀土,為稀土球化劑提供了充足的原料。1964年,一機(jī)部機(jī)械院與南京汽車廠、無錫柴油機(jī)廠等單位,采用稀土合金和鎂作復(fù)合球化劑,研究成功具有我國資源特點的稀土鎂球鐵,解決了鎂球鐵生產(chǎn)中長期存在的夾渣、縮松、球化不良等缺陷,并分別于1964年底和1965年初在南京汽車廠、無錫柴油機(jī)廠正式投入生產(chǎn)。由于復(fù)合球化劑反應(yīng)平穩(wěn),上海工藝研究所等單位于1965年又研究成功非常簡便的沖入法代替壓力加鎂法,簡化了球鐵的生產(chǎn)工藝。
進(jìn)入80年代以來,我國球鐵產(chǎn)量逐年大幅度增長,生產(chǎn)廠遍及全國各省市區(qū);研究成功等溫淬火球鐵及多種特種球鐵,球鐵牌號增至十多個品種,并相繼制訂了“稀土鎂球鐵金相”、“球墨鑄鐵件”、“球鐵用生鐵”、“稀土硅鐵鎂合金”等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);研究開發(fā)了適應(yīng)球鐵大量流水生產(chǎn)的先進(jìn)工藝,如搖包、氣動脫硫;型內(nèi)、型上球化;多種瞬時孕育;音頻、超聲、熱分析等多種球化率快速檢測方法等。以汽車零件為代表的大量流水生產(chǎn)逐步達(dá)到國際水平,離心鑄管產(chǎn)量也逐年增長,使我國逐步邁進(jìn)球鐵生產(chǎn)大國的行列。
在球化理論方面,哈工大、中科院物理所、華中工學(xué)院、鎮(zhèn)江農(nóng)機(jī)學(xué)院等單位分別采用液淬、熱分析、掃描電鏡觀察、電子探針等先進(jìn)手段進(jìn)行試驗,并系統(tǒng)地提出了自己的觀點:球狀石墨是從液相中直接析出長大的;在液態(tài)就可能發(fā)生石墨畸變;石墨生成的結(jié)構(gòu)機(jī)理是以螺旋位錯方式長大;石墨畸變的原因是氧、硫等表面活性原子堵塞螺旋位錯臺階而阻礙了石墨的球狀生長;鎂、稀土等球化元素的作用在于其脫氧、脫硫的“清掃劑”作用等等。這些觀點豐富了原有的球化理論,并對原鐵水質(zhì)量控制、合理選擇球化劑、加強(qiáng)孕育、防止球化不良和衰退產(chǎn)生等生產(chǎn)實際問題都有非常重要的指導(dǎo)意義。
在石墨形貌方面,清華大學(xué)采用掃描電鏡等手段,用深腐蝕和熱腐蝕方法,研究了各種鑄鐵的石墨形貌和內(nèi)部結(jié)構(gòu),建立了一套鑄鐵石墨形貌的掃描電鏡圖譜,并據(jù)此提出了“鑄鐵石墨分類、命名”的文件,深化了對鑄鐵石墨形貌的認(rèn)識。
在球鐵基本性能方面,鄭州機(jī)械所、北京鋼鐵學(xué)院、北京市機(jī)電院等單位系統(tǒng)測定了各種不同基體、不同牌號稀土鎂球鐵的動靜態(tài)力學(xué)、使用、加工等性能,為合理選用球鐵材質(zhì)制造服役條件惡劣零件提供了科學(xué)數(shù)據(jù)。
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