鑄態高鐵素體球墨鑄鐵含硅量的探討

陳世剛

1.問題的提出

鐵素體球墨鑄鐵現在幾乎在所有的鑄鐵廠都有生產，尤其是生產汽車零部件的鑄造生產企業更是普及。眾所周知，汽車零部件屬安保件，由于伸長率優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）時，由于硅導致脆性反而使韌性降低。

為了進一步提高鑄態韌性，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。經過半年多的生產實踐，我公司生產的鑄態高鐵素體球墨鑄鐵，標準楔形試塊的鑄態性能已達到伸長率17%～21%，沖擊韌度100～165J／cm2的水平。

2.生產過程

（1）生產條件及工藝 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。根據我廠的經驗，在前述的生產條件下選擇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除硅以外其他元素含量范圍，使其能在鑄態下獲得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。

通過數據統計分析列出表2的數據規律，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。

試驗所得數據誤差較大，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，這表明生產條件下的試驗數據波動大。

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）在本試驗和生產條件下，鑄態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，利于數控機床加工，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，支架類產品沒有出現拉筋斷裂現象。

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