淺析鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵知識(shí)
1．促進(jìn)鐵素體的生成：
(1)鐵素體含量影響鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵的力學(xué)性能及切削、使用性能。多數(shù)雜質(zhì)元素和微量元素促進(jìn)珠光體而降低鐵素體的生成，致使抗拉強(qiáng)度較易達(dá)到，但伸長(zhǎng)率較難滿足，故應(yīng)嚴(yán)格控制這些元素。按作用由小到大依次為：砷、錫、硼、鉻、錳、銅和鎳。通過(guò)對(duì)原材料的挑選，廢鋼應(yīng)具有低的雜質(zhì)和微量元素，特別是鎳、鉻、錳。廢鐵中如果含有上述元素，也應(yīng)杜絕，同時(shí)避免使用鍍鋅、鍍鉻、鍍錫和搪瓷廢鋼；銅線、磁鐵和黃銅墊片等電工廢料也不得使用。鑄件錳含量控制在Mn≤0．4％，最好為Mn≤0．2％。
(2)較高碳當(dāng)量有增加鐵素體含量的傾向，特別是在高含硅量時(shí)尤其明顯。故在CE＜5％的前提下，取其上限，而碳含量一般為C=3．7％~3．9％。
(3)較高含硅量通常有較多鐵素體，但在雜質(zhì)和微量元素高時(shí)，則不一定。硅量過(guò)高還有使硬度提高、伸長(zhǎng)率降低的趨勢(shì)，故終硅量(鑄件成品)一般為Si=2．8％~3．0％。原鐵液硅含量為Si=1.1%~1.5%（未孕育前），鐵液硅增量約為Si=1．3％~1．9％。硅鐵孕育劑加人量應(yīng)計(jì)及硅鐵的硅含量、鐵液的硅增量和硅的收得率(一般約為45％~70％)，否則將無(wú)法控制終硅量。
(4)高溫低磷、低硫鐵液。鐵液出爐溫度應(yīng)＞1450℃，澆注溫度＞1350℃，鑄件P、S含量控制在P＜0．06％，S＜0．02％。
(5)選用高質(zhì)量的鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵球化劑。另外，孕育可提高石墨球數(shù)，促進(jìn)鐵索體形成，故采用包內(nèi)、出鐵槽、浮硅和隨流等多種孕育方式對(duì)鐵素體的形成有較好效果。
(6)加強(qiáng)生產(chǎn)管理，穩(wěn)定工藝操作。鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵硬度＜180HB，鐵素體含量可大于70％，碳化物含量＜3％。
2．力學(xué)性能指標(biāo)評(píng)價(jià)：
(1)GBl348—1988中規(guī)定抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率為球墨鑄鐵的驗(yàn)收依據(jù)。需方要求屈服強(qiáng)度、硬度時(shí)，可大致按屈強(qiáng)比σ0．2／σb＝0．6～0．7評(píng)估。一般說(shuō)來(lái)，只要抗拉強(qiáng)度達(dá)標(biāo)，屈服強(qiáng)度也可達(dá)標(biāo)，抗拉強(qiáng)度與硬度的大致量化關(guān)系為：σb／MPa=2．663HB+53。生產(chǎn)中以硬度驗(yàn)收鑄件簡(jiǎn)單易行，有一定可靠性。
(2)生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，嚴(yán)格控制鐵液成分和生產(chǎn)工藝，室溫沖擊值達(dá)標(biāo)，低溫沖擊值也可達(dá)標(biāo)，否則難以滿足技術(shù)要求。
3.應(yīng)用研究與工藝實(shí)踐：
為生產(chǎn)鐵素體球鐵的需要，進(jìn)廠生鐵由原云鋼的18#-22#生鐵改為定點(diǎn)采購(gòu)信陽(yáng)明港鋼廠生產(chǎn)的Q12生鐵（錳含量較低≤0.05%）；焦炭要求固定碳高（≥75%）；含硅量低（≤0.5%），灰分低、強(qiáng)度高、塊度大（50-100mm）而均勻，定點(diǎn)使用平項(xiàng)山的基焦；硅鐵就近使用本市浙川鐵合金產(chǎn)品；稀土鎂合金也定點(diǎn)使用魯山縣的鐵素體球鐵用稀土鎂合金。其他材料輔料如廢鋼（排除有害元素干擾）、煤粉、陶土、型砂、合脂油、石灰石、耐火材料等，也都本著質(zhì)量好、價(jià)格合理、路途近的原則定點(diǎn)采購(gòu)。重要的是化學(xué)成份的選擇。
3.1碳和硅是影響球鐵機(jī)械性能和鑄造性能很大的元素，是促進(jìn)石墨化的元素。提高碳當(dāng)量（C總+1/3si）可增加石墨球數(shù)，改善鐵水流動(dòng)性，減少縮孔體積和白口傾向，提高塑性和韌性[1]。但碳當(dāng)量過(guò)高，易出現(xiàn)石墨漂浮導(dǎo)致性能下降，故元素含量應(yīng)選擇：C：3.6-3.9%;S:2.2-3.0%;碳當(dāng)量應(yīng)在4.4-4.8%之間。
3.2錳是阻礙石墨化并穩(wěn)定碳化物的元素，穩(wěn)定和增加基體中珠光體含量，但易形成晶間偏析，降低球鐵塑性和韌性；含量高時(shí)會(huì)增加縮松傾向，故在生產(chǎn)鑄態(tài)鐵素體球鐵中，因鐵素體含量要求大于75%，不允許出現(xiàn)縮松和不再經(jīng)過(guò)熱處理，故錳的含量不能高而應(yīng)低，應(yīng)控制在0.3-0.4%范圍內(nèi)。我們不再用云鋼生鐵而用信鋼Q12即是此道理。
3.3磷（P）和硫（S）均為有害元素，磷對(duì)球鐵的韌性、塑性和內(nèi)在質(zhì)量有很大影響，硫含量高使鑄件產(chǎn)生夾渣、皮下氣孔等缺陷。所以都應(yīng)嚴(yán)格控制。故磷一般不得超過(guò)0.06%；硫應(yīng)在0.03%以下。特別是硫，同時(shí)受生鐵和焦碳的影響，有時(shí)鐵水增硫過(guò)高，此時(shí)就必須進(jìn)行脫硫處理，我們的做法是將適量脫硫劑從出鐵槽隨鐵水加入包內(nèi)，使鐵水與脫硫劑先行接觸，發(fā)生脫硫反應(yīng)后再進(jìn)行球化處理。
3.4控制球化劑的殘留量，減少游離滲碳體增加和白口傾向，對(duì)生產(chǎn)鑄態(tài)鐵素全球鐵十分必要。故應(yīng)控制：Re殘為0.02-0.04%；Mg殘0.03-0.06%。
4.強(qiáng)化熔化及球化孕育工藝，引進(jìn)和推廣包外孕育工藝：
4.1沖天爐在熔煉之前，必須要根據(jù)鑄件要求進(jìn)行配料計(jì)算，而配料計(jì)算的基礎(chǔ)是必須先知道鑄件所需的化學(xué)成份以及原材料（生鐵、回爐鐵、廢鋼、鐵合金等）的化學(xué)成份，同時(shí)要根據(jù)以往的熔煉經(jīng)驗(yàn)得出各元素的燒損率。一般是碳、硫增加，硅錳燒損。根據(jù)燒損率初步確定燒損方案，反復(fù)試驗(yàn)，確定最佳方案。在此過(guò)程前后，必須要工藝管理嚴(yán)格，各種原材料輔料嚴(yán)格稱重計(jì)量，及時(shí)做好化學(xué)成份及金相的檢驗(yàn)，提供準(zhǔn)確的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。
4.2球化劑采用魯山生產(chǎn)的鐵素體球鐵專用稀土鎂合金，加入量為1.1-1.3%，用茶壺式澆包，在底部一側(cè)預(yù)先砌一隔墻，將球體化劑破碎成小塊放入其內(nèi)，表面覆蓋一層硅鐵粉，再蓋草木灰。出鐵水時(shí)先出2/3待反應(yīng)翻動(dòng)平穩(wěn)后扒渣，再補(bǔ)其余鐵水，同時(shí)在出鐵槽加入0.5%左右的75siFe硅鐵，進(jìn)行孕育處理，迅速攪拌扒渣，復(fù)草灰后可澆注。
4.3引進(jìn)先進(jìn)孕育劑:原材料是基礎(chǔ)，孕育是關(guān)鍵。球鐵件最終性能的好壞，在很大程度上取決于孕育效果的好壞，生產(chǎn)鐵素體球鐵更是關(guān)鍵。但傳統(tǒng)的包內(nèi)孕育方法容易產(chǎn)生鑄態(tài)碳化物和反白口，即使熱處理也難以完全消除。直到引進(jìn)了包外孕育新工藝，采用了湖北內(nèi)燃機(jī)配件廠球鐵研究所研制出的適應(yīng)包外孕育工藝使用的SRCB高效孕育劑，才可使鑄態(tài)鐵素體球鐵這一材料鑄造獲得真正成功。
4.4包外孕育是在澆注時(shí)，將一特制漏斗安裝在澆包茶壺嘴上方，用一定量小鐵勺將占型腔所需鐵水重量的0.10-0.15%的SRCB孕育劑加入斗中，在自重作用下，使孕育劑均勻地隨鐵水進(jìn)入型腔，從而達(dá)到孕育的目的?；蚴菍⒃杏齽┒亢蟮谷胄颓唬缓蟮硅F水。實(shí)驗(yàn)表明該孕育量達(dá)到0.15%就能達(dá)到最佳效果。
5.試樣組織及性能檢測(cè)：
澆注數(shù)根Ф25×120試棒，帶回試驗(yàn)室進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)及金相分析。
5.1澆鑄試樣的顯微組織基體中F%>80%，石墨球圓整、細(xì)小、分布均勻。
5.2試樣力學(xué)性能：
σb1=460MPa,δ1=12%，HB1=170
σb2=465MPa,δ2=11%，HB2=177
σb3=469MPa,δ3=11%，HB3=180
σb4=461MPa,δ4=11%，HB4=178
5.3包外孕育使石墨球圓整、細(xì)小、分布均勻，改善磷共晶的分布形態(tài)，減少了它的數(shù)量和尺寸，對(duì)消除鑄態(tài)碳化物尤見成效，能提高鑄件的機(jī)械性能和疲勞強(qiáng)度，抗衰退能力強(qiáng)，能有效地促進(jìn)鐵素體的形成，也能有效地消除皮下氣孔。
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