高硅鉬球墨鑄鐵的研發(fā)

■韓軍，尤國慶

高硅鉬球墨鑄鐵的研發(fā)

■韓軍，尤國慶

摘要：對鐵素體基體硅鉬球墨鑄鐵進(jìn)行試驗(yàn)研究，通過大量的試驗(yàn)，得出了最佳的化學(xué)成分、熔煉工藝等參數(shù)，獲得了球化率≥80%、抗拉強(qiáng)度≥420MPa、屈服強(qiáng)度≥300MPa、伸長率≥10%的高性能硅鉬球墨鑄鐵，此材料的高溫性能隨著溫度的升高而降低。

高硅球墨鑄鐵屬于耐熱鑄鐵，與耐熱鑄鋼相比，各項(xiàng)性能指標(biāo)與之相當(dāng)；由于高硅球墨鑄鐵中石墨的存在，其減震性能優(yōu)越；在高硅球墨鑄鐵中添加鉬元素后形成一種新的材料——高硅鉬材料，其屈服強(qiáng)度優(yōu)于耐熱鑄鋼。

本課題研究了高硅鉬球墨鑄鐵材料的兩方面性能：一是力學(xué)性能指標(biāo)，主要有抗拉強(qiáng)度Rm≥420MPa、屈服強(qiáng)度R0.2≥300MPa、伸長率A≥10%；二是附加研究了高溫性能指標(biāo)。

1. 化學(xué)成分的選擇

（1）CE 球墨鑄鐵高碳當(dāng)量是有利的，可以避免出現(xiàn)自由滲碳體，增加鐵素體的含量，為了抑制珠光體和碳化物的形成，促進(jìn)鐵素體的生成，提高材料的耐高溫性能，選擇合適的碳、硅是必要的，本試驗(yàn)的wC＝3.0%～3.5%，wSi＝2.8%～3.2%。

（2）Mn 因硫和氧已經(jīng)在球化反應(yīng)時(shí)被去除，或者結(jié)合成穩(wěn)定的化合物，故錳可以在球墨鑄鐵中以合金元素的形式獨(dú)立存在。此時(shí)，錳的作用就是形成碳化物和珠光體。由于本試驗(yàn)要檢測沖擊性能，所以錳含量越低越好，控制wMn＜0.2%。

（3）P 磷是隨金屬爐料進(jìn)入到球墨鑄鐵里的，P不影響球化，但屬于有害元素，其溶解在鐵液中，降低鐵碳合金的共晶含碳量，有微弱的反石墨化作用。因?yàn)榍蚰T鐵像粥一樣的凝固方式，P很容易偏析而產(chǎn)生磷共晶，隨著鑄件壁厚的增加，其偏析越來越嚴(yán)重，在熱解部位其磷共晶數(shù)量就會急劇增多。由于磷共晶熔點(diǎn)低，最終會分布在共晶團(tuán)的邊界處，將急劇惡化鑄鐵的力學(xué)性能。但由于受原材料的制約，完全消除P元素是不可能的，因此控制wP＜0.04%，可以滿足相關(guān)力學(xué)性能的要求。

（4）S 硫是反石墨球化元素，屬于有害雜質(zhì)。一方面，硫與

球化劑中的鎂和稀土元素有很強(qiáng)的結(jié)合能力，會生成有害雜質(zhì)；另一方面，硫消耗大量的球化劑，使鑄件球化不良并產(chǎn)生夾渣缺陷。因此，在保證球化率的前提下，原鐵液應(yīng)控制wS＜0.025%。

（5）Mo 是強(qiáng)烈促進(jìn)形成碳化物、穩(wěn)定和細(xì)化珠光體的元素，在球墨鑄鐵中加入鉬元素，可使球墨鑄鐵的耐熱疲勞性、高溫強(qiáng)度、高溫下的抗氧化性、尺寸穩(wěn)定性等大為提高。本試驗(yàn)控制wMo＝0.4%～0.8%。

2. 設(shè)備及熔煉工藝的選擇

（1）生產(chǎn)設(shè)備和爐料 采用1t/h中頻感應(yīng)電爐熔煉，由于本試驗(yàn)需要檢測沖擊性能，宜選用Mn、P、S含量較低的生鐵，在此選用Q10生鐵。廢鋼選用合金元素含量較低的碳鋼，回爐料選用普通牌號的球墨鑄鐵。

（2）熔煉工藝 按加料順序?qū)⑸F、廢鋼、回爐料投爐熔化；控制適當(dāng)?shù)娜刍瘻囟?、取樣溫度、過熱溫度；爐前化學(xué)成分采用直讀光譜儀檢測。

（3）變質(zhì)處理 球化劑的加入量主要與原鐵液中的硫含量以及鐵液溫度有關(guān)，在此選用FeSiMg合金，其主要化學(xué)成分為：wMg＝4%～6%，wSi＝40%～45%。首先，將球化劑預(yù)埋入澆包之內(nèi)，采用沖入法進(jìn)行球化處理，保證球化反應(yīng)質(zhì)量；其次，控制合適的出鐵溫度，盡量避免球化過程中的氧化和燒損；最后，選用BaSi孕育劑進(jìn)行孕育，孕育方法為隨流孕育。

3. 鑄態(tài)檢驗(yàn)

澆注Y75單鑄試塊，將試塊加工后進(jìn)行金相和理化性能分析，附圖是典型的金相組織照片，從中可知試塊的鐵素體達(dá)90%以上，球化率達(dá)80%以上。表1是部分性能試驗(yàn)結(jié)果。

4. 高溫性能

由于鑄件需要在高溫條件下使用，因此根據(jù)用戶要求，方案固化后又澆注了尺寸為120mm×150mm×250mm的方形試塊，檢測其力學(xué)性能，結(jié)果如表2所示。

5. 結(jié)語

（1）通過合理的成分控制及過程工藝控制，使得高硅鉬球墨鑄鐵材料的力學(xué)性能達(dá)到了預(yù)期的要求：Rm≥420MPa、ReL≥300MPa、A≥10%。

（2）高硅鉬球墨鑄鐵材料力學(xué)性能隨著溫度的升高，力學(xué)性能逐漸降低，而沖擊性能變化不明顯。

金相組織

表1　性能結(jié)果

表2　高溫性能

參考文獻(xiàn)

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[4]鄧凱.-50℃低溫沖擊球墨鑄鐵的研究[J].金屬加工，2011 （17）:72-74.

20150420

作者簡介：韓軍、尤國慶，共享裝備有限公司。