鑄態(tài)高強(qiáng)度球墨鑄鐵的生產(chǎn)工藝分析

孟祥鋒

【摘要】 分析了采用中頻爐熔煉生產(chǎn)QT500-7球墨鑄鐵件的工藝過(guò)程。討論了如何合理控制鐵水成分、選擇合適球化處理方法，生產(chǎn)出符合標(biāo)準(zhǔn)要求的合格鑄件。

【關(guān)鍵詞】 高強(qiáng)度球墨鑄鐵 成分 球化 孕育

球墨鑄鐵自1947年問(wèn)世以來(lái)，以其優(yōu)良的性能，在很多領(lǐng)域可以替代鑄鋼，所以在機(jī)械制造行業(yè)被廣泛應(yīng)用。球鐵優(yōu)良的性能與其石墨形態(tài)關(guān)系密切，球形的石墨改善其對(duì)基體的割裂作用，使其具有高力學(xué)性能的同時(shí)還具有較好的耐磨性、減震性等優(yōu)點(diǎn)。

球墨鑄鐵按其基體組織的不同分為鐵素體基、鐵素體一珠光體基和珠光體基球墨鑄鐵。球鐵的強(qiáng)度、硬度隨著珠光體含量增加而提高，塑性和韌性則往往會(huì)下降。本文通過(guò)對(duì)石墨形態(tài)和基體組織的控制，通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果分析高強(qiáng)度QT500-7球墨鑄鐵的生產(chǎn)工藝。

一、性能要求

QT500-7球墨鑄鐵的力學(xué)性能要求：抗拉強(qiáng)度≥500Mpa，屈服強(qiáng)度≥320Mpa，伸長(zhǎng)率≥7%，布氏硬度170-230HB。

二、化學(xué)成分的選擇

從性能要求來(lái)看，既要保證有較高的抗拉強(qiáng)度，同時(shí)還要保持?jǐn)嗪笊扉L(zhǎng)率達(dá)到較高的水平，成分的合理選擇是關(guān)鍵。我們主要考慮以下幾種元素。

1、碳。碳是促進(jìn)石墨化元素。碳的含量不但影響石墨的形態(tài)、數(shù)量，還會(huì)影響鐵液的鑄造性能，同時(shí)增加碳會(huì)增加鐵素體，使強(qiáng)度下降。所以在保證有足夠數(shù)量的石墨球的情況下，含碳量不宜過(guò)高，可以選擇在3.6%～3.8%之間。

2、硅。硅是促進(jìn)石墨化和穩(wěn)定鐵素體元素。增加硅可以增加鐵素體含量，因而降低強(qiáng)度、硬度，同時(shí)提高塑性。從QT500-7性能來(lái)看，需要保證有足夠的珠光體，同時(shí)還有一定量的鐵素體才能滿(mǎn)足要求。故硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在2.5%～2.6%。

3、錳。錳是穩(wěn)定和細(xì)化珠光體元素。錳對(duì)珠光體的促進(jìn)作用是有限的，加入過(guò)多會(huì)增加碳化物、白口層，反而使力學(xué)性能下降。因此，錳不能作為增加珠光體的主要元素，可以控制在0.3%～0.4%。

4、硫和磷。硫和磷會(huì)引起脆性增加，過(guò)多會(huì)顯著影響斷后伸長(zhǎng)率。硫、磷含量要控制在0.03%以下。如果硫含量過(guò)高可以脫硫處理，磷只能通過(guò)原材料的成分控制。

5、鎂。鎂是球化元素，鐵液中必須保留一定的殘留量才能保證良好的球化效果。同時(shí)鎂含量不能過(guò)多，過(guò)多會(huì)影響石墨形態(tài)和產(chǎn)生白口，一般會(huì)將鎂控制在0.45%～0.55%之間。

6、銅。銅不但對(duì)石墨化有利，還會(huì)細(xì)化穩(wěn)定珠光體，抑制鐵素體。銅含量增加會(huì)提高強(qiáng)度，而不會(huì)對(duì)伸長(zhǎng)率有太多影響。銅的含量可以選擇在0.2%～0.25%的范圍。

三、原材料的選擇

3.1 爐料的選擇

生鐵選用球墨鑄鐵專(zhuān)用Q10生鐵，廢鋼選用純凈低錳碳素鋼，增碳劑選用含硫≤0.15%、灰分≤2%高碳石墨電極。

3.2 球化劑和孕育劑選用

球化劑的選擇與鐵液和鐵液的含硫量有關(guān)，同時(shí)還要考慮衰退情況，中頻爐熔煉容易球化衰退和產(chǎn)生白口，可以選擇稀土球化劑。硅鋇孕育劑有較強(qiáng)的抗衰退能力，并促進(jìn)石墨化，增加石墨球數(shù)量，抑制滲碳體和磷共晶的生成，同時(shí)有脫氧脫氮，鞏固球化劑的作用，故考慮選用硅貝孕育劑。

四、球化孕育處理

采用堤壩式球鐵包進(jìn)行球化處理。球化劑加入球鐵包堤壩一側(cè)，采用鐵液質(zhì)量0.2%的硅鋇孕育劑覆蓋。按比例要求加入電解銅。球化處理采用沖入法處理，處理時(shí)鐵液分兩次出水，先倒入質(zhì)量的三分之二，等到球化反應(yīng)充分后再倒入另外的三分之一，同時(shí)沖入鐵液質(zhì)量0.6%的硅鋇孕育劑。

澆注是為了防止孕育衰退，采用隨流孕育，孕育比例質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%。這樣石墨球個(gè)數(shù)才會(huì)越多，球徑越小、越圓整，分布越均勻，低溫沖擊韌性才會(huì)有保障。為防止衰退，從球化起爆開(kāi)始到澆注的時(shí)間應(yīng)控制在15min之內(nèi)。

五、試驗(yàn)結(jié)果

采用中頻爐熔煉，澆注Y型單鑄試塊進(jìn)行力學(xué)性能分析，試樣1抗拉強(qiáng)度535Mpa，屈服強(qiáng)度345Mpa，伸長(zhǎng)率11-5，硬度184HB；試樣2抗拉強(qiáng)度505Mpa，屈服強(qiáng)度325Mpa，伸長(zhǎng)率13.5，硬度171HB；試樣3抗拉強(qiáng)度560Mpa，屈服強(qiáng)度350Mpa，伸長(zhǎng)率11，硬度189HB。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看三個(gè)試樣均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)性能要求。

六、結(jié)語(yǔ)

（1）球鐵生產(chǎn)要嚴(yán)格控制化學(xué)成分，碳、硅、錳和銅含量符合工藝要求，降低磷和硫的含量。保證鐵素體—珠光體基組織的合理比例。（2）嚴(yán)格控制球化和孕育處理過(guò)程，保證石墨形態(tài)。（3）按工藝要求控制生產(chǎn)過(guò)程，試樣性能完全符合QT500-7的性能要求即合格。