鑄態高強度球墨鑄鐵的生產工藝分析

孟祥鋒

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

【關鍵詞】 高強度球墨鑄鐵 成分 球化 孕育

球墨鑄鐵自1947年問世以來，以其優良的性能，在很多領域可以替代鑄鋼，所以在機械制造行業被廣泛應用。球鐵優良的性能與其石墨形態關系密切，球形的石墨改善其對基體的割裂作用，使其具有高力學性能的同時還具有較好的耐磨性、減震性等優點。

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。球鐵的強度、硬度隨著珠光體含量增加而提高，塑性和韌性則往往會下降。本文通過對石墨形態和基體組織的控制，通過試驗結果分析高強度QT500-7球墨鑄鐵的生產工藝。

一、性能要求

QT500-7球墨鑄鐵的力學性能要求：抗拉強度≥500Mpa，屈服強度≥320Mpa，伸長率≥7%，布氏硬度170-230HB。

二、化學成分的選擇

從性能要求來看，既要保證有較高的抗拉強度，同時還要保持斷后伸長率達到較高的水平，成分的合理選擇是關鍵。我們主要考慮以下幾種元素。

1、碳。碳是促進石墨化元素。碳的含量不但影響石墨的形態、數量，還會影響鐵液的鑄造性能，同時增加碳會增加鐵素體，使強度下降。所以在保證有足夠數量的石墨球的情況下，含碳量不宜過高，可以選擇在3.6%～3.8%之間。

2、硅。硅是促進石墨化和穩定鐵素體元素。增加硅可以增加鐵素體含量，因而降低強度、硬度，同時提高塑性。從QT500-7性能來看，需要保證有足夠的珠光體，同時還有一定量的鐵素體才能滿足要求。故硅的質量分數控制在2.5%～2.6%。

3、錳。錳是穩定和細化珠光體元素。錳對珠光體的促進作用是有限的，加入過多會增加碳化物、白口層，反而使力學性能下降。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。硫和磷會引起脆性增加，過多會顯著影響斷后伸長率。硫、磷含量要控制在0.03%以下。如果硫含量過高可以脫硫處理，磷只能通過原材料的成分控制。

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。同時鎂含量不能過多，過多會影響石墨形態和產生白口，一般會將鎂控制在0.45%～0.55%之間。

6、銅。銅不但對石墨化有利，還會細化穩定珠光體，抑制鐵素體。銅含量增加會提高強度，而不會對伸長率有太多影響。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，同時還要考慮衰退情況，中頻爐熔煉容易球化衰退和產生白口，可以選擇稀土球化劑。硅鋇孕育劑有較強的抗衰退能力，并促進石墨化，增加石墨球數量，抑制滲碳體和磷共晶的生成，同時有脫氧脫氮，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行球化處理。球化劑加入球鐵包堤壩一側，采用鐵液質量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，處理時鐵液分兩次出水，先倒入質量的三分之二，等到球化反應充分后再倒入另外的三分之一，同時沖入鐵液質量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，孕育比例質量分數為0.2%。這樣石墨球個數才會越多，球徑越小、越圓整，分布越均勻，低溫沖擊韌性才會有保障。為防止衰退，從球化起爆開始到澆注的時間應控制在15min之內。

五、試驗結果

采用中頻爐熔煉，澆注Y型單鑄試塊進行力學性能分析，試樣1抗拉強度535Mpa，屈服強度345Mpa，伸長率11-5，硬度184HB；試樣2抗拉強度505Mpa，屈服強度325Mpa，伸長率13.5，硬度171HB；試樣3抗拉強度560Mpa，屈服強度350Mpa，伸長率11，硬度189HB。從實驗結果來看三個試樣均達到標準性能要求。

六、結語

（1）球鐵生產要嚴格控制化學成分，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）嚴格控制球化和孕育處理過程，保證石墨形態。（3）按工藝要求控制生產過程，試樣性能完全符合QT500-7的性能要求即合格。