悬浮浇注法对轴承钢锭温度场及偏析的影响.docVIP

悬浮浇注法对轴承钢锭温度场及偏析的影响 于　艳　陈迪林　陈金保　翟启杰　胡汉起(北京科技大学) 摘　要　对比研究了普通浇注、低过热浇注和悬浮浇注三种不同工艺方法对轴承钢锭的温度场和成分分布的影响。结果表明，悬浮浇注能有效地改善轴承钢锭的温度分布，极大地改善钢锭横截面上的碳、硫、磷元素的中心偏析，提高了轴承钢锭的质量。关键词　悬浮浇注　温度场　偏析　轴承钢 EFFECT OF SUSPENSION CASTING ON TEMPERATURE FIELD ANDSEGREGATION IN BEARING STEEL INGOT YU Yan　CHEN Dilin　CHEN Jinbao　ZHAI Qijie　HU Hanqi(University of Science and Technology Beijing) ABSTRACT　In this paper,three casting methods,including traditional casting,low superheat casting,suspension casting and their effect on the temperature field,and segregation of bearing steel ingot have been compared and studied in detail.The results show that suspension casting can make the temperature field uniform,eliminate macro segregation of C,S and P,and improve the quality of bearing steel ingot. KEY WORDS　suspension casting process,temperature field,segregation,bearing steel 1　前言 　　悬浮浇注法(又称悬浮铸造法)就是在浇注过程中，将一定量的固体金属粉末材料加到金属液流中，使其与金属液一起流入铸型的一种铸造方法。这种方法从1968年由原苏联学者Рыжиков A A［1］提出后，至今已广泛应用于普通铸造［2］、离心铸造［3］和连续铸钢［4］等领域。但是，悬浮浇注法在合金钢种中的应用目前还是个很值得探讨的问题。本研究对悬浮浇注法在轴承钢中的应用做了初步的探讨与分析，其结果对改善模铸及连铸轴承钢质量具有参考价值。 2　试验方法 　　采用GCr15轴承钢作为试验材料，在中频感应炉中重熔，出炉前用铝脱氧。钢锭模内腔尺寸φ70×400 mm，外尺寸， 钢锭重量14kg。 图 1　合箱图 Fig.1　Mold closing figure 图 2　钢锭的冷却曲线和温度场 Fig.2　Cooling curve and temperature field of ingot (a)、(b)—普通浇注工艺；(c)、(d)—低过热浇注工艺；(e)、(f)—悬浮浇注工艺；(a)、(c)、(e)—冷却曲线；(b)、(d)、(f)—温度场；x—钢锭内某点到边缘的距离；R—钢锭的半径 钢锭模经预热后喷涂涂料。上箱(悬浮浇注系统)和底箱采用水玻璃砂干型。浇注时的合箱图如图1所示。悬浮剂采用含碳0.63 %～0.70 %的钢丝切丸，尺寸为0.5 mm×0.5 mm。在钢锭模中部插入3支热电偶，分别测定钢锭模边部、1/2处和中心部位的温度变化曲线，根据记录的温度曲线绘制不同时刻的温度场。为了比较悬浮浇注的作用效果，本试验设计了3种浇注条件：①1　550 ℃浇温的普通浇注；②1　510 ℃浇温的低过热浇注；③1　550 ℃加入2 %悬浮剂的悬浮浇注。 3　试验结果及分析 3.1　悬浮浇注对钢锭温度场的影响　　图2是根据实测结果绘制的3组试验条件下钢锭的温度场。对比各温度场可以看出，普通浇注钢锭整个区域内温度较高，凝固速度较慢；低过热浇注可以提高钢液的凝固速度，但中心区域温度梯度很高；采用2.0 %悬浮剂浇注，即使浇注温度很高，钢液中心在较大区域范围内温度梯度几乎为零。造成这样结果的原因是低过热浇注的钢液粘度大，流动性差，对流传热能力低，导致中心区域的热量散失慢，形成了较大的温度梯度。而悬浮浇注的钢锭，由于悬浮剂吸收了钢液内大量的热量，致使钢锭中心区域的温度梯度几乎为零。3.2　悬浮浇注对成分分布的影响3.2.1　悬浮浇注对碳元素分布的影响　　GCr15轴承钢碳元素含量高，偏析系数大，而且凝固温度范围达160 ℃，故碳元素的中心偏析严重。碳元素化学分析结果见图3。普通浇注的钢锭，中心部分碳正偏析；低过热浇注和悬浮浇注的钢锭，碳分布趋