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    如何獲得較高低溫沖擊韌性的球墨鑄鐵件呢?


    和常溫球墨鑄鐵相比,耐低溫沖擊球墨鑄鐵的生產還是有一定的難度,應該說有一定的技術含量。對球化 劑、孕育劑、生鐵、廢鋼等原附材料,球鐵成分、過程控制及檢測諸多方面都提出了全新的要求。

    1 生產條件                                                    

         采用0.5T 中頻感應電爐熔煉鐵液,呋喃冷硬樹脂砂造型,主要生產如圖一所示箱體鑄件,牌號要求 為 GJS-350-22-LT,鑄件單重為 117kg。

    2 生產過程 

         主要爐料為低碳、低錳廢鋼和回爐料,采用增碳劑,增硅劑調整鐵液成份,控制原鐵液及鑄件化學成 份到表 1 要求范圍。升溫至 1510℃~1530℃,進行球化和孕育處理 分析與探討


      如何獲得較高低溫沖擊韌性的球墨鑄鐵件呢?

      沖擊韌性反映材料斷裂時吸收的能量,也反映快速形變 條件下,材料抵抗裂紋萌生、發展和斷裂的能力。低溫沖擊韌性是一個材料的韌性指標,也就是說具有較高 低溫沖擊韌性的球墨鑄鐵件在-20℃或-40℃時具有較高沖擊韌性,脆--韌性能轉變溫度較低,能夠較好的克服 冷脆。   因此,如下的一些措施都能有效的提高球墨鑄鐵的低溫沖擊韌性指標  

     4.1 提高球墨鑄鐵材質的鐵素體含量

      研究表明不同溫度下不同基體組織對低溫沖擊韌性有較大的影響,塑性較高的鐵素體球鐵能獲得較高 的沖擊韌性指標  

    nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">4.1.1 化學成份   降低促進或穩定珠光體形成元素如:Mn、V、Zr、Nb、Ti、Cr、Mo、W、Cu、Pb、Sb 等元素,其中 值得一提的兩個元素,一個是錳,它對球墨鑄鐵的沖擊韌性和脆性轉變溫度都有特別不利的影響,每提高 0.1% 的錳含量,球鐵的脆性轉變溫度提高 10℃~12℃,所以,盡量選擇低錳生鐵和廢鋼作為原材料;另一個元素 是 Cu,他雖然是中性元素,提高珠光體含量的作用不明顯,但是,隨著含 Cu 量的增加,球墨鑄鐵的脆性轉 變溫度升高,并且沖擊韌度也下降。   適量提高鐵素體形成元素,如:C、Si、Ca、Ba、Al、Bi 等元素,其中值得一提的是 Si 元素,眾所 周知,Si 是強烈促進石墨化元素,有利于提高鐵素體含量,但 Si 量增加,沖擊韌性明顯下降,Si 含量每提高 01.%脆性轉變溫度就提高 5.5℃~6℃,含 Si 量在 4%左右的球墨鑄鐵,雖具有全部的鐵素體基體,但脆性很 大,就是常溫下也難于在有沖擊載荷的條件下使用,因此,具有低溫沖擊性能要求的球鐵中 Si 含量一般控制 在 1.6~2.0%。  

    nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">4.1.2 降低鑄件隨型冷卻速度

      一定成份的球鐵,改變其共晶階段冷卻速度,可在較大范圍內改變其基體組織,也就是說鑄件隨型冷 卻速度愈慢,其基體組織中鐵素體含量愈高,鑄件越厚,冷卻速度越慢,鐵素體含量越高。但應防止出現晶 粒及石墨球粗大;造型材料不同,導熱能力不同,導致隨型鑄件冷卻速度也不同,應選用干型砂或樹脂砂等 導熱較慢的造型材料,同時應適當放寬鑄型厚度(俗稱加大吃砂量),盡量減少或不用冷鐵,對于薄壁件來 說,適當提高澆鑄溫度的措施來減緩鑄件冷卻速度,盡量延長開箱時間,有條件的可將隨型鑄件集中擺放, 減緩散熱。  

    nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">4.1.3 熱處理   從圖4、圖 5 可看出,通過熱處理工藝后,提高了鐵素體含量,延伸率、沖擊韌性都得到了較大幅度 的提高,通過退火處理部分元素在高溫下能得以擴散,鑄件基體組織的晶格變細、晶粒細化,鐵素體量和性 能得以穩定提高。同時,通過熱處理的方法,可適當放寬對原輔材料中部分元素的苛刻要求。對于達不到要 求的或中小鑄件可通過熱處理的措施來禰補。  

    4.2 細化晶粒、增加共晶團數量                                                    

    隨著材料晶粒尺寸的增大,材料的斷裂應力顯著降低,當晶粒尺寸大于某一臨界尺寸時,既出現脆性 斷裂,細化及減小晶粒尺寸可降低脆性轉變溫度,從而提高球墨鑄鐵低溫沖擊韌性指標。  

    nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">4.2.1 合成鑄鐵熔煉工藝   采用廢鋼和回爐球鐵作為主要原料,采用石墨增 C,硅鐵或碳化硅增 Si 的方式熔煉球鐵鐵液。由于 C、 Si 的熔點比鐵液的溫度高,主要是靠擴散溶解的方式進入鐵液,在鐵液中存在著大量的[C]的微晶,這種微晶 是先共析或共晶石墨很好的外來形核基底,有利于細化晶粒。  

    nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">4.2.2 多次孕育

      孕育的實質是脫氧、脫硫形成外來晶粒,其目的是增加石墨形核能力,細化晶粒,增加石墨球數量, 增加鐵素體含量,經過三次孕育,尤其是澆鑄過程中采用 0.3~1mm 的含 Ba 孕育劑進行瞬時孕育,孕育量雖 少,但孕育效果顯著。  

    4.3 凈化鐵液,減少晶粒內部、晶粒間的夾渣及夾雜物

      材料斷裂往往是穿晶或沿晶斷裂,材料晶粒內部或晶粒間有夾雜或夾雜物,削弱了材料的鍵合力,在 沖擊載荷作用下,經常形成為裂紋源,或裂紋傳播的途徑,降低材料的耐低溫沖擊能力。  

    nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">4.3.1 鐵液預處理  

    nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">4.3.1.1 脫氧、脫硫處理   對于采用沖天爐--電路雙聯熔煉的廠家,可采取搖包方式沖入方式或氣動脫硫方式進行脫硫,使原鐵 液中的硫含量降至 0.02%一下,不過,現在用的脫硫劑大部分為 CaO 或 CaC2 成份,這種脫硫劑脫氧能力較 差,能適當輔助以一些脫氧元素如 Ca、Ba、Al 等元素就更好。對于采用電爐直接熔煉也有必要采取鐵水的 脫氧、脫硫處理。  

    nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">4.3.1.2 鐵液的過熱及靜置

      提高鐵液熔煉溫度,可以使原材料中帶入的夾雜物,以及在熔煉過程中形成的夾渣及夾雜物上浮至鐵 液表面,尤其是對于采用廢鋼增碳工藝更要適當提高熔煉溫度≥1500℃,增加保溫時間,不然,碳不能完全溶 到鐵液中,形成夾渣。對球化后的鐵液進行 1~3min 的靜置,有利于活潑金屬如 Mg、Ba、Al、Fe 的氧化物 及硫化物上浮,從而凈化鐵液。  

    nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">4.3.1.3 多覆蓋 勤扒渣

      多覆蓋有利于熔煉過程,澆鑄過程中減少鐵液和空氣的接觸時間,降低鐵液中的氧含量;勤扒渣,有 利于聚集在熔煉過程或球化過程中形成的殘存氧化物、硫化物,從而使鐵--渣分離,保證進入型腔前的鐵液 得到良好的凈化。  

    nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">4.3.1.4 鐵液過濾

      結合澆鑄系統在型上或型內設置一個帶有過濾器的集渣包,一是阻止固、液態渣的通過;二是有利于 鐵液平穩注入型腔,減少二次氧化渣的形成;三是在集渣包中上浮一些集渣物,盡量減少一次渣進入型腔。  

    4.4 降低晶界偏析元素   Mn、Sb、Sn、As、Ti 等元素為晶界偏析元素,應盡量降低其含量。   4.5 降低氧化物、硫化物形成元素   Ca、Ba、Al、Mg、稀土元素易形成氧化物、硫化物,應盡量降低其含量  

    4.6 專用球化劑、孕育劑   用于生產耐低溫沖擊球鐵的球化劑、孕育劑應注意如下三原則                                                

    一是:高的穩定的球化及孕育效果:這一方面取決于球化劑本身的成分穩定,主要元素如 Mg、Re、 Ca、Ba 等偏差范圍應小于±0.3%;另一方面是鐵水質量的穩定,如出鐵溫度,S、O 含量的穩定;再次就是操 作工藝的穩定,如出鐵速度及除鐵位置的控制,防止出鐵過慢使鐵水直沖球化劑。  

    二是:較強的墨化能力,Mg、Re 是主要的球化元素,同時也是較強的白口形成元素。應以 Mg 為主, 輔以 Re 元素,同時合理搭配 Ca、Ba、Bi 等墨化能力較強的元素。  

    三是:較低的形渣能力,一方面應盡量減少球化劑、孕育劑中的渣含量,如 MgO、稀土的氧化物及 其他的外來渣。同時,球化劑、孕育劑中的 Ca、Ba 含量要適中,因為它們具有較強的形渣能力。  

    5.一對矛盾的化解   球化劑、孕育劑中 Mg、Re、Ca、Ba 等元素的含量及其加入量與球化效果及低溫沖擊性能存在著一 定的矛盾,加入鐵水中的 Mg、Re、Ca、Ba 等元素過量,會造成上述元素的殘留鐵水中的量偏高,其氧化、 硫化渣較高勢必影響沖擊性能。但也不能因噎廢食,上述元素過低也會影響球化效果及基體組織,達不到效 果。應針對不同的鐵水質量,鑄件大小、形狀、壁厚、澆注時間等條件選用恰到好處的專用球化劑、孕育劑 及其配套工藝措施。  

    6.6.結語   總的來說,只要控制好鐵水的冶金質量,控制適量的 C、Si、Mn、Ca、Ba、Re、等元素的含量,盡 量降低其他元素的含量,選用特制球化劑、孕育劑及配套工藝,嚴格工藝過程,完善各項參數的檢測手段。 那么,穩定生產耐低溫沖擊球鐵鑄件并不是一件十分困難的事情。

     


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