對影響灰鑄鐵件試棒強度因素的分析

霍明新

（廣西玉柴機器股份有限公司鑄造廠，廣西 玉林 537005）

眾所周知，在鑄造行業(yè)，往往使用單鑄試棒，對單鑄試棒抗拉強度值進行檢測，通過判定試棒強度值是否符合驗收標準的方法來作為判斷一批產(chǎn)品強度性能是否合格的依據(jù)。故，單鑄試棒強度值是否合格顯得尤為重要。我公司鑄造廠A車間在一段時間內生產(chǎn)澆注的試棒強度出現(xiàn)批量不合格，給公司、廠、車間帶來了諸多損失和麻煩。在此期間，A車間對影響灰鑄鐵試棒強度的因素進行了逐一試驗分析探討，找到了一些影響試棒強度的關鍵因素，為日后控制灰鑄鐵試棒強度性能積累了寶貴經(jīng)驗財富。

1 試棒生產(chǎn)工藝簡介

1.1 熔煉工藝

熔化工藝使用沖天爐+工頻爐雙聯(lián)熔煉，即由沖天爐熔煉鐵水，然后把沖天爐熔煉出來的鐵水轉到工頻爐內，進行升溫、調整成分。待鐵水溫度、成分等符合工藝要求后，工頻爐出鐵槽沖入法出鐵隨流孕育處理。

1.2 試棒鑄型制造工藝

使用正常生產(chǎn)鑄件產(chǎn)品用的潮模砂，進行人工緊實法制造試棒鑄型。在制造試棒鑄型過程中，需要注意控制潮模砂的水分、鑄型的硬度，以確保試棒鑄型質量。

1.3 澆注工藝

試棒澆注工作由人工完成，即在當包鐵水澆注鑄件產(chǎn)品前，從待澆注的鐵水包內倒出一定量的鐵水，充滿小的手端澆注包，然后人工手端小澆注包把鐵水澆注入已筑好的試棒鑄型內，即完成試棒樣的澆注工作。

2 抗拉試樣準備及強度值檢測

2.1 抗拉試樣準備

將清理后的試棒在車床上車成抗拉試樣，抗拉試樣[1]形狀見圖1。

圖1 抗拉試樣

圖1中所示各部位尺寸見表1。

表1 抗拉試樣尺寸 （mm）

2.2 強度值檢測方法

將抗拉試樣固定夾持在液壓式萬能材料試驗機上，施加拉力，當試樣被拉斷時，就會在液壓式萬能材料試驗機顯示面板上顯示出強度值。

3 試驗分析

3.1 試驗廢鋼對試棒強度的影響

廢鋼是生產(chǎn)灰鑄鐵時不可缺少的原材料之一，其質量對沖天爐熔煉過程有直接影響，從而影響鐵水質量。國內鑄造廠對廢鋼的要求也不盡相同，有相當比例的鑄造廠使用質量不是很好的雜廢鋼，有條件的鑄造廠才使用沖壓件邊角料廢鋼。我公司鑄造廠大多數(shù)情況下使用廢舊廠提供的雜廢鋼。在我公司鑄造廠A車間出現(xiàn)批量試棒強度不合格期間，在保證其他條件不變的前提下，僅把沖天爐熔煉用廢鋼由廢舊廠提供的雜廢鋼調換為表面干凈、塊度均勻的沖壓件邊角料廢鋼，試驗使用了一段時間，期間仍出現(xiàn)試棒強度不合格現(xiàn)象。結論：廢鋼不是造成試棒強度不合格的主要因素。

3.2 試驗焦炭對試棒強度的影響

焦炭是沖天爐熔煉的燃料，正是依靠焦炭燃燒釋放出的熱量來達到熔煉金屬爐料獲得鐵水的目的。焦炭的質量對沖天爐熔煉起著至關重要的作用。高質量的焦炭可以熔煉出高質量的鐵水。在試棒強度出現(xiàn)批量不合格期間，為了驗證不同質量焦炭對試棒強度的影響，在其他條件不變的前提下，我們使用兩個廠家生產(chǎn)的焦炭進行沖天爐熔煉對比試驗。使用A焦炭廠家供應的焦炭時，現(xiàn)場實測沖天爐熔煉出的鐵水溫度在1470℃～1490℃；使用B焦炭廠家供應的焦炭時，現(xiàn)場實測沖天爐熔煉出的鐵水溫度在1500℃～1520℃。使用B焦炭廠家供應的焦炭，鐵水溫度、成分均優(yōu)于A焦炭廠家供應的焦炭，但使用B焦炭廠家供應的焦炭進行沖天爐熔煉鐵水澆注試棒期間，仍出現(xiàn)了試棒強度不合格問題。結論：焦炭不是造成試棒強度不合格的主要因素。

3.3 試驗孕育劑對試棒強度的影響

起初，A車間批量出現(xiàn)試棒強度不合格時，技術人員有兩個觀點，一個觀點是認為與孕育過程有關，此觀點提出的理由是在抗拉強度不合格的試棒金相中均存在一定比例的E型石墨；另一個觀點是認為與孕育劑本身有關，此觀點提出的理由是近兩年孕育劑材料價格在迅漲，而孕育劑生產(chǎn)廠家為了追求利潤，在孕育劑某些關鍵元素上進行控制。為驗證是否與孕育過程有關，A車間開展了高溫出鐵再進行二次倒包工藝。試驗結果表明試棒強度仍不合格。為驗證是否孕育劑本身的問題，A車間隨機取孕育劑樣品送外委托專檢單位進行孕育劑成分檢驗，檢測結果顯示孕育劑各元素成分均符合公司原材料技術標準。

為進一步驗證孕育劑對試棒強度的影響，A車間申購了少量另外一種新的硅鈣鋇孕育劑開展與原用稀土鈣鋇孕育劑的對比試驗。對比試驗前提：同一爐鐵水、孕育量相同、出鐵溫度相同。試驗結果表明使用新采購的硅鈣鋇孕育劑進行孕育處理澆注的試棒強度比使用原稀土鈣鋇孕育劑孕育處理澆注的試棒強度高10～20個強度單位。分析認為新購的硅鈣鋇孕育劑為高硅孕育劑，石墨形核能力強，增加共晶團數(shù)量，強度得以提升。但后續(xù)加工發(fā)現(xiàn)使用硅鈣鋇孕育劑進行孕育處理生產(chǎn)的鑄件滲漏率高，不適用于A車間生產(chǎn)的產(chǎn)品上。結論：孕育劑類型對試棒強度有較大的影響。

3.4 試驗生鐵對試棒強度的影響

生鐵是生產(chǎn)灰鑄鐵件的關鍵原材料之一，眾所周知，生鐵具有遺傳性且對鑄件產(chǎn)品內在質量有間接影響。所以試棒強度出現(xiàn)批量不合格，生鐵被視為影響因素之一不奇怪。為驗證生鐵對試棒強度的影響，在其他各條件不變的前提下，從某一天起，換了B生鐵廠家的生鐵，停用原A生鐵廠家的生鐵，使用B生鐵廠家供應的生鐵連續(xù)生產(chǎn)了兩個月，從未出現(xiàn)試棒強度不合現(xiàn)象。由此確定原廠家生鐵是造成試棒強度批量不合格的主要原因。但究竟是生鐵的哪個方面帶來如此結果。為此，公司鑄造廠技術人員對原A生鐵廠家供應的生鐵及B生鐵廠家供應的生鐵大量取樣解剖進行金相分析，結果發(fā)現(xiàn)A生鐵廠家供應的生鐵金相中存在不少的F型、E型石墨，見圖1，而B生鐵廠家供應的生鐵金相中的石墨形態(tài)為A型石墨及C型塊片狀石墨，見圖2。

資料[2]分析認為生鐵中的E型、F型石墨在沖天爐熔煉條件下，不足以完全消除，遺傳留下來的可能性比較大，最終表現(xiàn)在試棒抗拉強度偏低甚至不符合標準現(xiàn)象。結論：生鐵質量對試棒強度有直接的影響。

3.5 試驗型砂對試棒強度的影響

圖1 A生鐵金相中石墨形態(tài)

圖2 B生鐵金相中石墨形態(tài)

在進行內部分析試棒抗拉強度不合格問題時，有人提出是否與使用筑試棒鑄型的型砂有關系的意見，為驗證這個觀點，A車間使用自己車間的型砂筑試棒鑄型，又分別從B車間、C車間拉型砂來筑試棒鑄型，使用同一包鐵水澆注試棒，試棒同時開箱并同時送檢驗部門，抗拉試樣由同一個人車成，也由同一個人檢測抗拉強度，試驗結果證明使用不同型砂筑試棒鑄型澆注的試棒抗拉強度值相差無幾。結論：型砂對試棒強度影響不大。

3.6 試驗工頻爐熔煉工藝對試棒強度的影響

對工頻爐熔煉工藝，行業(yè)內看法不一，主要是對工頻爐精煉時間的理解不一致。沖天爐鐵水成分往往與最終鑄件產(chǎn)品的成分要求有差別，需要往工頻爐內添加增碳劑、廢鋼、硅鐵、硅錳合金、鉻鐵、硫鐵礦等輔料進行成分調整，以滿足終產(chǎn)品成分要求。這個升溫、成分均勻化的過程即為精煉。對于精煉時間，有兩個觀點，一個觀點認為往工頻爐內添加輔料后通電升溫即開始計算精煉時間。另一個觀點認為往工頻爐內添加輔料后通電升溫到某一溫度值后，在這一溫度值之上鐵水存在的時間方為精煉時間。車間實際生產(chǎn)過程中一直是按照第一個觀點執(zhí)行的。在出現(xiàn)批量試棒抗拉強度不合格期間，車間對第二個觀點進行了試驗驗證。將工頻爐精煉溫度在原來基礎上提升10℃～20℃，保證精煉時間不少于15 min，按此工頻爐熔煉工藝，大批量連續(xù)生產(chǎn)了4 d，但事實證明試棒抗拉強度仍出現(xiàn)不合格，而且在此試驗期間，還發(fā)現(xiàn)在精煉時間、溫度得到充分的保證后，反而出現(xiàn)共晶團等級變大（共晶團數(shù)量減少）、E型石墨比例增加的現(xiàn)象，即往反向發(fā)展了。結論：工頻爐熔煉工藝對試棒強度有影響。

4 結 論

1）生鐵內在質量，特別是其石墨形態(tài)對鐵水質量有著舉足輕重的作用，進而直接影響試棒抗拉強度等機械性能。

2）孕育劑類型不同，對試棒抗拉強度有著直接的影響，稀土鈣鋇孕育劑對防止鑄件滲漏有著非常明顯的優(yōu)勢；而硅鈣鋇孕育劑對提高試棒抗拉強度有些優(yōu)勢，但對鑄件滲漏不利。

3）使用沖天爐進行熔煉鐵水時，所使用的廢鋼質量、焦炭質量對鐵水質量有一定的影響，但通過后續(xù)其他工藝或方法可以彌補其不足，對試棒抗拉強度（鐵水牌號）影響不是很大。

4）工頻爐熔煉工藝對試棒強度有影響，但需要把握一個度，把握不好會適得其反。

5）使用不同型砂筑試棒鑄型澆注試棒對試棒抗拉強度影響不大。

［1］中國家標準化管理委員會.GB/T 9439-2010灰鑄鐵件［S］.北京：中國標準出版社，2010.

［2］孫云山，王巖，劉海坤，等.機車用灰鑄鐵件組織中E型石墨的消除［J］.鑄造設備與工藝，2010（6）：41-42.