鎢作為懸浮劑在鎢鑄鐵生產中的應用

徐小光

摘 要：將工業鎢用作懸浮劑，開展鎢鑄鐵懸浮鑄造實驗。目的是為探討懸浮鑄造對鎢鑄鐵帶來的影響，具體涉及以下方面，分別為：致密度、顯微組織、機械性能。據調查顯示，和常規鑄造相比較而言，鎢鑄鐵經懸浮鑄造以后，其顯微組織更細化，就連產生縮孔缺陷的現象也很大改善，而且還可以在一定程度上提高鎢鑄鐵的密度、硬度以及耐磨性。此外，還可以延長鎢鑄鐵的使用壽命，具備較強的經濟效益。

關鍵詞：鎢鑄鐵；懸浮鑄造；探討；分析；經濟效益

中圖分類號：TF593 文獻標志碼：A

通常情況下，都會用砂型、金屬型對鎢鑄鐵進行鑄造。然而，上述方法在鑄造過程中容易受到其他因素的影響，出現許多不必要的問題。比如，在凝固過程中，大部分鑄件都會出現的問題。其中，鎢鑄鐵之所以被破壞，就是因為出現縮孔。所以，必須選用適宜的鑄造工藝，方便及時消除縮孔，這對于提高鎢鑄鐵的抗破壞性能來說，具有非常重要的現實意義。據調查顯示，運用離心鑄造生產的低合金白口鑄鐵件，不僅可以在一定程度上提高鑄件的密實度、硬度，而且，還能消除鑄件的縮孔。只不過，離心鑄造工藝只適宜生產圓筒形鑄件或是球形鑄件。當然，也可以選用壓力鑄造法來提高鑄件的內部質量。但由于投資成本高、消耗大，所以，其應用范圍也受到了影響。針對上述現象，就應選取一種合理、有效的鑄造方法，除了提高鎢鑄鐵件的質量以外，還必須節約成本。

1 懸浮鑄造工藝的表現形式

早在20世紀60～70年代，懸浮鑄造就已經被研發出來。該種方法是指鑄件在澆注時，可以隨著金屬流，適當加入一定量的固態金屬粉末，只要金屬粉末的成分和金屬液相似，就可以起到冷卻的作用。換句話說，就是將金屬液的熱量吸收，改變鑄件的凝固方式，以此達到細化晶粒、消除縮孔的目的，這樣一來，就可以提高結晶取向的隨意性。可若是固態金屬粉末和金屬液的化學成分不一樣，就相當于變質劑。當前階段，懸浮鑄造工藝已被廣泛應用于多個行業。據調查顯示，如果將鐵錳作為懸浮劑，就應澆注4m3，和高錳鋼鋼水澆筑方法相比較而言，后者的耐磨性得到顯著提高。此外，應用85%的純鐵粉與15%的錳鐵粉進行懸浮鑄造，不僅可以細化晶粒，更能減少二次枝晶臂之間的距離，不斷提高鑄件的斷裂韌性。據相關文獻報道，懸浮鑄造不光能讓合金體的收縮值下降38.5%，同時還能簡化鑄造工藝的設計，從而進一步提高金屬的有效利用率。

最近幾年來，隨著科學技術的快速發展，人們也開始對懸浮鑄造工藝引起重視。相關文獻報道，懸浮鑄造可以讓鑄鐵件的石墨化退火周期減少一半以上；此外，低鉻白口鑄鐵經鐵合金粉末懸浮處理以后，可以提高鑄鐵件的抗磨性。這表明，懸浮鑄造方法不僅可以在一定程度上提高鑄件的質量，而且還能提高其性能。

2 實驗方法

2.1 懸浮劑的構成

一般來說，懸浮劑主要是由工業純鐵粉與鎢鐵粉組合而成。只不過純鐵粉的含量為90%，鎢鐵粉的含量僅為10%。其中，純鐵粉與純鎢粉的化學成分有以下幾種，比如：硅、磷、硫、鐵、錳。鐵粉粒度為36～80目。緊接著，將鐵粉在200℃的溫度下烘干，適當加入懸浮劑。

2.2 鎢鑄鐵懸浮鑄造工藝

鎢鑄鐵的化學成份控制范圍：C為2.7%～3.1%，Si≤1.0%，Mn為0.6%～0.8%，P<0.05%，S<0.04%，W為2.0%～2.5%。應用中頻感應電爐對鎢鑄鐵進行熔煉，鐵水出爐溫度大約為1550℃～1585℃。鐵水澆注到潮模砂鑄型中，如此一來，就可以直接生產耐火制品模具。具體工藝如圖1所示。

圖（1）中，1代表澆口杯；2代表引導澆道；3代表懸浮杯；4代表懸浮劑漏斗；5代表直澆道；6代表型腔；7代表胄口；8代表砂型。此時，可以從模具本體選取樣本進行測試。當然，在模具加工之前，還應進行軟化退火處理，或者是在電阻爐內進行硬化熱處理。

2.3 性能測試

通常情況下，開展沖擊韌性實驗，都是在擺錘式沖擊實驗機上。沖擊荷載為146N，跨距30mm，測試樣品的尺寸為10mm×10mm×50mm。實驗結果為試樣的平均值。其次，還應在沖擊試塊上，使用線切割機切割出15mm×10mm×7mm的試片；然后使用洛硬度計測定出硬度，計算其平均值。

如果開展磨損實驗，就應在ML10型兩體靜載銷盤磨損實驗機上開展。一般來說，磨損過程大多是在載荷的作用下，此時，試樣相當于砂紙，等走完螺旋線軌跡以后，就可以完成圓盤運動。實驗荷載為2.5kg與3.0kg。當然，在開展實驗之前，還應檢查實驗數據是否出現差錯。通常情況，數據的標準誤差不允許超過2.5%。

3 實驗結果分析

3.1 懸浮鑄造對顯微組織以及宏觀組織的影響

相比一般鑄造與懸浮鑄造的晶粒組織來說，結晶粒度更為精細，且鑄件表面不存在柱狀晶區。當進行常規鑄造時，金屬液的過熱度與結晶潛熱都有可能會通過鑄型傳遞出。所以說，結晶會從型壁位置開始，在此期間，晶體會在金屬液的內部長出，如同一個柱狀晶，且中心位置會因溫度而發生變化。只不過，冷卻過程比較長，再加上鑄件的斷面晶粒組織比較粗大。當然，在懸浮鑄造過程中，懸浮劑會吸收金屬液的熱量，增加結晶核心，最重要的是還可以縮短冷卻時間，細化晶粒組織，消除柱狀晶區。這樣一來，鑄件的斷面都為等軸晶組織。也就是說，懸浮鑄造不光可以細化鎢鑄鐵的宏觀組織與微觀組織，而且還能縮小二次枝晶之間的距離。

3.2 懸浮鑄造對致密度的影響

和一般鑄造相比較來說，懸浮鑄造不僅可以提高鎢鑄鐵的密度，同時還能減少縮孔。當鎢鑄鐵采用常規鑄造法進行生產時，由于凝固溫度的范圍比較寬，以至于鑄件出現多種問題，比如，縮孔、疏松等，甚至還會降低鑄件的致密度。針對上述現象，就應盡快提高鎢鑄鐵鑄件的致密度。尤其是懸浮鑄造時，由于懸浮劑的影響，金屬液結晶形核，縮短了二次枝晶臂之間的距離，甚至還減少了補縮阻力以及縮孔，進而在一定程度上提高了鑄件的致密度。

3.3 懸浮鑄造對機械性能的影響

懸浮鑄造對鎢鑄鐵機械性能的影響分析，和一般鑄造相比較來說，雖然會提高硬度與沖擊韌性，但卻不能提高鑄件的硬度。相反，懸浮鑄造不光可以提高鎢鑄鐵的致密度，而且還能提高其硬度。

結論

（1）應用懸浮鑄造方法生產鎢鑄鐵鑄件，除了可以細化組織以外，還能彌補縮孔、疏松等缺陷，提高機械的性能。（2）運用懸浮鑄造方法生產耐火制品模具，可以有效延長鑄件的使用壽命。（3）懸浮鑄造屬于一項投資少、收效快的新型工藝，應當引起廣泛關注。

參考文獻

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