機車用灰鑄鐵件組織中E型石墨的消除

孫云山，王 巖，劉海坤，呂宇靖

（中國北車集團大連機車車輛有限公司，遼寧 大連 116000）

灰鑄鐵中石墨的數量、形態、長度以及分布對鑄鐵的力學性能都有著明顯的影響。在GB721—87《灰鑄鐵金相》標準中載有其典型分級圖譜。按石墨形態區分共有六種類型：（1）A 型（直片狀）石墨（2）B 型（玫瑰花狀）石墨（3）C 型（粗大厚片或塊狀）（4）D 型（枝晶點狀）石墨（5）E 型（枝晶片狀）石墨（6）F型（星形）石墨［1］。現在很多灰鑄鐵件要求 A型石墨達到95%以上。

大連機車車輛有限公司鑄鐵車間主要負責機車及柴油機鑄件，隨著機車高速、重載的要求，對機車零部件的使用性能要求也越來越嚴格。很多機車用灰鑄鐵零件都開始對石墨形態檢查有所要求，石墨形態開始作為驗收的主要項目之一，要求產品石墨形態為A型石墨。這就對生產灰鑄鐵產品提出了更高要求。

大連機車車輛有限公司鑄鐵車間在生產灰鑄鐵機車零件搖臂箱、閘瓦等產品過程中經常在金相中出現E型石墨，這一問題嚴重影響了灰鑄鐵產品的質量。

車間熔煉采用5 t中頻和5 t工頻感應電爐。采用的是本溪生產的生鐵，原處理工藝采用的是普通FeSi75孕育處理。工藝要求鐵水成分范圍：ω（C）=3.0%～3.3%，ω（Si）=1.1%～1.3% ，ω（Mn）=1.0%～1.2%，ω（S）≤0.15%，ω（P）≤1.0%，每包次鐵水為 1 t左右。

1 E型石墨產生原因及危害

1）E型石墨也是一種過冷石墨。是在過冷度比產生D型石墨更大時形成的，因此其分布更不均勻，方向性也更明顯，E型石墨對基體有割裂做用，對鑄件的使用性能危害較大，不可以出現。

2）石墨的遺傳性。在灰鑄鐵生產的熔煉過程中，熔煉溫度低時，粗大石墨不易被消除或者細化，在隨后的凝固重結晶過程中，只要存在原始狀態石墨，碳原子就會以原石墨為生長核心基礎，并且以原石墨形態方式生長，造成石墨的大小不均勻及尖頭石墨。由于生鐵中的過共晶石墨是由生鐵冶煉生產過程所決定的，為了在鑄鐵熔煉過程中改變生鐵中原有石墨形態，得到理想中的A型石墨是很困難的，必須保證熔煉的最高溫度達到一定的范圍才能使石墨形態發生轉變。通常采用過熱處理，過熱溫度在1500℃～1520℃。

對沒有處理過的全生鐵熔化的鐵水取樣分析，發現：在原生鐵中（未經孕育處理的鐵水）存在E型石墨的情況下，產品組織存在E型石墨概率較大；而原鐵水中石墨為A型石墨的情況，產品金相組織中就沒有產生過E型石墨（圖1）。

對生鐵直接做金相觀察，發現一部分生鐵組織中也存在E型石墨如圖2。

通過分析得出的結論是：現有機車灰鑄鐵產品金相組織中的E型石墨是由遺傳原因產生的。

圖1 原鐵水金相組織（100×）

圖2 生鐵金相組織（100×）

2 工藝改進

針對這種情況采用新的工藝代替原有的FeSi75孕育處理的工藝。新工藝為：熔煉過程中過熱到1510℃～1520℃，保溫時間在3min左右，保溫時間不可過長，應嚴格控制，時間過長會導致鐵水形核能力下降。FeSi75加硅鋇復合孕育劑孕育，FeSi75孕育劑在增加共晶團數量，細化晶粒，促進A型石墨方面作用較強，但孕育效果持續時間短［2］，對于一包多箱澆鑄不利，采用FeSi75加硅鋇復合孕育劑既保證了孕育效果又延長了孕育時間；處理鐵水過程中在包內加增碳劑1 kg/t，增碳劑的加入，提高了鐵液的石墨化能力，并且為石墨生長提供了核心［3］。

表1是原鐵水和經工藝改進后孕育處理過的鐵水組織。從表1的檢測結果可以看出，經工藝改進后孕育處理過的鐵水已經完全消除了E型石墨，石墨類型完全為A型。圖3為工藝改進后孕育處理生產的產品實物金相組織。

表1 原鐵水和處理后鐵水組織

圖3 孕育處理后的金相組織A型石墨（100×）

3 結 論

經實際生產證明：以FeSi75和硅鋇復合孕育劑代替原FeSi75孕育，并且在孕育處理過程中加入增碳劑，這一工藝方法有效的抑制了機車灰鑄鐵件組織E型石墨的產生。

［1］劉超鋒，紀蓮清，劉建秀.孕育劑對灰鑄鐵件不同性能的影響［J］.鑄造，2007（10）：1078-1081.

［2］嚴青松，魏伯康，劉為作，等.感應爐熔煉增碳工藝對鑄鐵組織和性能影響的研究［J］.現代鑄鐵，2002（2）：17-20.

［3］T Sjogren，Persson P E，王曉清.灰口鑄鐵中石墨分布的優化［J］.鑄造設備與工藝，2010（5）：42-45.