輕稀土球化劑在厚壁球鐵件上的研究與應(yīng)用

柯志敏，陳鵬輝

（1.廣東中天創(chuàng)展球鐵有限公司，廣東英德 513042；2.廣東省高性能大型鑄件制造及模擬工程技術(shù)研究中心，廣東英德 513042）

0 引言

重稀土球化劑應(yīng)用廣泛，釔具有獨(dú)特的抗球化衰退能力，特別是在大斷面球銑球化處理過程中取得了較好的效果，所以國內(nèi)大多數(shù)意見為在生產(chǎn)厚壁球鐵件時(shí),都應(yīng)采用重稀土鎂合金做球化劑，由于近幾年重稀土球化劑價(jià)格的飛速上漲，導(dǎo)致生產(chǎn)壁厚件球鐵的成本也水漲船高，為了成本控制的需要，急需尋找一種可以替代重稀土球化劑的輕稀土球化劑。清華大學(xué)梁吉等人,曾對釔基重稀土和輕稀土球化劑的抗球化衰退及抗石墨畸變能力進(jìn)行了對比試驗(yàn)，得出結(jié)論：用輕稀土鎂球化劑同樣可以生產(chǎn)出機(jī)械性能良好，金相合格的厚壁球鐵鑄件。為此，我司嘗試用輕稀土球化劑生產(chǎn)厚壁球鐵件的研究和應(yīng)用。

1 試驗(yàn)條件

1.1 設(shè)備條件

采用15t 中頻電爐熔化，優(yōu)質(zhì)廢鋼增碳的工藝，加料順序：加增C 劑→加廢鋼→加增C 劑,增C 劑隨廢鋼分批加入，選擇堤壩式球化包，采用沖入法的球化工藝。

1.2 球化劑選用

采用新型的鈰基輕稀土球化劑A，球化劑的成分如表1 所示。

表1 新型輕稀土球化劑A 的成分表

輕稀土元素起球化作用的溶度范圍較窄，加入量不足則難于球化，加入量過量，則白口傾向嚴(yán)重，并容易出現(xiàn)異形石墨，普通球化劑Mg 含量較高，球化反應(yīng)激烈，導(dǎo)致煙霧增多和鐵水飛濺，不僅惡化車間環(huán)境，而且鐵水浪費(fèi)嚴(yán)重，影響球化效果。該新型球化劑A 鎂含量低，含有一定量的稀土和較高的鈣含量，可使球化作用比較平穩(wěn),鎂吸收率高，受其他反球化元素的影響小，鎂光和煙霧也大量減少，可以大大改善車間環(huán)境和減少鐵水浪費(fèi)。

2 輕稀土球化劑A 在厚壁球鐵件生產(chǎn)中的應(yīng)用實(shí)例

2.1 技術(shù)要求

該注塑機(jī)頭板鑄件重量9t，碼模面壁厚達(dá)280mm；注塑機(jī)二板鑄件重量10t，碼模面壁厚達(dá)250mm。注塑機(jī)頭板、二板鑄件材質(zhì)為QT500-7A，抗拉強(qiáng)度要求大于500MPa，屈服強(qiáng)度大于300MPa,延伸率大于7%，硬度要求：170～200HB；并且該二板鑄件過橋厚80mm；碼模面上銑有深度達(dá)50mm 深的T 型槽，同時(shí)碼模面上還鉆有很多通孔，所有的這些T 型槽和通孔的內(nèi)部，不允許有縮松夾渣等缺陷。頭板鑄件如圖1 所示；二板鑄件如圖2 所示。

圖1 注塑機(jī)頭板鑄件

圖2 注塑機(jī)二板鑄件

2.2 鑄造工藝方面

在注塑機(jī)頭板、二板鑄件碼模面上，放厚度160mm 的大冷鐵，一方面是防止碼模面有縮松，同時(shí)可以加快鐵水凝固，防止石墨球畸變出現(xiàn)灰斑，采用半開放式加過濾器底注式澆注系統(tǒng)，保證澆注平穩(wěn)并防止鐵水中夾雜物進(jìn)入型腔。

2.3 熔煉工藝

根據(jù)該注塑機(jī)頭板、二板鑄件平時(shí)的生產(chǎn)實(shí)際情況，確定最終化學(xué)成分如表2 所示。

表2 主要元素化學(xué)成分 w/%

球化及孕育處理：新型輕稀土球化劑A，依據(jù)我司生產(chǎn)情況以及供應(yīng)商試驗(yàn)數(shù)據(jù)最終確定球化劑A 加入量1.15%；對于厚壁件球鐵孕育效果不只是依靠孕育劑的組成和數(shù)量，而更重要的是在于孕育作用時(shí)間，所以，采用多次孕育+瞬時(shí)孕育的孕育方式是很有效的方法，也更容易得到細(xì)小、圓整度好的石墨球，同時(shí)也達(dá)到延緩孕育衰退的效果，所以，確定如下孕育處理工藝：在包底加入0.4%～0.5%（一次孕育），出水過程加入0.2%～0.3%（二次孕育），在澆注過程中使用漏斗加入粒度為0.2mm～0.7mm 的氧硫孕育劑0.1%～0.15%（三次孕育）。

2.4 試樣制備

澆注后取該注塑機(jī)頭板、二板鑄件的附鑄試塊B 和C，并將B 和C 加工成國標(biāo)要求的試棒尺寸，檢查其力學(xué)性能和金相組織，并對試塊進(jìn)行濕法分析，獲取試塊B、C 的化學(xué)成分。力學(xué)性能采用WA-600KD 型電液式萬能試驗(yàn)機(jī)測試，硬度用TH110 里氏硬度計(jì)測量，金相觀察用XJG-05 大型顯微鏡。

2.5 生產(chǎn)結(jié)果

經(jīng)檢測附鑄試塊B、C 化學(xué)成分如表3 所示，附鑄試塊B、C 力學(xué)性能如表4 所示。

表3 附鑄試塊B、C 主要元素的化學(xué)成分 w/%

表4 附鑄試塊B、C 力學(xué)性能

在附鑄試塊B 和C 加工后的拉伸試棒上各截取?20mm×15mm 試樣進(jìn)行金相檢測，金相組織如圖3、4 所示，具體試樣金相檢測結(jié)果見表5。

圖3 附鑄試塊B 金相組織

表5 附鑄試塊B、C 金相基體組織評價(jià)結(jié)果

通過上述力學(xué)性能和金相組織結(jié)果，證實(shí)注塑機(jī)頭板、二板鑄件各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到客戶的要求。輕稀土球化劑A 中鎂只有5.5%左右，屬于低鎂球化劑，反應(yīng)平穩(wěn)，鐵水沒有飛濺，鎂的吸收率可達(dá)50%～60%，因此輕稀土球化劑A 可以在保證了鐵水球化效果同時(shí)也改善了車間環(huán)境。

3 經(jīng)濟(jì)效益

使用輕稀土球化劑A，由于其本身價(jià)格比重稀土球化劑低，而且加入量也較重稀土要少，可以大大降低生產(chǎn)成本，表6 是使用輕稀土球化劑A與重稀土球化劑的成本比較。由此可知，使用輕稀土球化劑A 后，同比使用重稀土球化劑，每噸鐵液成本降低13 元，所取得的年經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。

表6 輕稀土球化劑A 與重稀土球化劑的成本比較

4 結(jié)論

（1）實(shí)踐證明輕稀土球化劑也是處理厚壁件球鐵的一種良好球化劑，在250mm 左右的壁厚件中，能夠獲得合格的鑄態(tài)機(jī)械性能：抗拉強(qiáng)度大于500MPa,延伸率大于7%。

（2）輕稀土球化劑A 在250mm 左右的壁厚件中能夠獲得合格的金相組織。

（3）輕稀土球化劑A 每噸鐵水所需球化劑的成本比重稀土球化劑要少13 元，在生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益方面更有優(yōu)勢。

圖4 附鑄試塊C 金相組織