灰鑄鐵球墨鑄鐵及其熔煉

球墨鑄鐵件的綜合性能接近于鋼，具有高強(qiáng)度的塑韌性，由于其優(yōu)異的性能，已成功地用于鑄造一些受力復(fù)雜，強(qiáng)度、韌性、耐磨性要求較高的零件中，球墨鑄鐵發(fā)展僅次于灰鑄鐵，在國內(nèi)外發(fā)展非?？?，產(chǎn)量已經(jīng)超過鑄鋼和可鍛鑄鐵。球墨鑄鐵以其優(yōu)良的性能，有時(shí)在使用中可以代替非常昂貴的鑄鋼和鍛鋼，所以在機(jī)械制造工業(yè)中也得到廣泛應(yīng)用。在一些受力比較復(fù)雜，要求比較高的零件中，也得到了成功的應(yīng)用。在“以鐵代鋼”的概念下，球墨鑄鐵得到了迅速的發(fā)展。由于球墨鑄鐵鑄造技術(shù)生產(chǎn)出的產(chǎn)品具有高強(qiáng)度、高韌性和低價(jià)格等優(yōu)點(diǎn)符合汽車生產(chǎn)的要求，因此，球墨鑄鐵鑄造技術(shù)在汽車生產(chǎn)中也得到了廣泛的應(yīng)用。

球墨鑄鐵件常常會(huì)出現(xiàn)一些氣、夾砂、疏松或是球化不良等缺陷，所以爐前檢驗(yàn)是球墨鑄鐵生產(chǎn)過程中不可缺少的，直接關(guān)系到球墨鑄鐵件的質(zhì)量。只有及時(shí)準(zhǔn)確地去判斷鐵液的球化情況，才能及時(shí)地采取措施控制球墨鑄鐵質(zhì)量，避免因爐前誤判造成的鑄件報(bào)廢，以至于浪費(fèi)工時(shí)。球墨鑄鐵件在生產(chǎn)中各種條件變化很大，所述一般來說很多檢驗(yàn)的方法都具有一定的局限性，所以盡量在爐前直接觀察球化情況可較多地避免許多因素的干擾。

球墨鑄鐵件的檢驗(yàn)包括外觀檢驗(yàn)、磁粉檢驗(yàn)以及超聲波檢驗(yàn)。在外觀檢驗(yàn)中特別要注意表面氣孔與砂眼的區(qū)別。表面氣孔一般來說內(nèi)壁光滑，比較規(guī)則；而表面砂眼則是比較不規(guī)則，內(nèi)部含有比較多的灰塵或者其砂等非金屬家雜物。超聲波探傷可以發(fā)現(xiàn)氣孔、白點(diǎn)等缺陷，還可以發(fā)現(xiàn)夾砂、加渣、裂紋等其他缺陷，是球墨鑄鐵件的最重要的檢測方法之一。

我公司是國有大型企業(yè)，每年生產(chǎn)眾多品種灰鑄鐵件，以往采用沖天爐作為熔煉設(shè)備，生產(chǎn)的灰鑄鐵件質(zhì)量一直非常穩(wěn)定。

為進(jìn)一步落實(shí)國家關(guān)于節(jié)能減排、優(yōu)化環(huán)境的要求，實(shí)現(xiàn)企業(yè)高效益、更好的發(fā)展前景，采用了高效、低電耗的中頻感應(yīng)電爐取代沖天爐作為熔煉設(shè)備生產(chǎn)灰鑄鐵件。

電爐投產(chǎn)后，一段時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)過程中陸續(xù)出現(xiàn)以下幾個(gè)問題:

（1）冶金牽引車蓋板等鑄件出現(xiàn)了裂紋缺陷。

（2）鑄球模具出現(xiàn)白口。

（3）鐵液車后壓蓋白口嚴(yán)重，有的出現(xiàn)縮松缺陷。

鑄件質(zhì)量問題產(chǎn)生后，公司有關(guān)技術(shù)人員分析認(rèn)為，采用電爐冶煉后，所用的熔煉原材料基本沒有變化，并且對(duì)入廠的原材料進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量指標(biāo)都在規(guī)定的范圍內(nèi)。因此，由原材料造成的質(zhì)量問題基本排除。

通過對(duì)產(chǎn)生缺陷的鑄件進(jìn)行金相檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生裂紋缺陷的鑄件均為E型石墨，產(chǎn)生白口缺陷的鑄件石墨形態(tài)以D型為主，化學(xué)成分分析這些灰鑄鐵件鐵液的wS平均在0.028%左右。據(jù)文獻(xiàn)資料指出，鐵液低硫時(shí)共晶團(tuán)數(shù)量少，即成核度很小，隨著含硫量的增加，共晶團(tuán)數(shù)急劇增加，當(dāng)wS達(dá)到0.05%左右時(shí)，共晶團(tuán)數(shù)增加趨向減緩。實(shí)踐證明，當(dāng)感應(yīng)電爐鐵液wS在0.05%以下時(shí)，常規(guī)孕育效果極不明顯，當(dāng)wS≤0.03%時(shí)，鑄件白口傾向增大。主要原因是由于硫及硫化物含量低，晶核數(shù)量減少，形核能力低，白口增大，A型石墨減少，D型、E型石墨增加。由于E型石墨的方向性較強(qiáng)，機(jī)械強(qiáng)度小，沖擊韌度小，鑄件易產(chǎn)生裂紋缺陷。含硫量低的主要原因是鐵液高溫保溫時(shí)間長。在使用沖天爐熔煉過程中，焦炭含硫高，鐵液和焦炭直接接觸，出現(xiàn)鐵液增硫，而電爐熔煉過程中，由于原材料生鐵、廢鋼含硫量低，不存在增硫，反而熔煉過程中與其他元素化合成硫化物形成熔渣上浮于鐵液表面，與渣子一起被扒除，鐵液中的硫含量減少。電爐熔煉鐵液由于本身的熔煉特點(diǎn)，高溫保溫時(shí)間較長，作為形核晶粒，硫的化合物在保溫期間大量熔融，從而導(dǎo)致硫化物晶核減少，石墨成核能力降低，并且隨著鐵液保溫時(shí)間的不斷延長，過冷度繼續(xù)增大，白口深度增加。

為克服因含硫量低，石墨形核能力低的現(xiàn)象，我公司在電爐熔煉時(shí)使用了增硫劑，使鐵液wS由0.028%增加到0.06%～0.08%，形核能力增加，此時(shí)鑄件金相組織中全部為A型石墨或以A型石墨為主。

為避免E型石墨的出現(xiàn)，經(jīng)研究并借鑒文獻(xiàn)資料，引進(jìn)使用了硅鋇長效孕育劑替代傳統(tǒng)孕育劑75SiFe，增加了二氧化硅質(zhì)點(diǎn)，給A型石墨的形成提供了必要的條件，同時(shí)由于硅鐵中鋇的加入，延長了有效孕育時(shí)間，抑制了E型石墨的產(chǎn)生。

對(duì)于白口缺陷嚴(yán)重的鑄件，加大了孕育劑使用量，且出鐵液前，在包內(nèi)加入2%的干凈無銹原生鐵塊，有效增加石墨質(zhì)點(diǎn)，消除了白口缺陷。

另外，在灰鑄鐵件生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)電爐鐵液與沖天爐鐵液在特性上存在著差異，電爐熔煉與沖天爐相比有優(yōu)良特性，如溫度、成分易于控制，鐵液純凈度高；但也有不良特性，如白口傾向大，收縮傾向較大。因此在我公司生產(chǎn)灰鑄鐵件時(shí)，除要求做到爐料要純凈，要清除生鐵、廢鋼表面的鐵銹，還要求碳當(dāng)量略高于沖天爐熔煉的鐵液，且熔煉操作要快熔快出，減少鐵液在爐中的保溫時(shí)間，尤其是高溫保溫時(shí)間外，認(rèn)為鐵液的處理也至關(guān)重要，生產(chǎn)過程中主要做到控制鐵液wS為0.06%～0.08%，如鐵液wS≤0.03%時(shí)，要加增硫劑并使用長效孕育劑，生產(chǎn)薄壁灰鑄鐵件白口傾向很大時(shí)，除加入孕育劑外，再另加2%原生鐵快，以增加石墨質(zhì)點(diǎn)，消除鑄件白口缺陷。在生產(chǎn)過程中實(shí)施上述工藝技術(shù)后，冶金牽引車蓋板等鑄件裂紋缺陷、鑄鐵球模具、鐵液車后壓蓋白口缺陷基本得到消除，金相組織中石墨形態(tài)以A型為主，珠光體含量在90%以上。由于成分的穩(wěn)定和石墨形態(tài)的改善，鑄件縮松傾向也得到改善，力學(xué)性能得到了提高。

來源：《金屬加工（熱加工）》轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處

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按照金屬安排中的石墨狀況，一般把鑄鐵分為灰鑄鐵和球墨鑄鐵，灰鑄鐵安排里的石墨是以片狀存在的，球磨鑄鐵安排里的石墨是以球狀存在的。

錫鑄淺談組織上的差別導(dǎo)致他們的性能也有很大差異：

灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和耐性都低于碳素鑄鋼，特別是塑性、耐性簡直為零，脆性大、消振功能好。首要是用來出產(chǎn)一些強(qiáng)度要求不高、首要承受壓應(yīng)力的各種箱體、底座等。珠光體具有高的輕度、硬度和耐磨性，故珠光體基體灰鑄鐵的輕度、硬度和耐磨性均優(yōu)于鐵素體基體灰鑄鐵，而塑性、耐性相差無幾，所以珠光體基體灰鑄鐵獲得了廣泛的運(yùn)用，在實(shí)踐出產(chǎn)中，獲得百分之百珠光體基體安排的灰鑄鐵是比較困難的，所以一般灰鑄鐵鑄態(tài)的基體安排都是珠光體+鐵素體安排。

球墨鑄鐵：與灰口鑄鐵比較球墨鑄鐵具有較高的康往來不斷哪國度和問去疲勞極限，也具有適當(dāng)杰出的塑性及耐性。球形石墨對(duì)基體的分裂效果降到較低，應(yīng)力會(huì)集效果較小，故其強(qiáng)度很高，可以和中碳鋼相媲美，可以充分發(fā)揮基體的功能，具體?的塑性和杰出的耐性，常用來制造一些強(qiáng)耐性要求高且形狀雜亂的工件。別的，球墨鑄鐵的鋼性也比灰鑄鐵好，但球墨鑄鐵的消振才能比灰鑄鐵低很多。