1前言

近些年來(lái)，鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵的研究是球鐵生產(chǎn)中熱門(mén)研究課題。而對(duì)于一些地方小廠來(lái)說(shuō)，不用進(jìn)行熱處理而能大批生產(chǎn)出合格的高韌性球鐵，確實(shí)需要去實(shí)踐、去努力攻關(guān)。2003年始，我在一個(gè)機(jī)械廠參加了鑄態(tài)鐵素球鐵的應(yīng)用研究與工藝實(shí)踐，使瀕臨倒閉的小廠起死回生。該廠在1978年前曾短期試生產(chǎn)過(guò)柴油機(jī)曲軸、連桿、凸輪軸等，均需進(jìn)行退火或正火處理。此后二十余年中一直未批量生產(chǎn)過(guò)球鐵。2002年底，試生產(chǎn)為千斤頂總廠配套的從1.6T至16T的各系列液壓千斤頂?shù)鬃�與頂帽。要求牌號(hào)為QT450-10，球化等級(jí)不低于4級(jí)，鐵素體含量在75%以上，不允許有明顯的氣孔、夾渣、縮松。該廠爐子為1.5t/h酸性冷風(fēng)大間距沖天爐，原材料來(lái)源是：生鐵是云陽(yáng)鋼廠的18#—22#生鐵，焦炭是平頂山或臨汝地方焦，稀土鎂合金和硅鐵均是在市場(chǎng)上隨機(jī)購(gòu)買(mǎi)的。鐵水出爐溫度1380°～1430°。產(chǎn)品品種及牌號(hào)較多，因而生產(chǎn)球鐵難度較大。該廠缺乏鑄造專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員，生產(chǎn)球鐵無(wú)經(jīng)驗(yàn)，曾出現(xiàn)幾次批量報(bào)廢事故。特別是球鐵質(zhì)量不穩(wěn)，極易出現(xiàn)白口，不能直接投入機(jī)加工，故不得不爐爐退火，大大加大了成本。2003年起，我們從原材料、工藝等多方面攻關(guān)，實(shí)行全面質(zhì)量管理，終于生產(chǎn)出質(zhì)量穩(wěn)定的鑄態(tài)鐵素體球鐵，順利地出口創(chuàng)匯。

2嚴(yán)把原材料、輔料進(jìn)廠質(zhì)量關(guān)，控制好各元素含量。

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。

2.1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。

2.2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。

2.3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。

2.4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%.3強(qiáng)化熔化及球化孕育工藝，引進(jìn)和推廣包外孕育工藝。

3.1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)。

3.2球化劑采用魯山生產(chǎn)的鐵素體球鐵專(zhuān)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。

3.3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。

3.4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。或是將孕育劑定量后倒入型腔，然后倒鐵水。實(shí)驗(yàn)表明該孕育量達(dá)到0.15%就能達(dá)到最佳效果。

4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。

4.1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。

4.2試樣力學(xué)性能：σb1=460MPa，δ1=12%，HB1=170σb2=465MPa，δ2=11%，HB2=177σb3=469MPa，δ3=11%，HB3=180σb4=461MPa，δ4=11%，HB4=1784.3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(jiàn)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。

5總結(jié)

綜上所述，在控制好各元素含量的前題下，采用SRCB高效復(fù)合孕育劑可用于生產(chǎn)鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵，與熱處理相比，可降低成本200元/噸左右。同時(shí)可有效地消除皮下氣孔，消除碳化物，基本上不存在內(nèi)部縮松現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)半年多的摸索實(shí)踐，特別是采用了包內(nèi)孕育和包外瞬時(shí)孕育相結(jié)合的方法，該廠終于生產(chǎn)出了合格產(chǎn)品，其性能特點(diǎn)為：塑性和韌性較高，強(qiáng)度較低，用于制造受力較大而又承受震動(dòng)和沖擊的零件，千斤頂?shù)鬃�和頂帽系列配套產(chǎn)品和其他汽車(chē)配件產(chǎn)品，每月生產(chǎn)量達(dá)到了100噸以上，質(zhì)量穩(wěn)定，不需熱處理，無(wú)出現(xiàn)批量報(bào)廢和退貨現(xiàn)象，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。1前言

近些年來(lái)，鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵的研究是球鐵生產(chǎn)中熱門(mén)研究課題。而對(duì)于一些地方小廠來(lái)說(shuō)，不用進(jìn)行熱處理而能大批生產(chǎn)出合格的高韌性球鐵，確實(shí)需要去實(shí)踐、去努力攻關(guān)。2003年始，我在一個(gè)機(jī)械廠參加了鑄態(tài)鐵素球鐵的應(yīng)用研究與工藝實(shí)踐，使瀕臨倒閉的小廠起死回生。該廠在1978年前曾短期試生產(chǎn)過(guò)柴油機(jī)曲軸、連桿、凸輪軸等，均需進(jìn)行退火或正火處理。此后二十余年中一直未批量生產(chǎn)過(guò)球鐵。2002年底，試生產(chǎn)為千斤頂總廠配套的從1.6T至16T的各系列液壓千斤頂?shù)鬃�與頂帽。要求牌號(hào)為QT450-10，球化等級(jí)不低于4級(jí)，鐵素體含量在75%以上，不允許有明顯的氣孔、夾渣、縮松。該廠爐子為1.5t/h酸性冷風(fēng)大間距沖天爐，原材料來(lái)源是：生鐵是云陽(yáng)鋼廠的18#—22#生鐵，焦炭是平頂山或臨汝地方焦，稀土鎂合金和硅鐵均是在市場(chǎng)上隨機(jī)購(gòu)買(mǎi)的。鐵水出爐溫度1380°～1430°。產(chǎn)品品種及牌號(hào)較多，因而生產(chǎn)球鐵難度較大。該廠缺乏鑄造專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員，生產(chǎn)球鐵無(wú)經(jīng)驗(yàn)，曾出現(xiàn)幾次批量報(bào)廢事故。特別是球鐵質(zhì)量不穩(wěn)，極易出現(xiàn)白口，不能直接投入機(jī)加工，故不得不爐爐退火，大大加大了成本。2003年起，我們從原材料、工藝等多方面攻關(guān)，實(shí)行全面質(zhì)量管理，終于生產(chǎn)出質(zhì)量穩(wěn)定的鑄態(tài)鐵素體球鐵，順利地出口創(chuàng)匯。

2嚴(yán)把原材料、輔料進(jìn)廠質(zhì)量關(guān)，控制好各元素含量。

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。

2.1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。

2.2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。

2.3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。

2.4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%.3強(qiáng)化熔化及球化孕育工藝，引進(jìn)和推廣包外孕育工藝。

3.1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)。

3.2球化劑采用魯山生產(chǎn)的鐵素體球鐵專(zhuān)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。

3.3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。

3.4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。或是將孕育劑定量后倒入型腔，然后倒鐵水。實(shí)驗(yàn)表明該孕育量達(dá)到0.15%就能達(dá)到最佳效果。

4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。

4.1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。

4.2試樣力學(xué)性能：σb1=460MPa，δ1=12%，HB1=170σb2=465MPa，δ2=11%，HB2=177σb3=469MPa，δ3=11%，HB3=180σb4=461MPa，δ4=11%，HB4=1784.3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(jiàn)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。

5總結(jié)

綜上所述，在控制好各元素含量的前題下，采用SRCB高效復(fù)合孕育劑可用于生產(chǎn)鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵，與熱處理相比，可降低成本200元/噸左右。同時(shí)可有效地消除皮下氣孔，消除碳化物，基本上不存在內(nèi)部縮松現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)半年多的摸索實(shí)踐，特別是采用了包內(nèi)孕育和包外瞬時(shí)孕育相結(jié)合的方法，該廠終于生產(chǎn)出了合格產(chǎn)品，其性能特點(diǎn)為：塑性和韌性較高，強(qiáng)度較低，用于制造受力較大而又承受震動(dòng)和沖擊的零件，千斤頂?shù)鬃�和頂帽系列配套產(chǎn)品和其他汽車(chē)配件產(chǎn)品，每月生產(chǎn)量達(dá)到了100噸以上，質(zhì)量穩(wěn)定，不需熱處理，無(wú)出現(xiàn)批量報(bào)廢和退貨現(xiàn)象，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。