鑄態(tài)高鐵素體球墨鑄鐵含硅量的探討

陳世剛

1.問題的提出

鐵素體球墨鑄鐵現(xiàn)在幾乎在所有的鑄鐵廠都有生產(chǎn)，尤其是生產(chǎn)汽車零部件的鑄造生產(chǎn)企業(yè)更是普及。眾所周知，汽車零部件屬安保件，由于伸長率優(yōu)異的鐵素體球墨鑄鐵其抗沖擊性能一般比珠光體球墨鑄鐵高，所以在硫磷含量合格、球化孕育良好的條件下，一般皆采用降低含錳量、提高含硅量的方法，試圖使基體達100%鐵素體來解決問題。由于鑄態(tài)獲得鐵素體需充分石墨化，而稀土有反石墨化的作用，因此不少廠家采用3-7REMg低稀土球化劑的措施。但存在的突出問題是沖擊值不理想，且伸長率難以穩(wěn)定地滿足QT450-10的要求。其原因被認為是含硅量高。通常認為終硅量超過3.0%（質量分數(shù)）時，由于硅導致脆性反而使韌性降低。

為了進一步提高鑄態(tài)韌性，我們對包括殘余稀土量在內的化學成分、特別對適宜的含硅量進行探討。經(jīng)過半年多的生產(chǎn)實踐，我公司生產(chǎn)的鑄態(tài)高鐵素體球墨鑄鐵，標準楔形試塊的鑄態(tài)性能已達到伸長率17%～21%，沖擊韌度100～165J／cm2的水平。

2.生產(chǎn)過程

（1）生產(chǎn)條件及工藝 熔化設備為0.5t/h中頻感應電爐，采用600kg、30kg澆包。配料比為：本溪Q10、Q12生鐵60%～70%、廢鋼30%～40%。出鐵溫度為1600～1620℃。

球化劑用包頭生產(chǎn)的T-1稀土鎂硅鐵合金，加入量為1.3%～1.6%。孕育劑為75SiFe，加入量為0.8%～1.5%，粒度≤5mm。關鍵在于爐前處理技術，只要按爐況正確掌握，反應時不發(fā)生球化劑漂浮，若能做到吸收量高，反應完至澆注完的時間縮短，則對含硅量的限制可放寬，所得球墨鑄鐵的鑄態(tài)鐵素體含量也較高（≥95%）。球化處理采用包底沖入法，用珍珠巖及重鑄鐵末（厚30mm左右）、硅鐵孕育劑搗實覆蓋，反應后迅速扒渣，將渣扒凈后浮硅處理。

（2）化學成分的選擇 國內外對鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵低硫、低磷、低錳的研究已有定論，因此試制方案選擇wMn≤0.3%、wP≤0.07%、wS終≤0.02%。

考慮到石墨球的圓整度及尺寸大小主要與球化孕育效果有關，只要孕育方法得當、孕育充分且無衰退就不必采用提高碳含量的措施來改善的方法了。這樣，低碳將使石墨間距增大，利于韌性的提高。為此，根據(jù)在具體的熔煉和鑄造條件下切實可行的原則，保證CE=4.6%～4.7%，確定較低的含碳量范圍，選擇wC＝3.1%～3.6%（隨著終硅量增高，含碳量由高限下降到低限附近）。

國內外在稀土和鎂殘留量上選擇的差別很大，且國內普遍采用低稀土殘留量。根據(jù)我廠的經(jīng)驗，在前述的生產(chǎn)條件下選擇wRE＝0.04%～0.07%，wMg＝0.025%～0.050%。

鑒于終硅量過低或過高都會使韌性下降，試制方案選擇了較大的幅度，幅度中值的高低是根據(jù)除硅以外其他元素含量范圍，使其能在鑄態(tài)下獲得95%以上鐵素體且有較好的鑄造性能而定，因而選擇wSi＝2.9%～3.6%。在試制過程中，當硅含量增至3.6%時，已確認沖擊韌度降至低限，因此本試驗選擇wSi＝2.9%～3.6%，取4個檔次實測的終硅量值分別為2.95%、3.20%、3.50%、3.60%。

（3）試驗結果與分析 試驗的全部檢測（力學性能、金相組織、化學成分）由試驗室抽樣檢驗，結果見表1。

通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析列出表2的數(shù)據(jù)規(guī)律，沖擊韌度的峰值在wSi=3.13%左右。

結果表明，在wSi≤3.13%時增大終硅量能在前述的生產(chǎn)條件下提高沖擊韌度。但當終硅量wSi＞3.13%時，情況相反，特別是wSi高于3.4%時，增硅將使沖擊韌度下降。當wSi＝2.9%～3.4%時能使鑄態(tài)球墨鑄鐵的沖擊韌度超過130J/cm2，是較適宜的終硅量控制范圍。

試驗所得數(shù)據(jù)誤差較大，反映在不同爐次（或包次）含硅量相同試樣的沖擊韌度的波動上，這表明生產(chǎn)條件下的試驗數(shù)據(jù)波動大。

3.結語

表1 試驗室檢測結果

表2 由含硅量變化造成的沖擊韌度的變化

（1）在本試驗和生產(chǎn)條件下，鑄態(tài)高鐵素體球墨鑄鐵較適宜的化學成分是；wC＝3.10%～3.6%、wSi＝2.9%～3.4%、wMn≤0.3%、wP≤0.07%、wS≤0.02%、wRE＝0.04%～0.07%、wMg＝0.025%～0.050%。其沖擊韌度在130J/cm2以上，伸長率為17%～21%，抗拉強度為465～545MPa。球化級別3級以上，鐵素體含量均≥95%，沒有反白口出現(xiàn)，利于數(shù)控機床加工，減少刀具磨損。

（2）當終硅量wSi在3.13%左右時，沖擊韌度達極大值，支架類產(chǎn)品沒有出現(xiàn)拉筋斷裂現(xiàn)象。

（3）需注意的是，在設計澆注系統(tǒng)時，注意補縮，防止縮松缺陷的產(chǎn)生，最好應用均衡凝固理論設計澆注系統(tǒng)。20140316