優(yōu)質(zhì)的鐵水質(zhì)量和最佳的孕育工藝是保證灰鑄鐵內(nèi)在質(zhì)量的基礎(chǔ)2018105

1、優(yōu)質(zhì)的鐵水質(zhì)量和最佳的孕育工藝是保證灰鑄鐵內(nèi)在質(zhì)量的基礎(chǔ)（一）作者：中國鑄造協(xié)會馬敬仲鑄造生產(chǎn)的最終目的是獲得合格優(yōu)質(zhì)鑄件，鑄件質(zhì)量包括三個方面:（1）鑄件內(nèi)在質(zhì)量包括化學(xué)成分、金相組織、力學(xué)性能、物理性能及內(nèi)部缺陷等。（2）鑄件外在質(zhì)量包括尺寸公差、形位公差、表面粗糙度、重量公差等。（3）鑄件使用質(zhì)量即滿足鑄件在強力、高速、磨損、腐蝕、高溫等不同條件下的使用性能。這部分質(zhì)量 與鑄件內(nèi)在質(zhì)量關(guān)系密切，也可以統(tǒng)一的包括在內(nèi)在質(zhì)量內(nèi)。中國鑄協(xié)在舉行的鑄造行業(yè)系列會議中之所以把提高灰鑄鐵的內(nèi)在質(zhì)量列入其中，不 僅是因為灰鑄鐵件數(shù)量巨大，應(yīng)用廣泛。更重要的是在我國從鑄造大國走向鑄造強國的過程中，提升難

2、度最大的還是內(nèi)在質(zhì)量，尤其我國鑄件在內(nèi)在質(zhì)量中存在的問題及較大的差距更應(yīng)引起我們的重視。一.我國灰鑄鐵的概況灰鑄鐵在我國鑄件總量中占有很大的比例。2005年占50.4%, 2006年占49.6%,近1400萬噸，如表一所示：表一中國2005、2006、2007年鑄件產(chǎn)量鑄件類別灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵鑄鋼銅合金鋁、鎂合金鋅合金42005年產(chǎn)量（萬噸）1230.3583.851.4322.441.6188.623.72所占比例50.4%23.9%2.1%13.2%1.7%7.7%1.0%12006年產(chǎn)量（萬噸）1392.8684.351.7381.147.0231.021.42所占比例49.6%2

3、4.3%1.8%13.5%1.6%8.2%0.7%12007年產(chǎn)量（萬噸）1546.0769.853.5404.857.1274.021.73 一所占比例49.4%24.6%1.7%12.0%1.8%8.8%0.7%1美國“現(xiàn)代鑄造”雜志（ Moden Casting ） 2007年12期發(fā)表的2006年世界鑄鐵總產(chǎn) 量為9136.8萬噸，其中灰鑄鐵件為 4253.9萬噸。我國灰鑄鐵件占世界灰鑄鐵件總量的32.7%,是美國、俄羅斯、日本、德國、英國的總和，如表二所示：表二2006年中國、美國、俄羅斯、日本、德國、英國灰鑄件產(chǎn)量國別中國美國俄羅斯日本德國灰鑄鐵產(chǎn)量（萬噸）1392.8425.53

4、48.0283.4258.2然而同樣是灰鑄鐵件，我國與國外的價格相差3倍到6倍，如表三所示:表三中國2006年灰鑄鐵件進(jìn)出口灰鑄件類別鑄件出口鑄件進(jìn)口數(shù)量（萬噸）均價（USD/t）數(shù)量（萬噸）均價（U非工業(yè)用灰鑄鐵件制品78.9721.610.36228C工業(yè)用灰鑄鐵件制品31.6833.120.3251732006年我國向日本出口了 71744噸工業(yè)用灰鑄鐵件制品，均價為892.4USD/t。同年由日本進(jìn)口 144.9噸工業(yè)用灰鑄鐵件制品，均價為6691.0USD/t。同樣，向德國出口了 14816噸灰鑄件，均價為 694.9USD/t。同年從德國進(jìn)口了317.6噸灰鑄件，均價為 5522.

5、6USD/t ,皆高出我國鑄件出口的 7倍多，進(jìn)口的工業(yè)用灰鑄鐵件中，高級轎車的汽缸體、汽缸蓋居多。構(gòu)成鑄件價格的因素是多方面的。但是有一點是肯定的，就是鑄件的質(zhì)量，尤其是內(nèi)在質(zhì)量是優(yōu)質(zhì)優(yōu)價的基礎(chǔ)， 認(rèn)真分析我國灰鑄鐵件內(nèi)在質(zhì)量的問題所在，采取一系列的措施提高其內(nèi)在品質(zhì)是目前鑄造界的當(dāng)務(wù)之急。因為它產(chǎn)量最大，涉及的鑄件類型也最廣泛， 更重要的是不少鑄造企業(yè)將灰鑄鐵件的內(nèi)在質(zhì)量僅限于抗拉強度和硬度的達(dá)標(biāo)，對涉及內(nèi)在質(zhì)量的概念、指標(biāo)及差距還缺乏足夠的認(rèn)識，這正是我們需要研討和重視的問題。在去年的一次鑄造行業(yè)的系列會議上，某鑄造企業(yè)發(fā)表了一篇論文，引起了與會者強烈的興趣，該論文不以抗拉強度和硬度滿足

6、灰鑄鐵材質(zhì)要求為目標(biāo)。而是以灰鑄鐵材質(zhì)的品質(zhì)系數(shù)GZ穩(wěn)定在1.21.4的范圍表示其材質(zhì)保持在較高的水平上，如圖1所示，該企業(yè)出口國外的機床等鑄件因內(nèi)在質(zhì)量優(yōu)良而受到國外用戶的好評。目前，國內(nèi)外高強度灰鑄鐵發(fā)展的趨勢是：在獲得高強度的同時，具有較好的鑄造性能與加工性能，因此在要求抗拉強度、 硬度達(dá)標(biāo)的同時，還要求共晶度、成熟度、硬化度(或 相對強度、相對硬度)、品質(zhì)系數(shù)等，即將強度、硬度、石墨化三者聯(lián)系起來，達(dá)到力學(xué)性 能、鑄造性能、加工性能的統(tǒng)一。.灰鑄鐵的內(nèi)在質(zhì)量1,灰鑄鐵的冶金質(zhì)量一一灰鑄鐵的內(nèi)在質(zhì)量之一(1)共晶度Sc:共晶度是鑄鐵含碳量與共晶點的實際含碳量之比，表示鑄鐵成分接近共晶點的

7、程度。傳統(tǒng)的高強度灰鑄鐵以降低共晶度達(dá)到強度指標(biāo)。共晶度的降低，意味著碳當(dāng)量的降低， 雖使抗拉強度提高卻導(dǎo)致鐵水流動性的降低，收縮與內(nèi)應(yīng)力的增大，硬度的增加等。近代先進(jìn)的高強度灰鑄鐵采用熔煉高質(zhì)量鐵水和強化孕育手段在較高的共晶度下提高鑄鐵強度及綜合性能，在同一共晶度下對比強度高低或在同一強度下對比共晶度高低比其單一地考核強度 與硬度指標(biāo)更全面更有價值。共晶度Sc按下式計算：共晶度 Sc=C、/(4.3 (Si+P)/3 )對比我國與日本機床鑄件在同強度下的共晶度，可明顯看出我國機床鑄件材質(zhì)的差距,如表四所示：表四 同樣強度下 中、日機床鑄件共晶度對比鑄鐵抗拉強度Mpa國家牌號C (%Si(%)

8、fcW CE-C+1/3Si共晶庾250日本FC25中國HT2503.25 3.353.10 3.301.85 2.051.50 1.803.95 （平均）3.75 （平均）0.90 G0.85 G300日本FC30中國HT3003.15 3.252.90 3.201.80 2.001.40 1.703.83 （平均）3.61 （平均）0.87 Q0.82 Q350日本FC35中國HT3503.10 3.202.80 3.101.75 1.951.30 1.603.76 （平均）3.43 （平均）0.85 G0.77 G從表四可以看出日本的 FC35與中國的HT250共晶度、碳當(dāng)量相當(dāng)，而抗拉

9、強度卻與中 國的HT350相當(dāng)。從表三也可看出相同的牌號日本的共晶度卻比我國高出0.050.08,碳當(dāng)量高出0.200.33%。正因如此，目前國外機床鑄件比我國同類型鑄件高一個牌號，正 因為其強度高碳當(dāng)量也較高，國外機床不斷地向輕量化方向發(fā)展，機床鑄件主要壁厚從 2025mm減至1420mm，比我國機床鑄件薄 515mm。再比較我國與德國生產(chǎn)同牌號HT250的汽缸體、缸蓋的碳當(dāng)量與共晶度，反映了同樣的差距，如表五所示：表五中國、德國汽缸體、缸蓋、共晶度、碳當(dāng)量之對比國別鑄件公司名C單缸缸蓋M. A. N3.4 3.5德國雙缸缸蓋M. A. N3.5 3.556位缸體M. A. N3.4 3.5

10、柴油雙缸缸蓋Motortex3.4 3.45缸蓋A汽車制造廠3.2 3.4中國EQ-140缸體第二汽車制造廠3.2 3.4缸蓋紅巖機器廠3.1 3.3195缸蓋常州柴油機廠3.19汽缸體在發(fā)動機工作時承受很復(fù)雜的負(fù)荷，要求鑄鐵有足夠的強度和剛度，汽缸蓋在 工作中承受較大的熱負(fù)荷，要求高強度及良好的熱疲勞強度，兩種鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 壁厚又薄又不均勻（最薄為 3.54mm）最近為使發(fā)動機輕量化，壁厚最薄處已達(dá)2.53.0mm。對這種大批量生產(chǎn)的壁厚復(fù)雜鑄件，不僅要求良好的力學(xué)性能，還要有良好的鑄造性能與加工性能，對其產(chǎn)品要求馬力大重量輕，圖2為國外某廠柴油機單位動率重量逐步下降的情況，因此采用較高碳

11、當(dāng)量、高共晶度高強度的鑄鐵是多么的重要。用保持強度下的共晶度高低來判斷灰鑄鐵的內(nèi)在質(zhì)量具有重要的意義。Si共晶度Sc其他CE1.9人2.04.100.94Cr0.15Mo0.251.7人-1.84.100.94Cr0.3Ni0.751.7人-1.84.030.93Cr0.3Cu0.31.84.020.92Cr0.3Ni1.11.8人2.03.930.90Cr0. 5Mo0. 51.9人2.13.960.90Cr0.31.6人2.13.810.86Cr0.3Cu0.41.583.710.85Cr0.33Cu0.9化學(xué)成分1920 1934 040 19so 3970 四碼年份田工證輸用羌漁機單黃

12、利串市里的年度競化情M(2)成熟度和硬化度在上世紀(jì)5060年代，鑄造學(xué)者對灰鑄鐵的共晶度Sc,抗拉強度bb及硬度HB之間的關(guān)系做了大量的統(tǒng)計和計算，總結(jié)成下列計算公式:d b =1000-800Sc (A)HB=530-344Sc (B)這兩個計算公式表示了上世紀(jì)60年代前期的灰鑄鐵的水平，這種計算出的抗拉強度和硬度被稱為正常強度和正常硬度。隨著近幾十年熔煉技術(shù)和孕育工藝的發(fā)展，實際的強度遠(yuǎn)高于計算出的正常強度。因此，用實測的強度與正常強度的比值RG來表示實際的強度高出了多少，這個比值 RG被稱為成熟度，即：RG=實測的強度/正常強度=(rb測/1000800Sc如RG 1,表示通過熔煉技術(shù)和

13、孕育改進(jìn)的鑄鐵在較高的共晶度下獲得高強度。同樣,技術(shù)的進(jìn)步也使實際硬度低于計算硬度。 用實際的硬度與正常硬度的比值 HG來表示實際硬 度比正常硬度低了多少，這個比值 HG被稱為硬化度，即HG=實際硬度/正常硬度=HBS/530344Sc如HGV1,表示在保持強度下有較低的硬度。因此成熟度 RG若1,硬化度HG若 1。一般以Qi為1.21.4最佳，這個Qi被稱為品質(zhì) 系數(shù)。這個品質(zhì)系數(shù) Qi1,則表示灰鑄鐵在保持高強度的同時具有良好的鑄造性能與加工 性能。RZ=實際強度/用實測硬度也有用相對強度與相對硬度來表示的質(zhì)量指標(biāo)，相對強度 計算出的強度即為：RZ= ob 測/2.27HB 測-227RZ

14、 1,表示強度高，硬度低，材質(zhì)綜合性能好。相對硬度RH=實測硬度/實測強度計算出的硬度即為RH=HB 測/100+0.43b測RH 1,表示強度高，硬度低，性能較好。德國鑄造工作者用成熟度 RG,相對硬度RH、共晶團(tuán)數(shù)及A型石墨含量來衡量孕育的 效果，如表六所示：表六 德國灰鑄鐵孕育與未孕育的RG與RH之比較鑄鐵牌號成熟度RG相對硬度RH共晶團(tuán)數(shù)（個/mm2A型石墨（GG2昧孕育1.061.0220040035 55GG2沖育1.220.9435050075 85GG25未孕育1.041.0215030040 60GG2/育1.200.9430050070 90從表五看出，該孕育鑄鐵RG=1.

15、201.22 ,說明在同樣的強度下有較高的共晶度，RH=0.94 ,說明在同樣的強度下有較好的加工性能，同時也可用共晶團(tuán)數(shù)與A型石墨的數(shù)量表示出來。近年來，一些國家用更加直接的方式，即用抗拉強度和布氏硬度之比， m=b b/HBS,來表達(dá)灰鑄鐵的切削性能指標(biāo)。m值大，則表明在強度高時，硬度低，切削性能好，一些國家用 m值作為內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)不同的牌號鑄鐵將m控制在1.01.4范圍內(nèi)。目前國外通過大量數(shù)據(jù)計算已成功地用熱分析儀和有關(guān)表格，在澆注前就已知道質(zhì)量控制指標(biāo)是否合格，步驟如下：1.通過熱分析測出液相線溫度Tl和凝固溫度回升值 H （相對過冷度）；2.通過圖3,預(yù)測出 30試棒上的bb和HB

16、S。優(yōu)3S3期看解門酎.通過圖4得出相對硬度RHMO=35 09*04k一型MPRM RH的建解圖.通過m=b b/HBS值在表七查出彈性模數(shù)和共晶團(tuán)數(shù)。表七灰鑄鐵、b b/HBS彈性模數(shù)、共晶團(tuán)數(shù)三者m=(r b/HBS彈性模數(shù)E0 (Gpa)共晶團(tuán)數(shù)(個/mm21.0122.5451.1127.5751.2133.01301.3138.22101.1143.73601.5148.76001.6154.01000例如熱分析得出 Tl=1210 C, 竹=5C,通過圖 3查出 d b=260Mpa, HBS=210 ,則 m=260/210=1.24,通過表六查出彈性模數(shù)E0135Gpa ,共

17、晶團(tuán)數(shù)160個/mm2 ,通過圖4,得出相對硬度RH=1。近代灰鑄鐵為什么除了強度以外，對硬度的要求越來越嚴(yán)格，這是因為隨著加工機床的數(shù)控化、精密化、切削高速化、鑄件硬度對機床的切削速度和刀具磨損影響變得更加突顯，如圖 5、圖6所示:S 3已4虺他耳”族.刑庭處鼻血 H審斗，篇閉馬史。，里生的18總碗*r.電 啟in而nr tEDAMd？：n ui,. 切人港3mLIK*共量（biH組3 =F餐身中高評口加一 ll）J一二是能星；Kwiil；根Q4一統(tǒng)吐出上七 灣抬113t至虻工比！中片酬工 聿素話率X匯位竺5蜩削曲/ EW茹5120 2 ki ion iho nwtsi ru 口斜刀再命與切

18、削速度的關(guān)系H馬度瓶切物逋度的美累我慢就成分工Ci. 25*, SfL.BM kiGIR*T合金m-隼會上找（CtlL石獨由獨身.07乾.FL0U&:不電 4小科刀，尤拜耳潢.叱力Btlinin-1一啻1,硬化度V 1,品質(zhì)系數(shù)Qi1來表示灰鑄鐵的內(nèi)在質(zhì)量的優(yōu)良程度。不過，這還不是灰鑄鐵內(nèi)在質(zhì)量的全部,灰鑄鐵的內(nèi)在質(zhì)量實際上由三部分組成化學(xué)成分、抗拉強度、硬度：這三者的關(guān)系由灰鑄鐵的冶金質(zhì)量來表示?；诣T鐵的金相組織：以金屬基體、石墨、晶界共晶物來表示。 灰鑄鐵的使用性能與內(nèi)部缺陷：以試驗的性能指標(biāo)和無損探傷的結(jié)果來表示。2.灰鑄鐵的金相組織 灰鑄鐵的內(nèi)在質(zhì)量之由于在灰鑄鐵的技術(shù)文件或訂貨合同中

19、，金相組織不作為鑄件是否合格的判斷依據(jù)。使一些鑄造企業(yè)忽視金相檢驗，即使檢驗也流于形式， 甚至干脆不檢查是常有的事， 這是目前最應(yīng)糾正的傾向。在機床鑄件中實際上對金相組織的要求是很嚴(yán)格的，尤其是導(dǎo)軌部分，要求石墨為無方向分布的A型石墨，其大小為 4級至5級，基體應(yīng)95%珠光體，片間距（500倍）皆 在2mm以下。在實際生產(chǎn)中，當(dāng)導(dǎo)軌硬度低時，金相組織中往往是石墨粗大， 珠光體量低， 片間距大，當(dāng)導(dǎo)軌表面硬度差超過規(guī)定值時，云定發(fā)現(xiàn)金相組織出現(xiàn)不同程度的過冷石墨。雖然A型與D型石墨皆為片狀石墨，但因其石墨大小與分布不同。即使在碳當(dāng)量相同下灰鑄鐵的硬度影響也不盡相同，對淬火后的硬度也不同，如表八所

20、示:表八石墨類型和分布對灰鑄鐵硬度與淬火硬度的影響石墨類別成% %鑄鐵硬度HRC淬火后硬度A3.5343.161.0D3.6048.760.5不少機床鑄造廠發(fā)生的導(dǎo)軌硬度不均，硬度差超標(biāo)或需要淬火的導(dǎo)軌在淬火后硬度不均或有小裂紋，實際皆與金相組織出現(xiàn)不同程度的過冷石墨有關(guān)。雖然隨著機床鑄件強度的提高，碳當(dāng)量的降低，出現(xiàn)過冷石墨的傾向增大，要完全不出現(xiàn)過冷石墨有一定難度，但對在HT250至HT350中的過冷石墨數(shù)量仍是有所限制的，如表九所示：表九高牌號鑄鐵的金相組織灰鑄鐵牌金相組織號石墨基體HT2508595吐狀石墨515%i冷石墨，其余A型石墨長度0.060.25mni石墨含量36%珠光體）中

21、細(xì)片才二元磷共晶HT3008095吐狀石墨520%i冷石墨，其余 A型石墨長度0.030.12mm,石墨含量36%珠光體）中細(xì)片才二元磷共晶HT3507590吐狀石墨1025%i冷石墨，其余 A型石墨長度0.030.12mm,石墨含量24%珠光體）中細(xì)片才二元磷共晶但對于嚴(yán)格要求硬度均勻的機床導(dǎo)軌，其過冷石墨仍應(yīng)以少最佳。為了提高導(dǎo)軌耐磨性，不少鑄造企業(yè)采用高磷鑄鐵和鋰鈦鑄鐵，對其金相組織檢查更為重要。前者的磷共晶必須呈斷續(xù)網(wǎng)狀分布，否則連續(xù)網(wǎng)狀分布的磷共晶極易脫落，形成磨粒，導(dǎo)致機床耐磨性失效。后者金相組織中細(xì)小的 V、Ti、C-N高硬度化合物必須是高度彌散分布，否則會造成整個導(dǎo) 軌磨損的不

22、均勻性。在調(diào)查中不少機床廠的協(xié)作廠機床鑄件幾乎不作金相檢查，甚至連金相儀器都不具備，這是十分危險的。對于鋼錠模和汽車，拖拉機排氣管等灰鐵件，金相組織與其需要高的熱疲勞強度有著很密切的關(guān)系。A型石墨優(yōu)于D型石墨，其耐熱疲勞強度高出 1倍，如圖7所示。石墨長度較長者優(yōu)于石墨長度較短者，如圖8所示：c 90 k 110 o石總片平均長度w圖8若爆片平均長度和熱波勞性能的關(guān)系邙小圖7石娶類型和熱減芳性能的美京工川 試騎德帙化學(xué)成分相同;1-0型石巴 -A金石基（大小M強） TOC o 1-5 h z 石墨長度120um者比石墨長度50um者，耐熱疲勞強度高出 4倍。實踐證明，對這 類鑄件金相檢驗是必不

23、可少的。|我國的孕育鑄鐵在與美國的密烘鑄鐵的金相組織對比中，也有較大的差距。同樣是A型石墨，美國的更細(xì)小，分布更均勻。同樣的珠光體，美國的珠光體片間距更小，珠光體更|致密。而實踐證明，石墨的大小，珠光體的粗細(xì)對灰鑄鐵的強度影響甚大，當(dāng)金相中出現(xiàn) D、E型石墨的時候，或出現(xiàn)較大形狀碳化物和磷共晶的時候，或出現(xiàn)連續(xù)網(wǎng)狀磷共晶或合金的硬質(zhì)點分布不均勻的時候，即使是抗拉強度是合格的，其金相組織中出現(xiàn)的問題仍會對鑄件的性能與加工性能帶來不良的影響。金相組織不是要不要檢驗的問題，而是作為鑄鐵各種性能變化及加工中出現(xiàn)各類問題的分析依據(jù)，是控制鑄件內(nèi)在質(zhì)量的重要指標(biāo)。對其檢驗是必不可少的。3.灰鑄鐵的使用性能

24、與內(nèi)部缺陷一一灰鑄鐵內(nèi)在質(zhì)量指標(biāo)之三隨著近代機械產(chǎn)品質(zhì)量的提升對各類鑄件的使用性能和內(nèi)部缺陷提出了較高的要求： 如高強度機床鑄件要求有較高剛性，則對其彈性模數(shù)要進(jìn)行測試， 對精度及精度穩(wěn)定性有要求的機床對其鑄件的內(nèi)應(yīng)力及精度穩(wěn)定性要進(jìn)行測試，對導(dǎo)軌耐磨性有要求的，又不采用鑲鋼或鑲型導(dǎo)軌的機床鑄件要進(jìn)行耐磨性測試，對不同的耐壓件，根據(jù)不同要求，要分別進(jìn)行液壓、水壓、氣壓試驗，對耐熱件進(jìn)行熱疲勞強度試驗等。此外，如發(fā)動機的缸體、缸蓋、 減磨件的汽缸套，活塞環(huán)，內(nèi)燃機的排氣歧管等皆有不同的使用性能，進(jìn)行滿足不同類型鑄件使用性能的試驗與測試是十分重要的。需要指出的是我國鑄造企業(yè)中對鑄件使用性能方面各類

25、相應(yīng)的疝試亟待加強。例如：鬧生模數(shù)測試，疝磨性的疝試，內(nèi)應(yīng)力而測試、鑄件精應(yīng)穩(wěn)定性的測試、耐高溫、耐熱疲勞強度的測試，尤其是鑄件的壽命測試等皆大幅度地減少了。雖然，進(jìn)行這類測試需要較大的物力、人力和時間，如機床導(dǎo)軌耐磨性研究前后10年，低應(yīng)力鑄鐵耗時8年，鑄件精度穩(wěn)定性測定也達(dá) 6年，孕育鑄鐵使用性能與工藝研究連續(xù)十 J 幾年，要提高效率縮短時間進(jìn)行試驗是必要的。 但要從鑄造大國走向鑄造強國卻是必需的。今年7月在銀川召開的鑄造系列會議上，全國代表看到共享集團(tuán)對鑄件的各種缺陷探傷儀器及進(jìn)行的對缺陷的瑩光探傷、射線探傷、超聲波探傷等，從一個側(cè)面看出他們對鑄件質(zhì)量尤其是內(nèi)在質(zhì)量的重視。以上就是灰鑄鐵

26、內(nèi)在質(zhì)量組成的三個方面缺一不可。在認(rèn)識灰鑄鐵內(nèi)在質(zhì)量概念之后，在生產(chǎn)實踐中，要在以下兩個環(huán)節(jié)精細(xì)操作，以確 保其質(zhì)量，這就是熔煉出優(yōu)質(zhì)的鐵水和采用最佳的孕育工藝。 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark0 o Current Document 待續(xù)：優(yōu)質(zhì)的鐵水質(zhì)量和最佳的孕育工藝是保證灰鑄鐵內(nèi)在質(zhì)量的基礎(chǔ)（二） HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 優(yōu)質(zhì)的鐵水質(zhì)量和最佳的孕育工藝是保證灰鑄鐵內(nèi)在質(zhì)量的基礎(chǔ)（二）作者：中國鑄造協(xié)會 馬敬仲【接上：優(yōu)質(zhì)的鐵水質(zhì)量和最佳的孕育工藝是保證灰鑄鐵內(nèi)在質(zhì)量的基礎(chǔ)（一）】三.優(yōu)質(zhì)的鐵

27、水質(zhì)量是保證灰鑄鐵內(nèi)在質(zhì)量的基礎(chǔ)鐵水質(zhì)量是由三個指標(biāo)組成的，這就是鐵水溫度、化學(xué)成分及純凈度。在這三個指標(biāo)中，鐵水溫度占著主導(dǎo)作用，它的高低直接影響著化學(xué)成分和純凈度。鐵水溫度鐵水的過熱溫度多少比較合適，國內(nèi)外學(xué)者皆有不同的看法。但有二點是相同的，第 一是存在一個臨界溫度，只有高于這一臨界溫度， 隨著溫度的提高，鐵水則大幅度地減少氧化，減少Si、Mn燒損，并使石墨細(xì)化，基體組織致密，鑄鐵強度提高，硬度下降，彈性模 數(shù)有少許提高，成熟度 RG提高，相對硬度 RH下降，品質(zhì)系數(shù) Qi提高，如圖9、圖10所示:圖g就激坦度對骯撞鼻度的骷嗝l-C ? C- ft* 1-( a*圖10俵索溫度與力學(xué)性幡

28、及防常飆蛉累*At. i *2同代表工,九醇* /九，/磷XW*第二就是如果鐵水過熱太高，則會導(dǎo)致石墨分布形狀的惡化，過冷度過大，極易出現(xiàn)自由滲碳體，導(dǎo)致力學(xué)性能的下降，尤其低碳當(dāng)量的鐵水對太高的過熱敏感性更大，性能下降更明顯，因此對鐵水溫度過熱也要有一個上限。生產(chǎn)實踐中，鐵水過熱的臨界溫度及過熱的上限范圍是與鑄鐵牌號即碳硅量的高低密 切聯(lián)系的。牌號越高，碳硅量越低，過熱溫度范圍也越高。從 HT250至HT350 ,國外工業(yè) 發(fā)達(dá)國家灰鑄鐵的出鐵溫度為15001550 c，國內(nèi)有建議14601500 c，也有建議1480 -1520 C。從實踐效果和節(jié)能角度考慮，筆者認(rèn)為14801520 c比

29、較合適，表十列出了孕育鑄鐵的出鐵溫度的范圍。表十 孕育鑄鐵的出鐵溫度牌號鐵水的出鐵溫度CHT25014801500HT30014901510HT35014901520對灰鑄鐵過熱溫度的選擇，涉及到鑄件質(zhì)量和節(jié)約能源兩方面的問題。實踐證明，把 鐵水溫度控制在14801520 C,即能保證鑄件質(zhì)量，同時節(jié)約能源，這是因為：合適的過熱溫度減少了鐵水的氧化及硅、鎰的燒損。理論計算表明，鐵水中的 C、Si與鐵水溫度之間存在著一定的關(guān)系，當(dāng)鐵水過熱到某一臨界溫度時，鐵水可避免氧化，SiO2、MnO可以被還原，如圖11所示：上看根據(jù)鐵水的C、Si含量，通過圖11確定理想的鐵水過熱溫度，如C=3.3% , S

30、i=1.7% ,則查出臨界溫度1418 C,過熱溫度為1468 C ,圖12的過熱溫度之所以要高出臨界溫度 50 C , 這是因為沖天爐內(nèi)達(dá)不到臨界溫度的平衡條件。由圖11看出，隨著C、Si含量降低，過熱溫度越高， 可以說1480 c是HT250HT350 灰鑄鐵最低的過熱溫度。高溫鐵水在實際生產(chǎn)中具有著巨大的實際意義:沖天爐熔煉的鐵水溫度越高，滲C率也越高，在同等強度下提高了碳當(dāng)量，提高了鑄造性能；高溫優(yōu)質(zhì)鐵水由于減少了氧化，大幅度減少了因氧化造成的廢品，并顯著地減少了硅、鎰燒損，這是下降成本，節(jié)約能源的最重要措施，鐵水的含氧量與渣中的含氧量有著密 切的關(guān)系，如表十一所示：表H一 渣中FeO

31、與鐵水中含氧量渣中FeO (%5.65.657.208.3411.3014.35鐵水中含氧量（PPM4047728695110美國資料指出，鑄鐵的合適的含氧量為1020PPM,日本為2030PPM,這樣低的鐵水含氧量是與他們的高溫鐵水有著密切聯(lián)系的。我國據(jù)不完全測定，灰鑄鐵含氧量在40110PPM的范圍內(nèi)，國內(nèi)鑄造企業(yè)在很長的一段時間內(nèi)，在節(jié)約焦碳與鐵水質(zhì)量的選擇中， 吃了大虧，表十二顯示了我國鑄造企業(yè)鐵水嚴(yán)重氧化硅、鎰燒損狀況。表T單位鐵焦比渣中FeO硅燒損鎰燒損（%）某機床廠A99.58.243.1236.4578682025某重型機器廠1081129378.6672034 38某機床廠B

32、1011.426281113 19.630 3321從能源上說，一噸焦炭相當(dāng)3508度電，而煉一噸硅鐵需 8900度電，一噸鎰鐵需7000度電，因節(jié)約焦炭而損失硅鐵、鎰鐵得不償失，而鐵水氧化造成的廢品損失更是嚴(yán)重。某廠生產(chǎn)4M16缸體時，渣中FeO為1015%時，缸體廢品率達(dá)50% ,當(dāng)鐵水溫度達(dá)至1480 C,渣中FeO為57%時，缸體幾乎消除了廢品。節(jié)約焦炭不能以犧牲鐵水溫度為代價，而應(yīng)采用富氧送風(fēng)、預(yù)熱送風(fēng)等一系列措施來獲得高溫鐵水。某廠采用熱風(fēng)后，鐵水溫度14801500 Co不僅Si、Mn燒損減少，而且多加了廢鋼，在同樣的碳當(dāng)量下下降了成本。更重要 的是鐵水合適的過熱溫度，使石墨細(xì)化

33、，石墨減少，鐵水中的雜質(zhì)得一定穩(wěn)定的純化，從而 顯著地提高了鐵水的接受孕育的能力，為孕育打下了良好的基礎(chǔ)。在生產(chǎn)HT250350灰鑄鐵時，強調(diào)沖天爐的出鐵溫度為14801520 C,在任何情況下是不為過的，它是優(yōu)質(zhì)鐵水的首要條件。(2)化學(xué)成分合理地選擇化學(xué)成分，是保證灰鑄鐵最佳的內(nèi)在質(zhì)量的基本條件，具體要求如下：碳、硅含量選擇：HT250至HT350灰鑄鐵都是高強度孕育鑄鐵，孕育作用大小在很大程度上取決原鐵水的過冷度， 而影響鐵水過冷的主要因素是兩個，一是鐵水溫度，過熱溫度,見圖 13。二是碳當(dāng)量，碳當(dāng)量越低，過冷度越大。同閭，min圖強過熱密攫對鑄院的結(jié)晶過冷度大小的影喧碳當(dāng)量多少合適呢？

34、其原則是未孕育的原鐵水凝固后應(yīng)是白口與麻口組織，即碳是以部分或全部滲碳體出現(xiàn)， 孕育后全部為珠光體細(xì)灰口組織。 因此在孕育鑄鐵熔制時主要是掌 握兩個環(huán)節(jié)，一是選擇C、Si含量使孕育前鐵水為白口或麻口， 或石墨呈D、E型過冷石墨。二是經(jīng)過孕育后成為細(xì)珠光體與A型石墨。一般情況下 HT250至HT350牌號的灰鑄鐵，C為2.83.3% , Si為1.01.7% ,表十三是孕育鑄鐵的化學(xué)成分。表十三孕育鑄鐵的化學(xué)成分牌號C%Si%Mn%P%孕育前孕育后HT2503.13.31.2 丁1.41.5 /-1.70.81.00.2HT3003.03.21.1，1.21.4 /-1.71.01.20.2HT

35、3502.83.10.8 丁1.01.3 /-1.51.21.40.2在實際生產(chǎn)中，如果金相組織中基體為細(xì)珠光體，石墨細(xì)小，并呈A型分布說明二個環(huán)節(jié)控制得較好。若發(fā)現(xiàn)有 2540%過冷石墨說明C、Si含量選擇基本正確，孕育作用不 夠，應(yīng)加強孕育，如發(fā)現(xiàn)孕育充分，但仍出現(xiàn)較多的過冷石墨，甚至出現(xiàn)部分滲碳體，則說 明C、Si量過低，應(yīng)適當(dāng)上調(diào)，如稍加孕育，就石墨粗大，說明C、Si量過高，應(yīng)適當(dāng)下調(diào)。 在實踐中通過金相分析來調(diào)整二個環(huán)節(jié)是十分必要的。近代灰鑄鐵對化學(xué)成分的理解又有了新的進(jìn)步，一是高的鐵水溫度，高碳當(dāng)量的概念；二是在配料中增加廢鋼量，通過高溫、高滲碳，在同樣的碳當(dāng)量下獲得高強度的概念；

36、三是在適當(dāng)?shù)奶籍?dāng)量下，將 Si/C比的概念由0.40.5提高到0.650.75 ,則同樣的碳當(dāng)量下， 能提高強度與彈性模數(shù)，降低硬度，降低白口傾向；四是準(zhǔn)確而穩(wěn)定的化學(xué)成分，以最小的波動值來保證鑄件質(zhì)量的一致性的概念，成分波動如表十四所示：表十四 鐵水成分的波動范圍化學(xué)成分CSiMnPs波動范圍（%）0.050.10.10.023PPM,易產(chǎn)生氫氣孔。氧含量 60PPM,則鐵水氧化 開始嚴(yán)重，硅、鎰燒損增加。氮含量100PPM,易產(chǎn)生氮氣孔， 140PpM時更為顯著。表十五顯示了鐵水中，氫、氧、氮對鑄鐵性能的影響。表十五 鐵水中氣體對鑄鐵性能的影響氣體要求含量（PPM對灰鑄鐵性能的影響氫3PP

37、M時，易產(chǎn)生氫氣孔，導(dǎo)致鐵水流動性下降，機械性能下降鐵水中氫（cm3/100g） 0.8 4.1 氫含量（cm3/100g） 1.15 4.3螺旋長度（mm 530 390 抗拉強度 Mpa 229 187氧60.鐵水氧化，產(chǎn)生非金屬夾雜物，機械性能下降.產(chǎn)生CO皮卜氣孔氮100PPM易形成裂紋狀的氮氣孔在鐵水的氣體含量要求中，避免鐵水氧化是最重要的。這就是生產(chǎn)中我們?yōu)槭裁匆?鐵水溫度要高于避免鐵水氧化的臨界過熱溫度，要求渣中FeO500025 30隨流孕育0.5 1.0孕育劑的放置硅、鐵等孕育劑極易吸潮，不宜破碎后長期存放，應(yīng)鐵桶封存，用時再打開，目前不 少工廠孕育劑隨意堆放，吸濕、氧化、

38、污染嚴(yán)重，往往使孕育作用大減，故孕育劑存放必須 桶裝加蓋。孕育劑的烘烤孕育劑需經(jīng)300500 c預(yù)熱后使用，未經(jīng)預(yù)熱的硅鐵易從大氣中吸收水汽，造成鑄件 針孔，對瞬時孕育細(xì)粒孕育劑使用時再打開，發(fā)現(xiàn)受潮也要預(yù)熱。 注意鐵水的含硫量，為保證孕育時有足夠的結(jié)晶核心，鐵水的含S宜在0.050.06%范圍內(nèi)，低于此值，孕育效果降低，應(yīng)及時調(diào)整鐵水成分。 在進(jìn)行出鐵槽孕育時，在化學(xué)成分確定后還要重視鐵水中Si含量與孕育劑加入 Si量的比例關(guān)系。實踐證明，在一定的碳當(dāng)量下，如孕育后鐵水的終硅量不變，原鐵水Si較低，孕育Si量較多者強度好，硬度低，孕育效果顯著，見表十八：表十八 終硅量不變，孕育硅與原有硅量不

39、同對孕育鑄鐵力學(xué)性能的影響孕育硅量/鐵水總硅量%O不孕育255075原后硅2.171.51.000.5硅%孕育硅00.581.151.57終硅量2.172.072.152.07碳3.07 3.093.10 3.113.043.04 3.06抗拉強度MPa258272296303334333338341硬度HBS228228223223217217217217在實踐中，當(dāng)碳當(dāng)量在 3.33.5%時，孕育硅終硅量 5060%為宜，碳當(dāng)量3.63.8% 時，其比例2535%為宜，最佳的比例仍要每個工廠實踐確定。不過有一點是可以肯定的，原鐵水的硅量不宜過高，原鐵水的硅僅能作為鐵水成份起石墨化作用，孕育

40、劑中的硅所起的石墨化作用為原鐵水硅的 34倍。瞬時孕育的劑量不再上述的規(guī)律內(nèi)。孕育溫度的選擇眾多的試驗證明，高的過熱溫度下，較低的孕育溫度則會取得較好的孕育效果。如鐵水過熱溫度為1470 C時，1350 C孕育溫度比1470 C的孕育效果要好。A類石墨增多，D型 石墨減少，如圖14所示。石墨長度也比 1470 c孕育的短，如圖15所示：13M KOO *用 學(xué)界和曉芒混度（Xj國14孕自配度對A、D室石墨含吊的胎響圖15孕育和港灣溫度對石墨長度的齡響生產(chǎn)實踐證明，最近發(fā)展很快的澆口杯孕育，隨流孕育，型內(nèi)孕育等瞬時孕育工藝皆獲得極佳的孕育效果， 也直接證明了較低的孕育溫度效果為佳。當(dāng)然其條件是必須保證孕育劑熔化和吸收。因此一般隨流孕育的溫度最低也要1340 C,孕育劑粒度以 0.31.0 mm為宜。高溫孕育效果差，主要原因是：孕育后仍有較高的溫度，則孕育后至鐵水凝固的溫差 大，凝固時間長，前者導(dǎo)致鐵水的過冷度增加，后者使孕育衰退加劇，從而削弱了孕育效果。采用澆注時的瞬時孕育工藝，需考慮澆 注溫度的高低。采用澆注時孕育的澆注溫度如表十九所示：表十九孕育鑄鐵的澆注溫度鑄鐵牌號HT250HT300HT350澆注溫度C13