對(duì)影響灰鑄鐵件試棒強(qiáng)度因素的分析

霍明新

（廣西玉柴機(jī)器股份有限公司鑄造廠，廣西 玉林 537005）

眾所周知，在鑄造行業(yè)，往往使用單鑄試棒，對(duì)單鑄試棒抗拉強(qiáng)度值進(jìn)行檢測(cè)，通過判定試棒強(qiáng)度值是否符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的方法來作為判斷一批產(chǎn)品強(qiáng)度性能是否合格的依據(jù)。故，單鑄試棒強(qiáng)度值是否合格顯得尤為重要。我公司鑄造廠A車間在一段時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)澆注的試棒強(qiáng)度出現(xiàn)批量不合格，給公司、廠、車間帶來了諸多損失和麻煩。在此期間，A車間對(duì)影響灰鑄鐵試棒強(qiáng)度的因素進(jìn)行了逐一試驗(yàn)分析探討，找到了一些影響試棒強(qiáng)度的關(guān)鍵因素，為日后控制灰鑄鐵試棒強(qiáng)度性能積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)財(cái)富。

1 試棒生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介

1.1 熔煉工藝

熔化工藝使用沖天爐+工頻爐雙聯(lián)熔煉，即由沖天爐熔煉鐵水，然后把沖天爐熔煉出來的鐵水轉(zhuǎn)到工頻爐內(nèi)，進(jìn)行升溫、調(diào)整成分。待鐵水溫度、成分等符合工藝要求后，工頻爐出鐵槽沖入法出鐵隨流孕育處理。

1.2 試棒鑄型制造工藝

使用正常生產(chǎn)鑄件產(chǎn)品用的潮模砂，進(jìn)行人工緊實(shí)法制造試棒鑄型。在制造試棒鑄型過程中，需要注意控制潮模砂的水分、鑄型的硬度，以確保試棒鑄型質(zhì)量。

1.3 澆注工藝

試棒澆注工作由人工完成，即在當(dāng)包鐵水澆注鑄件產(chǎn)品前，從待澆注的鐵水包內(nèi)倒出一定量的鐵水，充滿小的手端澆注包，然后人工手端小澆注包把鐵水澆注入已筑好的試棒鑄型內(nèi)，即完成試棒樣的澆注工作。

2 抗拉試樣準(zhǔn)備及強(qiáng)度值檢測(cè)

2.1 抗拉試樣準(zhǔn)備

將清理后的試棒在車床上車成抗拉試樣，抗拉試樣[1]形狀見圖1。

圖1 抗拉試樣

圖1中所示各部位尺寸見表1。

表1 抗拉試樣尺寸 （mm）

2.2 強(qiáng)度值檢測(cè)方法

將抗拉試樣固定夾持在液壓式萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上，施加拉力，當(dāng)試樣被拉斷時(shí)，就會(huì)在液壓式萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)顯示面板上顯示出強(qiáng)度值。

3 試驗(yàn)分析

3.1 試驗(yàn)廢鋼對(duì)試棒強(qiáng)度的影響

廢鋼是生產(chǎn)灰鑄鐵時(shí)不可缺少的原材料之一，其質(zhì)量對(duì)沖天爐熔煉過程有直接影響，從而影響鐵水質(zhì)量。國(guó)內(nèi)鑄造廠對(duì)廢鋼的要求也不盡相同，有相當(dāng)比例的鑄造廠使用質(zhì)量不是很好的雜廢鋼，有條件的鑄造廠才使用沖壓件邊角料廢鋼。我公司鑄造廠大多數(shù)情況下使用廢舊廠提供的雜廢鋼。在我公司鑄造廠A車間出現(xiàn)批量試棒強(qiáng)度不合格期間，在保證其他條件不變的前提下，僅把沖天爐熔煉用廢鋼由廢舊廠提供的雜廢鋼調(diào)換為表面干凈、塊度均勻的沖壓件邊角料廢鋼，試驗(yàn)使用了一段時(shí)間，期間仍出現(xiàn)試棒強(qiáng)度不合格現(xiàn)象。結(jié)論：廢鋼不是造成試棒強(qiáng)度不合格的主要因素。

3.2 試驗(yàn)焦炭對(duì)試棒強(qiáng)度的影響

焦炭是沖天爐熔煉的燃料，正是依靠焦炭燃燒釋放出的熱量來達(dá)到熔煉金屬爐料獲得鐵水的目的。焦炭的質(zhì)量對(duì)沖天爐熔煉起著至關(guān)重要的作用。高質(zhì)量的焦炭可以熔煉出高質(zhì)量的鐵水。在試棒強(qiáng)度出現(xiàn)批量不合格期間，為了驗(yàn)證不同質(zhì)量焦炭對(duì)試棒強(qiáng)度的影響，在其他條件不變的前提下，我們使用兩個(gè)廠家生產(chǎn)的焦炭進(jìn)行沖天爐熔煉對(duì)比試驗(yàn)。使用A焦炭廠家供應(yīng)的焦炭時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)沖天爐熔煉出的鐵水溫度在1470℃～1490℃；使用B焦炭廠家供應(yīng)的焦炭時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)沖天爐熔煉出的鐵水溫度在1500℃～1520℃。使用B焦炭廠家供應(yīng)的焦炭，鐵水溫度、成分均優(yōu)于A焦炭廠家供應(yīng)的焦炭，但使用B焦炭廠家供應(yīng)的焦炭進(jìn)行沖天爐熔煉鐵水澆注試棒期間，仍出現(xiàn)了試棒強(qiáng)度不合格問題。結(jié)論：焦炭不是造成試棒強(qiáng)度不合格的主要因素。

3.3 試驗(yàn)孕育劑對(duì)試棒強(qiáng)度的影響

起初，A車間批量出現(xiàn)試棒強(qiáng)度不合格時(shí)，技術(shù)人員有兩個(gè)觀點(diǎn)，一個(gè)觀點(diǎn)是認(rèn)為與孕育過程有關(guān)，此觀點(diǎn)提出的理由是在抗拉強(qiáng)度不合格的試棒金相中均存在一定比例的E型石墨；另一個(gè)觀點(diǎn)是認(rèn)為與孕育劑本身有關(guān)，此觀點(diǎn)提出的理由是近兩年孕育劑材料價(jià)格在迅漲，而孕育劑生產(chǎn)廠家為了追求利潤(rùn)，在孕育劑某些關(guān)鍵元素上進(jìn)行控制。為驗(yàn)證是否與孕育過程有關(guān)，A車間開展了高溫出鐵再進(jìn)行二次倒包工藝。試驗(yàn)結(jié)果表明試棒強(qiáng)度仍不合格。為驗(yàn)證是否孕育劑本身的問題，A車間隨機(jī)取孕育劑樣品送外委托專檢單位進(jìn)行孕育劑成分檢驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果顯示孕育劑各元素成分均符合公司原材料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

為進(jìn)一步驗(yàn)證孕育劑對(duì)試棒強(qiáng)度的影響，A車間申購(gòu)了少量另外一種新的硅鈣鋇孕育劑開展與原用稀土鈣鋇孕育劑的對(duì)比試驗(yàn)。對(duì)比試驗(yàn)前提：同一爐鐵水、孕育量相同、出鐵溫度相同。試驗(yàn)結(jié)果表明使用新采購(gòu)的硅鈣鋇孕育劑進(jìn)行孕育處理澆注的試棒強(qiáng)度比使用原稀土鈣鋇孕育劑孕育處理澆注的試棒強(qiáng)度高10～20個(gè)強(qiáng)度單位。分析認(rèn)為新購(gòu)的硅鈣鋇孕育劑為高硅孕育劑，石墨形核能力強(qiáng)，增加共晶團(tuán)數(shù)量，強(qiáng)度得以提升。但后續(xù)加工發(fā)現(xiàn)使用硅鈣鋇孕育劑進(jìn)行孕育處理生產(chǎn)的鑄件滲漏率高，不適用于A車間生產(chǎn)的產(chǎn)品上。結(jié)論：孕育劑類型對(duì)試棒強(qiáng)度有較大的影響。

3.4 試驗(yàn)生鐵對(duì)試棒強(qiáng)度的影響

生鐵是生產(chǎn)灰鑄鐵件的關(guān)鍵原材料之一，眾所周知，生鐵具有遺傳性且對(duì)鑄件產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量有間接影響。所以試棒強(qiáng)度出現(xiàn)批量不合格，生鐵被視為影響因素之一不奇怪。為驗(yàn)證生鐵對(duì)試棒強(qiáng)度的影響，在其他各條件不變的前提下，從某一天起，換了B生鐵廠家的生鐵，停用原A生鐵廠家的生鐵，使用B生鐵廠家供應(yīng)的生鐵連續(xù)生產(chǎn)了兩個(gè)月，從未出現(xiàn)試棒強(qiáng)度不合現(xiàn)象。由此確定原廠家生鐵是造成試棒強(qiáng)度批量不合格的主要原因。但究竟是生鐵的哪個(gè)方面帶來如此結(jié)果。為此，公司鑄造廠技術(shù)人員對(duì)原A生鐵廠家供應(yīng)的生鐵及B生鐵廠家供應(yīng)的生鐵大量取樣解剖進(jìn)行金相分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)A生鐵廠家供應(yīng)的生鐵金相中存在不少的F型、E型石墨，見圖1，而B生鐵廠家供應(yīng)的生鐵金相中的石墨形態(tài)為A型石墨及C型塊片狀石墨，見圖2。

資料[2]分析認(rèn)為生鐵中的E型、F型石墨在沖天爐熔煉條件下，不足以完全消除，遺傳留下來的可能性比較大，最終表現(xiàn)在試棒抗拉強(qiáng)度偏低甚至不符合標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)象。結(jié)論：生鐵質(zhì)量對(duì)試棒強(qiáng)度有直接的影響。

3.5 試驗(yàn)型砂對(duì)試棒強(qiáng)度的影響

圖1 A生鐵金相中石墨形態(tài)

圖2 B生鐵金相中石墨形態(tài)

在進(jìn)行內(nèi)部分析試棒抗拉強(qiáng)度不合格問題時(shí)，有人提出是否與使用筑試棒鑄型的型砂有關(guān)系的意見，為驗(yàn)證這個(gè)觀點(diǎn)，A車間使用自己車間的型砂筑試棒鑄型，又分別從B車間、C車間拉型砂來筑試棒鑄型，使用同一包鐵水澆注試棒，試棒同時(shí)開箱并同時(shí)送檢驗(yàn)部門，抗拉試樣由同一個(gè)人車成，也由同一個(gè)人檢測(cè)抗拉強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果證明使用不同型砂筑試棒鑄型澆注的試棒抗拉強(qiáng)度值相差無(wú)幾。結(jié)論：型砂對(duì)試棒強(qiáng)度影響不大。

3.6 試驗(yàn)工頻爐熔煉工藝對(duì)試棒強(qiáng)度的影響

對(duì)工頻爐熔煉工藝，行業(yè)內(nèi)看法不一，主要是對(duì)工頻爐精煉時(shí)間的理解不一致。沖天爐鐵水成分往往與最終鑄件產(chǎn)品的成分要求有差別，需要往工頻爐內(nèi)添加增碳劑、廢鋼、硅鐵、硅錳合金、鉻鐵、硫鐵礦等輔料進(jìn)行成分調(diào)整，以滿足終產(chǎn)品成分要求。這個(gè)升溫、成分均勻化的過程即為精煉。對(duì)于精煉時(shí)間，有兩個(gè)觀點(diǎn)，一個(gè)觀點(diǎn)認(rèn)為往工頻爐內(nèi)添加輔料后通電升溫即開始計(jì)算精煉時(shí)間。另一個(gè)觀點(diǎn)認(rèn)為往工頻爐內(nèi)添加輔料后通電升溫到某一溫度值后，在這一溫度值之上鐵水存在的時(shí)間方為精煉時(shí)間。車間實(shí)際生產(chǎn)過程中一直是按照第一個(gè)觀點(diǎn)執(zhí)行的。在出現(xiàn)批量試棒抗拉強(qiáng)度不合格期間，車間對(duì)第二個(gè)觀點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。將工頻爐精煉溫度在原來基礎(chǔ)上提升10℃～20℃，保證精煉時(shí)間不少于15 min，按此工頻爐熔煉工藝，大批量連續(xù)生產(chǎn)了4 d，但事實(shí)證明試棒抗拉強(qiáng)度仍出現(xiàn)不合格，而且在此試驗(yàn)期間，還發(fā)現(xiàn)在精煉時(shí)間、溫度得到充分的保證后，反而出現(xiàn)共晶團(tuán)等級(jí)變大（共晶團(tuán)數(shù)量減少）、E型石墨比例增加的現(xiàn)象，即往反向發(fā)展了。結(jié)論：工頻爐熔煉工藝對(duì)試棒強(qiáng)度有影響。

4 結(jié) 論

1）生鐵內(nèi)在質(zhì)量，特別是其石墨形態(tài)對(duì)鐵水質(zhì)量有著舉足輕重的作用，進(jìn)而直接影響試棒抗拉強(qiáng)度等機(jī)械性能。

2）孕育劑類型不同，對(duì)試棒抗拉強(qiáng)度有著直接的影響，稀土鈣鋇孕育劑對(duì)防止鑄件滲漏有著非常明顯的優(yōu)勢(shì)；而硅鈣鋇孕育劑對(duì)提高試棒抗拉強(qiáng)度有些優(yōu)勢(shì)，但對(duì)鑄件滲漏不利。

3）使用沖天爐進(jìn)行熔煉鐵水時(shí)，所使用的廢鋼質(zhì)量、焦炭質(zhì)量對(duì)鐵水質(zhì)量有一定的影響，但通過后續(xù)其他工藝或方法可以彌補(bǔ)其不足，對(duì)試棒抗拉強(qiáng)度（鐵水牌號(hào)）影響不是很大。

4）工頻爐熔煉工藝對(duì)試棒強(qiáng)度有影響，但需要把握一個(gè)度，把握不好會(huì)適得其反。

5）使用不同型砂筑試棒鑄型澆注試棒對(duì)試棒抗拉強(qiáng)度影響不大。

［1］中國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 9439-2010灰鑄鐵件［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

［2］孫云山，王巖，劉海坤，等.機(jī)車用灰鑄鐵件組織中E型石墨的消除［J］.鑄造設(shè)備與工藝，2010（6）：41-42.