鑄態(tài)QT700-3球墨鑄鐵的工藝探究

呂清珂，張 杰，許景峰，魯 棟，楊淑欣，時 曉

（1.濰柴動力（濰坊）鑄鍛有限公司，山東濰坊261001；2.濰柴重機股份有限公司濱海鑄造廠，山東濰坊261108）

鑄態(tài)QT700-3球墨鑄鐵的工藝探究

呂清珂1，張 杰1，許景峰2，魯 棟2，楊淑欣2，時 曉2

（1.濰柴動力（濰坊）鑄鍛有限公司，山東濰坊261001；2.濰柴重機股份有限公司濱海鑄造廠，山東濰坊261108）

隨著鑄態(tài)生產(chǎn)高性能球鐵技術(shù)不斷成熟及推廣，降本增效的目的十分明顯。針對鑄態(tài)珠光體球鐵工藝生產(chǎn)要求，通過嚴(yán)格控制原材料，合理選擇化學(xué)成分，并針對電爐熔煉特點制定合理工藝，添加適量的Cu-Sn合金工藝，并選用合適的球化劑及經(jīng)過兩次孕育處理工藝，成功生產(chǎn)了滿足QT700-3性能要求的鑄態(tài)飛輪毛坯。

鑄態(tài)球鐵；沖入法；二次孕育；合金化

隨著球墨鑄鐵技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)鑄態(tài)高性能球鐵技術(shù)，特別是在工業(yè)發(fā)達(dá)國家的應(yīng)用已相當(dāng)普遍。鑄態(tài)高性能球鐵的技術(shù)推廣，對于降低能耗、縮短生產(chǎn)周期、減輕勞動強度、提高生產(chǎn)效率、減少設(shè)備投資等方面具有重要意義[1]。

通常獲得鑄態(tài)珠光體基體方法有兩種：一是控制打箱時間，達(dá)到利用鑄件余熱正火的目的，二是合金化，加入促使珠光體生成的元素，如Cu、Mo、Sb、Mn、Sn等元素，通過控制加入量的方法，來達(dá)到生產(chǎn)珠光體QT的目的。應(yīng)用較多的是第二種方法[2]。

1 化學(xué)成分的選擇

根據(jù)生產(chǎn)QT700-3技術(shù)條件特點，參考其他牌號球鐵工藝生產(chǎn)特點，確定其化學(xué)成分。

1.1 碳

含碳量對球墨鑄鐵力學(xué)性能的影響主要是通過其對金屬基體的影響起作用。選擇含碳量應(yīng)從保證球墨鑄鐵具有良好的力學(xué)性能和鑄造性能兩方面考慮，w（C）一般為3.5%～3.8%.

1.2 硅

硅是促進(jìn)石墨化元素，硅使共晶溫度升高，使共晶含碳量降低。硅提高球墨鑄鐵的抗拉強度、屈服強度和硬度，同時也使塑性指標(biāo)降低。綜合考慮，w（Si）一般為2.2%～2.6%.

1.3 錳

在球墨鑄鐵中，硫和氧已經(jīng)在用鎂和鈰處理時被去掉，或者結(jié)合成穩(wěn)定的化合物，因此，少量的錳可以作為合金元素而發(fā)揮作用。w（Mn）一般為0.4%～0.6%.

1.4 硫

硫是反石墨球化元素，屬于有害元素。電爐熔煉要嚴(yán)格控制原材料，硫含量越低越好，w（S）一般控制在0.025%以下。

1.5 磷

磷不影響球化，卻是有害元素，當(dāng)含磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.07%時，基體內(nèi)容易出現(xiàn)磷共晶，使斷后伸長率急劇降低。w（P）一般控制在0.05%以下。

1.6 銅

球墨鑄鐵中加入少量銅能顯著提高珠光體數(shù)量，促進(jìn)石墨化，細(xì)化共晶團(tuán)，增加石墨球數(shù)量，提高球鐵的強度和硬度。w（Cu）銅的加入量一般控制在0.5%～0.8%.

1.7 微量元素

在球墨鑄鐵中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.06%～0.1%的錫，可使基體組織中的珠光體數(shù)量明顯增加。含鋇孕育劑能減少白口傾向，提高鑄件的伸長率，而且與鉍、銻孕育劑復(fù)合使用能使石墨球鐵更細(xì)、更小、更圓整[3]。

2 熔煉工藝

2.1 原材料的控制

電爐熔煉關(guān)鍵是原材料的控制，主要有生鐵、廢鋼、回爐料、增碳劑、硅鐵、錳鐵等。

2.1.1 生鐵

最好選用低硫、低磷和低鈦且穩(wěn)定，高碳低硅的生鐵（如Q10、Q12）.

2.1.2 廢鋼

建議采用形狀規(guī)整、薄厚均勻，種類較穩(wěn)定的碳素鋼（如Q235、Q255、45等）。

2.1.3 回爐料

采用經(jīng)過拋丸破碎的蠕鐵或鐵素體球鐵回爐料。

2.1.4 增碳劑

選用石墨化低硫增碳劑。具體配料比例見表1.

表1 電爐鐵料配料比例（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

2.2 電爐熔煉

感應(yīng)電爐熔煉鐵水特點：白口傾向大，收縮傾向大，適合生產(chǎn)不同產(chǎn)品鑄件。由于過冷傾向大，需要高溫靜置，靜置溫度1 500℃～1 550℃，利于渣上浮，起到凈化鐵水作用。但靜置時間過長會導(dǎo)致鐵水氧化嚴(yán)重，一般靜置時間5 min～10 min為宜。

2.3 球化處理

球化處理采用沖入法，球化劑的加入量主要與原鐵液中的硫含量及鐵水溫度有關(guān)，由于球化處理溫度合適，覆蓋合理，并且原鐵水硫含量偏低，因此采用一次出鐵進(jìn)行球化處理，球化劑的加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%～1.2%[4].選用重稀土球化劑，其化學(xué)成分為w（Mg）6.5%～7.5%，w（RE）1.5%～2.5%，w（Ca）2%～4%，w（Ba）6%～8%，w（Si）40%～45%.

2.4 孕育處理

一次孕育：把孕育劑一次性覆蓋在球化包內(nèi)，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%～1.0%的硅鐵孕育劑，粒度3 mm～10 mm.

二次孕育（澆口杯隨流孕育）：為了克服孕育衰退導(dǎo)致的孕育效果隨時間的減弱，采用二次孕育，選用硅鋇孕育劑，粒度0.2 mm～1.0 mm，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%～0.2%.

3 實際結(jié)果及分析

按照以上工藝澆注Y型試塊，試驗結(jié)果達(dá)到了國標(biāo)規(guī)定的要求，抗拉強度不低于720 MPa，斷后伸長率不低于4%（力學(xué)性能見表2）.對Y型試塊斷面進(jìn)行金相分析，結(jié)果見表3，典型金相圖片如圖1所示。試樣的石墨和基體組織對比分析結(jié)果表明，采用兩次孕育能促進(jìn)石墨形核，大大增加了有效形核率，增加了石墨球數(shù)，提高了鑄件強度。

表2 Y型試塊力學(xué)性能

表3 拉伸試樣斷面金相

圖1 Y型試塊典型金相圖片

4 結(jié)論

針對鑄態(tài)珠光體球鐵工藝生產(chǎn)要求，通過嚴(yán)格控制原材料，合理選擇化學(xué)成分，并針對電爐熔煉特點制定合理工藝，添加適量的Cu-Sn中間合金，并選用合適的球化劑及經(jīng)過兩次孕育處理工藝，成功生產(chǎn)了滿足QT700-3性能要求的鑄態(tài)飛輪毛坯。

［1］周建祥.鑄態(tài)厚大斷面QT700-3鑄件的生產(chǎn)實踐［J］.現(xiàn)代鑄鐵，2012（1）：28-30.

［2］張樹山.鑄態(tài)QT700-2球墨鑄鐵的生產(chǎn)性工藝試驗［J］.鑄造工程：造型材料，2003（2）：39-40.

［3］張伯明.鑄造手冊：鑄鐵［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2002（1）：326-360.

［4］郭振廷，王成澤，李蒙.鑄態(tài)QT700-5球鐵的生產(chǎn)［J］.現(xiàn)代鑄鐵，2005（1）：48-49.

Technology Research of As-cast QT700-3 Ductile Iron

LV Qing-ke1，Zhang Jie1，XU Jing-feng2，LV Dong2，YANG Shu-xin2，SHI Xiao2
（1.Weichai Power Casting&Forging CO.，LTD.，Weifang Shandong 261001，China；2.Binhai Foundry，Weichai Heavy Machinery CO.，LTD.，Weifang Shandong 261108，China）

As the mature and promotion of as-cast high-performance ductile iron production technology，the cost reduction effect is obvious.For as-cast pearlite ductile iron production requirements，the as-cast flywheel blank meeting QT700-3 performance requirements is successfully produced through strict control of raw materials，choosing reasonable chemical composition，setting reasonable craft according to the characteristics of the electric furnace smelting process，adding the right amount of Cu-Sn alloy technology，and choosing proper nodularizer and after two inoculation process.

as-cast ductile iron，pour-over process，secondary inoculation，alloying

TG255

A

1674-6694（2017）01-0023-02

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2017.01.008

2016-10-14

呂清軻（1981-），男，本科，工程師，主要從事鑄造機體、缸蓋、飛輪工藝方面的研究。