鑄態(tài)高屈服強(qiáng)度球墨鑄鐵件的生產(chǎn)探究

劉曉玫

摘要：本文研究的一種球墨鑄鐵件，其抗拉強(qiáng)度超過(guò)420MPa，伸長(zhǎng)率超過(guò)7%，屈服強(qiáng)度超過(guò)320MPa，硬度在150—210HB范圍內(nèi)，鑄件壁厚區(qū)間為42—180.5mm之間，屬于大斷面球鐵件。由于該鑄件中最大與最小壁厚的差距較大，且對(duì)屈服強(qiáng)度的要求較高，要想鑄造出符合上述要求的鑄件，務(wù)必要注重生產(chǎn)工藝問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：高屈服強(qiáng)度；球墨鑄鐵件；生產(chǎn)

引言：

高強(qiáng)度球墨鑄鐵件的生產(chǎn)主要采用合金化強(qiáng)化基體組織的方式獲得。在該構(gòu)件的生產(chǎn)中，雖然生鐵、合金等原材料中包含強(qiáng)化基體組織的合金元素，但鑄態(tài)球墨鑄鐵的伸長(zhǎng)率往往較低，因此具有較強(qiáng)的鑄造難度。本文將針對(duì)球墨鑄鐵件的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行分析與研究。

1.原材料準(zhǔn)備與成分

在目前的生產(chǎn)過(guò)程中，采用5t/h兩排大間距酸性沖天爐，其出鐵溫度大約為1450℃，采用1t澆包沖入法來(lái)完成球化處理。在處理過(guò)程中，溫度始終保持在1430—1450℃之間，借助優(yōu)質(zhì)原材料使材料來(lái)源得以穩(wěn)定，對(duì)硫含量進(jìn)行嚴(yán)格控制，具體操作為：

（1）球化劑：使用GB4138-84的FeSiMg8RE3，孕育劑采用硅鋇符合孕育劑、75硅鐵，其中硅鋇孕育劑的化學(xué)成分包括：Ba、Si、Ca、Al；

（2）新生鐵：最為理想的配置為Q10生鐵當(dāng)中，硅含量不超過(guò)2%、磷含量不超過(guò)0.1%、硫含量不超過(guò)0.05%；在球體廢品、澆冒口方面，將其分類放置并注明名稱、化學(xué)成分，由于其中含有大約0.03%的硫，當(dāng)生鐵、焦炭中硫含量提升時(shí)，可以利用90%的回爐料與10%的生鐵調(diào)配至適當(dāng)比例的熔制原鐵液，利用其來(lái)生產(chǎn)球鐵；

（3）焦炭：在爐料進(jìn)行熔化、過(guò)熱的過(guò)程中，焦炭屬于增硫的主要來(lái)源。在焦炭當(dāng)中，硫含量較多、體積較小、孔隙越大的增硫量越多。要想使鐵液流量降低，最為行之有效的方式便是利用低硫焦炭。如若一定要用高硫焦炭，則最好使用低硫生鐵，以此來(lái)減少鐵液流量。對(duì)于硫含量較高的生鐵、土焦來(lái)說(shuō)，應(yīng)采用爐內(nèi)脫硫的方式，適當(dāng)?shù)募尤胍恍┪炇瘉?lái)提高爐渣堿度，促使鐵液中的硫向渣快速擴(kuò)散。

2.熔煉、球化及孕育處理

2.1熔煉

在球鐵件生產(chǎn)過(guò)程中，將65%的生鐵與35%的碳素廢鋼加入到金屬爐料當(dāng)中，利用中頻爐進(jìn)行熔煉，由于其中生鐵的含量較高，為了去除其中石墨特性，使鐵液變得更加純凈，應(yīng)對(duì)鐵液進(jìn)行過(guò)熱處理，保持處理溫度在1480—1500℃之間，持續(xù)10min左右，便可將溫度降低到1445—1455℃之間，進(jìn)行下一步球化處理工作。

2.2球化與孕育

2.2.1球化劑的選擇

在對(duì)球化劑的選擇上，與鐵液質(zhì)量息息相關(guān)。由于原鐵液中蘊(yùn)含的硫量不盡相同，因此應(yīng)選擇含稀土量不同的球化劑，即便使用電爐熔煉，若是生鐵中的雜質(zhì)過(guò)多，當(dāng)原鐵水中S的含量超過(guò)0.03%時(shí)，則最好采用FeSIMg8RE7球化劑；如若S的含量不超過(guò)0.03%，則采用低稀土FeSiMg8RE5球化劑。球化劑的質(zhì)量不但與化學(xué)成分有較大關(guān)聯(lián)，與粒度之間也存在一定聯(lián)系，在生產(chǎn)過(guò)程中，粒度越大，溶解速度越慢，反應(yīng)熔化時(shí)間越長(zhǎng)，很容易導(dǎo)致鐵液表面被燒毀，影響鎂的吸收與球化效果。同時(shí)，由于球化劑中的粒度較小，在比例上更應(yīng)嚴(yán)格控制，加之鐵水溫度較高，很容易直接燒毀，如若溫度低則又可能被氧化。因此，在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)根據(jù)球化包大小、溫度來(lái)確定球化劑的力度。通常情況下，使用300kg左右球化包，處理溫度在1510—1540℃之間，在球化劑粒度上選擇5—30mm左右即可。

2.2.2球化處理

通常情況下，使用沖入法完成球化處理，堤壩高度設(shè)置在100—200mm左右，將球化劑放入到與爐體相接近的一側(cè)以后，將0.4%的粒度加入其中，并覆蓋在球化劑上，覆蓋厚度大約為3—8mm，利用鐵叉島平，然后再將厚度在8mm左右的壓板放置上面搗平，這樣做能夠使鎂的回收率增加25%左右，保障球化劑的使用量占鐵水重量的1.0%—1.2%之間。在球化反應(yīng)過(guò)程中，時(shí)間大約在100—120s左右，在這過(guò)程中鐵水應(yīng)盡可能的避免與球化劑發(fā)生直接接觸，球化方式應(yīng)該是在鐵水為1/3時(shí)才正式開(kāi)始球化反應(yīng)。由于電爐熔煉中的鐵水含量較低，加上表面活度較大，因此氧化的概率較高，待到球化反應(yīng)完畢后，應(yīng)極快利用集渣劑覆蓋，并轉(zhuǎn)包孕育，處理后的鐵水也應(yīng)在第一時(shí)間澆注完畢，防止球化溫度降低，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。通常情況下，應(yīng)以鑄件大小為依據(jù)，所等待的澆注時(shí)間小于8分鐘。

2.2.3孕育處理

使用較為頻繁的孕育劑通常為75FeSi，為了獲得最為理想的孕育效果，對(duì)硅量進(jìn)行合理控制，應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)條件，進(jìn)行二次孕育。在孕育過(guò)程中，利用沖入法將0.4%左右的孕育劑添加到球化劑的表面，粒度為3—8mm左右，在沖入鐵液過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行球化處理，同時(shí)發(fā)生孕育反應(yīng)，在澆筑之前對(duì)鐵水進(jìn)行轉(zhuǎn)移，使其從球化包轉(zhuǎn)移到澆注包當(dāng)中，將0.2%—0.3%的粒度注入其中，以此來(lái)完成二次孕育，極大的降低孕育衰退現(xiàn)象，使孕育效果得到顯著提升。

2.3澆注與開(kāi)箱

為了達(dá)到更加良好的孕育效果，避免孕育衰退，在鐵液完成球化反應(yīng)后的18min內(nèi)完成澆注工作，使?jié)沧囟缺３衷?330—1350℃之間。為了避免鑄件在澆注完畢后發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象，鑄件開(kāi)箱溫度應(yīng)不超過(guò)300℃。

3.生產(chǎn)過(guò)程控制與結(jié)果

3.1控制過(guò)程

在對(duì)球墨鑄鐵件進(jìn)行生產(chǎn)的過(guò)程中，要想使其屈服度、強(qiáng)度符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，則需要在確保良好球化的基礎(chǔ)上，對(duì)基體組織中的鐵素體含量進(jìn)行嚴(yán)格把控。其主要的生產(chǎn)過(guò)程控制內(nèi)容包括：

（1）控制鐵液溫度，一旦鐵液溫度過(guò)高，則會(huì)導(dǎo)致其劇烈犯渾，鎂的吸收率降低，孕育衰老加快，對(duì)球化反應(yīng)產(chǎn)生不良影響；如若鐵液的溫度過(guò)低，則會(huì)導(dǎo)致鐵液的起爆較慢，甚至不發(fā)生反應(yīng)。因此要嚴(yán)格控制鐵液的溫度，盡量將其控制在1430—1450℃之間即可。

（2）在生產(chǎn)過(guò)程中，粒度越大，溶解速度越慢，反應(yīng)熔化時(shí)間越長(zhǎng)，很容易導(dǎo)致鐵液表面被燒毀，影響鎂的吸收與球化效果。控制鐵液中硅、碳的含量，堅(jiān)持“高碳低硅”的原則；

（3）嚴(yán)格控制鎂、RE的含量，確保二者的比例大于1；

（4）保障原材料質(zhì)量、來(lái)源可靠，加強(qiáng)對(duì)硫含量的控制；

（5）由于球化劑中的粒度較小，在比例上更應(yīng)嚴(yán)格控制，加之鐵水溫度較高，很容易直接燒毀，如若溫度低則又可能被氧化。因此，在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)根據(jù)球化包大小、溫度來(lái)確定球化劑的力度。

對(duì)此，應(yīng)加大對(duì)爐料的管理力度，在對(duì)方、加料時(shí)應(yīng)明確標(biāo)記，保障稱量的準(zhǔn)確性。具體為：生鐵，最佳配比為：Si含量小于2%、P含量小于0.1%、S含量小于0.05%，噸位大于50t，為球鐵質(zhì)量穩(wěn)定提供切實(shí)保障。球鐵廢品：?jiǎn)为?dú)放置且注明化學(xué)成分；不合理球化劑或者粒度不超過(guò)5mm的合金，應(yīng)單獨(dú)放置，利用2.0%左右的加入量去除球鐵液，對(duì)砂箱球墨鑄鐵件進(jìn)行澆注。

3.2研究結(jié)果

經(jīng)過(guò)探傷與力學(xué)性能檢測(cè)后，發(fā)現(xiàn)鑄件性能與表面質(zhì)量已經(jīng)能夠充分滿足技術(shù)要求，在對(duì)試塊的劃分成分、力學(xué)性能等相關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)試后，各項(xiàng)指標(biāo)如下：化學(xué)成分中：Si的含量為2.83%、Mn的含量為0.48%、P的含量為0.037%、S的含量小于0.01%；在力學(xué)性能方面：Rp0.2的數(shù)值為335MPa、Rm為445MPa；A為9.5%、HB為164。

結(jié)論：綜上所述，通過(guò)本文的研究可知，對(duì)于壁厚相距較大的球鐵鑄件來(lái)說(shuō)，在生產(chǎn)過(guò)程中為了確保其質(zhì)量，可采用外冷鐵來(lái)降低壁厚差；在生產(chǎn)高屈服強(qiáng)度的球鐵鑄件時(shí)，應(yīng)盡可能的增加終硅含量；在球鐵件生產(chǎn)過(guò)程中，將少量的錳加入其中，能夠與孕育劑結(jié)合起來(lái)，不但能夠減少錳的偏析，還能夠使孕育效果得到顯著提高。

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