薛留虎，田新社，袁東洲，高修啟，王鐵煉

（陽城縣綠色鑄造研發(fā)中心，山西 晉城 048100）

國家發(fā)改委發(fā)布的新版《產業(yè)結構調整指導目錄（2011年本）》自2011年6月1日起執(zhí)行。把直接利用高爐鐵液生產鑄鐵件的短流程熔化工藝與裝備、樹脂砂干法再生回用技術列入鼓勵類項目。近年來，國內采用短流程熔化工藝大部分以生產鑄鐵管、磨球和配重件的普通鑄鐵件為主，生產高檔鑄件的企業(yè)為數不多。高爐+中頻爐雙聯短流程熔煉工藝具有明顯的節(jié)能、經濟和環(huán)保效益，已成為業(yè)界的共識。但與沖天爐、中頻爐和沖天爐+中頻爐雙聯熔煉又有差異，應用在不同的產品生產中又有不同的難點，受一些技術問題的制約，生產中存在的諸多問題又限止短流程熔化工藝的廣泛推廣，我們在結合企業(yè)生產機床鑄件實踐中，針對機床灰鑄鐵件的機械性能技術指標要求，結合當地高爐鐵液資源和高爐+中頻感應電爐雙聯熔煉以及樹脂砂（實型）生產線條件，摸索出了幾點生產機床灰鑄鐵件的關鍵技術。

1 幾種熔化工藝特點

機床鑄件是最能體現灰鑄鐵材料性能的典型產品，也是最能體現鑄造工藝水平的領域。對機床灰鑄件而言，要做出好的產品，鐵液的質量又是決定材料性能的最基礎的環(huán)節(jié)?；诣T鐵基體和石墨形態(tài)決定材料性能等級。石墨越細小，越彌散，共晶團越多，強度越高，彈性模量越高。硬度增加不多，切削性能好。沖天爐、中頻爐、沖天爐+中頻爐雙聯和高爐+中頻爐雙聯短流程所熔鐵液具有各自的優(yōu)缺點。

1.1 沖天爐熔煉生鐵錠

沖天爐熔煉生鐵錠，爐缸高溫區(qū)的溫度大于1700℃，且鐵液以極細的液滴形式流過熾熱的底焦層，鐵液很容易被過熱，在這種條件下，原鐵液里的碳會發(fā)生部分熔解，焦炭中的碳也會向鐵液中滲透，鼓風造碴對鐵液有冶金作用，微量元素通過沖天爐的冶金過程，一般不會再形成不利影響。衡量沖天爐熔煉水平，最關鍵的是爐溫，焦炭質量又是爐溫的基礎。溫度越高，廢鋼加入量越多，滲碳率越高，氧化燒損越少，故沖天爐提高爐溫有利于鐵液質量的提升和減少氧化燒損。

1.2 中頻爐熔煉生鐵錠

中頻爐熔煉生鐵錠，新生鐵所帶入碳不能成為石墨核心參與石墨化，原因在于中頻爐熔煉時溫度太低，時間太短，（1500℃，10min），生鐵錠中石墨未熔解，在凝固過程中被原封不動的保留下來，同時電爐熔煉無冶金反應條件，難以去除生鐵中的微量有害元素。這種生鐵錠的遺傳性，導致冷卻狀態(tài)曲線所反映的過冷度偏大。收縮傾向大，硬度偏高。

1.3 中頻爐熔煉全廢鋼（合成鑄鐵工藝）

全廢鋼（可以使用部分回爐料，新生鐵加入＜10%）配用經過高溫石墨化處理的晶型石墨增碳劑，這種靠增碳劑所增的碳稱之為活性碳，這種高度彌散的碳是鐵液澆注凝固過程中的石墨核心，滲碳率越高，鐵液的形核能力越強，石墨的分布形態(tài)更細小均勻，更彌散且成幾何級數增加。這種高增碳率的鐵液與相同成分的經沖天爐或沖天爐+中頻爐雙聯所熔煉的鐵液對比在相同的澆注參數下鐵液的白口傾向、收縮傾向、截面硬度差、石墨形態(tài)、力學性能要好，比用高純生鐵中頻爐煉出的鐵液也要好。

1.4 沖天爐+中頻爐雙聯熔煉生鐵錠

沖天爐+中頻爐雙聯熔煉生鐵錠，沖天爐成本低，熔化快，出渣方便，冶金反應強烈，但影響因素多，調控反應慢，鐵液質量不易控制，而中頻電爐具有升溫保溫調質的能力。二者優(yōu)勢互補，中頻爐升溫有細化石墨作用，電磁攪拌有去除細小雜質作用。沖天爐+中頻爐雙聯熔煉適合大批量鑄件生產廠采用。

1.5 中頻爐熔煉高爐鐵液

短流程源自煉鋼產業(yè)，指高爐鐵水直接熱裝煉鋼，鋼水連鑄直接熱軋成材。而用在鑄鐵的短流程，是指將高爐鐵水通過保溫鐵水車運輸到中頻感應爐，再調整成分、升溫、精煉、變質等處理后，變成合格的鐵水澆注鑄件。省去了面包生鐵二次重熔的生產成本。雖然說短流程熔化工藝優(yōu)勢明顯，但也帶來了新的問題，高爐鐵液里的碳處于過飽和狀態(tài)，當凝固成生鐵錠時，游離石墨不斷析出形成粗大的石墨塊和多種化合物。當生鐵錠再次熔化時，由于動力學原因，這些粗大的石墨塊和化合物可能以短程和中程有序碳原子、碳化物、夾雜物的形式存在于鐵液中，在凝固過程中起異質核心作用，即生鐵錠的組織遺傳性。而短流程熔煉時盡管高爐鐵液在運輸過程中也有片狀石墨和碳化物析出，但其量遠小于生鐵錠凝固過程中石墨相和碳化物相的析出量，有利于組織遺傳作用的減小使孕育前鐵水有序結構尺寸和數量減少，鐵液的微觀均勻性更好，更趨于平衡狀態(tài)，因此短流程比常規(guī)鐵液表現出更大的過冷度，類似于中頻爐提高過熱溫度和延長保溫時間。同時大量使用高爐鐵液的短流程工藝與沖天爐及中頻電爐合成鑄鐵工藝比增碳率低（熔煉過程中新增的活性碳）。生鐵重熔鐵液含有較多的石墨核心，石墨化能力強，而高爐鐵液，異質石墨核心少，易產生D型石墨。白口和收縮傾向大。這就是制約短流程熔化工藝廣泛推廣的關鍵技術瓶頸。若不采取對應的有效措施，難以生產出高檔鑄件，綜合上述五種熔化工藝均有各自的優(yōu)缺點。實踐證明：中頻爐熔煉全廢鋼（合成鑄鐵工藝）具有提供高質量鐵水的突出優(yōu)點，在廢鋼資源富裕地區(qū)極具推廣價值。但在廢鋼資源少的煉鐵高鐵集中的地區(qū)，不能普遍實施，多數工廠，生鐵仍是主要的爐料，采用高爐+中頻爐雙聯短流程工藝，開發(fā)各種高檔鑄件更具有現實意義。

2 短流程工藝生產機床灰鑄鐵件的幾點關鍵技術

針對高爐鐵液的特性，根據機床灰鑄鐵件標準要求，我們在陽城縣科發(fā)冶鑄有限公司和陽城縣潤強鑄造有限公司進行了生產性試驗研究，兩家公司均采用短流程樹脂砂工藝生產機床大鑄件[1]，參考國際國內同類企業(yè)相關標準，考慮高爐鐵液與常規(guī)鐵液的本質區(qū)別，對所生產的不同牌號機床鑄件的化學成分進行了專門優(yōu)化設計，見表1.

經過長期經驗摸索總結，認為用高爐+中頻爐雙聯短流程工藝生產機床灰鑄鐵件同其他幾種熔化工藝相比應重點掌握以下幾點關鍵技術。

2.1 高爐鐵液及其他爐料材料的選擇

高爐鐵液的間斷性出鐵（一次/1.5 h～2 h）和中頻爐出鐵（1次/1 h～1.2 h）的匹配，鐵水的運輸和等待過程中保溫措施：我們設計了3層結構鐵水保溫包和高爐煤氣烤包專用包蓋，選擇蛭石作為鐵水液面保溫材料。

高爐鐵液的成分宜選擇Z18號以上生鐵，如用低硅煉鋼生鐵（Si＜1.5%）加硅鐵、錳鐵會因低硅麻口、白口生鐵給鑄件帶來白口、縮孔、縮松、裂紋等組織遺傳缺陷。高爐礦石改變時，高爐鐵液中有不同的微量元素，少則9種～10種，多則超過20種?；瘜W成分不能只保證五元素（C、Si、Mn、P、S）在控制范圍，要警惕鐵液中的微量元素，要做光譜全元素分析，微量元素中的Pb、Te、As提高灰鑄鐵的過冷傾向，使組織中出現過冷石墨和異型石墨，降低抗拉強度，增加鑄件縮松和裂紋，降低切削加工性能。Ti主要來源于高爐鐵液，通常對切削加工性能和薄壁件滲漏有影響，一般鐵液中Te、As對高牌號灰鑄鐵不構成威脅，鑄件 ω（Pb）＜0.002%）和 ω（Ti）＜0.04%，據此計算高爐鐵液中Pb、Ti限量。通常要求高爐鐵液 ω（Ti）＜0.08%，高牌號灰鐵的基體為珠光體，對微量的 Cr、V、Sn、Sb、Cu 和 B 等無需防范[2]，但需警惕超標。

表1 不同牌號機床鑄件的化學成分及性能

廢鋼的作用是降C和淡化高爐鐵液不良遺傳影響，最好使用碳素廢鋼，慎用打包料。合金鋼廢鋼必須弄清成分，作為合金利用，可以降低成本。

增碳劑應選用優(yōu)質人造石墨，固定碳：ω（C）99.5%～99.8%，ω（S）＜0.03%（灰鐵可放寬要求），ω（N）＜0.003%，ω（O）＜0.004%，ω（H）＜2×10-4%。吸收率＞90%，用差的天然石墨、煅燒石油焦，吸收率低，電耗高，雜質多，氣體多，石墨化程度低，得不償失。

增硫劑應選用FeS，FeS熔點1193℃，能全部熔于鐵液，非常實用于增硫。密度在4.84g/cm3左右?；诣T鐵合適的含硫量為 0.07%～0.10%，ω（S）過低，孕育效果差，石墨形態(tài)不好，有白口傾向，切削加工性能也不佳。

凈化劑選用要考慮樹脂砂鑄造機床大件可能產生N氣孔問題。應使用固氮劑使熔解N轉化為化合N，從高效、經濟、實用諸方面考慮，用FeTi30（密度7g/cm3，熔點1480℃）作固氮劑最好。

清渣劑選用要考慮融熔溫度與鐵液溫度相適應，一般為1100℃～1300℃，選用時要考核結晶水和膨脹倍數指標。

2.2 短流程熔煉鐵液質量過程控制

2.2.1 鐵液 CE、ω（Si）/ω（C）及五元素控制

具有共晶成分的鐵液，結晶范圍窄，易補縮，工藝性能好。生產中通常將鐵液控制在共晶點附近，短流程熔練也必須遵循這一普遍規(guī)律?；诣T鐵C的質量分數一般在 2.6%～3.5%，低于 2.6%出現晶間石墨，高于3.5%出現粗片狀石墨。普通灰鑄鐵ω（Si）/ω（C）=0.4～0.6，ω（Si）＜2%。高 ω（Si）/ω（C），低應力孕育鑄鐵Si＞2%。選擇CE的原則是：使碳硅成分位于組織圖中的麻口區(qū)內或靠近白口區(qū)邊，孕育處理時只要加少量孕育劑就能進入珠光體區(qū)。許多人喜歡把原鐵液的硅設計的過低，然后用很大的孕育劑量，這樣做不科學，會增大鑄件收縮，加 0.2%～0.4%硅完全可以達到目的，控制孕育硅加入0.3%左右最好。CE高，石墨片變粗，石墨數量變多，強度硬度下降。CE低，石墨細化，石墨數量變少，增加奧氏體枝晶數量，力學性能提高。但鑄造性能惡化，斷面敏感性增大，內應力增加，硬度增加，加工困難。研究機床灰鑄件材料發(fā)現：CE=3.8%時，ω（Si）/ω（C）從 0.5～0.9 變化時，當 ω（Si）/ω（C）=0.7 時，強度達到最大值，硬度呈下降趨勢，不孕育可以得到HT250高強度灰鑄鐵。當 CE＞4.0%時，ω（Si）/ω（C）無論怎樣調整，強度硬度反而下降。結論是高CE鑄鐵不能通過調整 ω（Si）/ω（C）來獲得高強度鑄鐵。過去的觀點認為加Mn提高灰鑄鐵的強度和硬度，但事實上當CE高，S也高時，加Mn后中和S，使S下降，石墨形態(tài)變差，MnS夾雜導致強度反而下降。CE=4.0%～4.1%時，ω（Si）/ω（C）=0.75～0.85 時，Mn 應為0.5%～1.2%，當 Mn＞1.7%時，強度大大下降，Mn 太低也不行，會使鐵液氧化傾向增大，流動性變差收縮傾向增加。灰鐵中S與球鐵不同，不能過低，當ω（S）＜0.05%和＞0.16%.時都會導致石墨惡化，使用任何孕育劑都不行。S 應在 0.08%～0.12%理想范圍，當 ω（S）＜0.05%時一定要增S處理，否則，孕育效果差。為改善材料性能，必須控制好 ω（Mn）/ω（S）比值，在生產中我們模索出了合適的錳硫比。為改善孕育效果和石墨形態(tài)必須增S.適量的P可以改善鑄件的切削性能，增加鐵液的流動性。但P磷過高會降低鑄鐵韌性和強度。有條件地方P以選擇＜0.15%為佳，對高磷生鐵地區(qū)生產低牌號鑄鐵可放寬至0.3%。據此我們設計了短流程熔練生產機床灰鑄鐵化學五元素成分如表1.經反復生產驗證合理。

2.2.2 微量元素控制

在CE、五元素和澆注條件相同的條件下，不同來源的礦石冶煉的高爐鐵液，生產中縮松廢品率波動在1%～30%，經過研究發(fā)現，只把五元素調整在要求范圍，而眾多微量元素無法控制，呈多樣性和多變性。鑄鐵的共晶點不僅與C、Si有關，同時與鑄鐵中的所有元素有關。阻礙石墨化元素（Mn、Cr、V、Mo）使供晶點右移，CE降低。促進石墨化元素（Si、S、P、Al、Sn、Cu、Ni）使供晶點左移，CE 提高。不明微量元素超限使共晶點偏移，將造成鑄件縮孔縮松缺陷。我們生產中注重鐵水凝固曲線的變化，結合光譜全元素分析，解決微量元素對共晶點的影響問題。對來源于廢鋼中的Pb，工藝規(guī)定ω（Pb）＜0.002%，特別是針對樹脂砂機床厚大件鉛的質量分數＞0.002%時可能產生魏氏石墨，使強度硬度嚴重降低，產品報廢。需進行特殊變質挽救處理。鐵液中適量的N，有助于石墨形核，穩(wěn)定珠光體，過量產生氮氣孔和顯微裂紋。N 控制在0.007%～0.012%。Ti來源于生鐵，高爐鐵液ω（Ti）＜0.08%。N與Ti合理匹配：ω（N）：ω（Ti）=1∶3.42，生產中：ω（N）=（0.006-0.01）+ω（Ti）/3.42，即 0.01%Ti可以吸收 0.003%的氮。Ti含量＜0.031%時，鐵液白口傾向較小，對刀具磨損影響不大，灰鑄件要求Ti的質量分數控制在0.03%～0.04%以下為宜。灰鑄鐵件中 ω（Te）＜0.0035%時，對其力學性能影響不大，當 ω（Te）=0.0035%～0.01%時，灰鑄鐵的硬度和白口顯著增加，當ω（Te）＞0.01%時，厚壁鑄件也會出現白口。故灰鑄鐵件中碲ω（Te）＜0.0035%為宜。砷有助于鑄鐵中的過冷石墨產生，當 ω（As）＜0.013%時,鑄鐵中主要以 A 型石墨存在，當 ω（As）＞0.045%時，出現 D、E 型過冷石墨、B型石墨以及放射狀爪型石墨。微量的砷可以促進珠光體形成，當 ω（As）＞0.013%時，鑄鐵由珠光體組成，當 ω（As）＞0.045%時，組織中出現網狀碳化物，當As＜0.045%時，增加含砷量強度提高，當As＞0.045%時，強度降低。綜合分析含砷量控制在0.013%以下為宜?；诣T鐵中銻強穩(wěn)定珠光體元素，是錫的 2 倍，以 ω（Sb）＜0.02%為宜。

為減少有害微量元素影響，生產配料時除控制高爐鐵液外，盡量多用廢鋼，必然會多用增碳劑，這樣必然提高鑄件的機械和鑄造性能。同時多用廢鋼會沖淡有害元素的總量，提高切削性能。

2.2.3 短流程熔煉高爐鐵液工藝控制

高爐鐵液過冷傾向大，共晶石墨形核能力低，凝固組織石墨片數量多且細小，出現過冷石墨幾率增加，生產的鑄件強度和硬度增加且硬度增加幅度大于強度，強度增加是有利的，但硬度增加是不希望的。從熔煉方面采取措施：

提高過熱溫度，國外1550℃以上，國內1500℃～1520℃，高溫有利于石墨析出和細化。但為防止過度燒損切記不要長時間高溫保溫，應盡快出爐。電爐熔煉不同于沖天爐，超過1500℃以上，C的燒損加劇，晶核減少，鐵液的白口和收縮傾向增大，工藝規(guī)定＜10min，＞10min需重新測C，補加能快速熔化的增碳劑，對生產中因設備故障造成的“死鐵水（過熱溫度＞1560℃，保溫2 h以上）”需補加生鐵或增碳劑重新調質處理。以增加石墨晶核數量，減少白口和收縮傾向[4]。

加料順序為：增碳劑—廢鋼—回爐料—高爐鐵液—鐵合金—增碳劑。為減輕氧化傾向必須快速熔煉，由于廢鋼在700℃以上很容易被氧化，而且隨著溫度的提高氧化速度也在加快，所以應盡量縮短這個熔煉期。廢鋼融化進入高碳鐵液后，，由于碳的保護作用，氧化反應基本不在進行。增碳劑在熔化過程中不斷上浮液面，能保護鐵液層不被或少被氧化，因而從減輕氧化的角度加入增碳劑也是有利的。

為減少氧化夾雜物必須凈化爐料，因電爐在熔化時的攪拌作用，被帶入鐵液的渣子不易上浮，為此必須凈化爐料，回爐料表面必須將砂子清理干凈，不然將SiO2夾雜帶入鐵液中，此碴在高溫時流動性比較好，會隨著鐵液流動不易清除。進入電爐的其他爐料嚴禁銹蝕，以防止鐵液中氧化鐵量過高。

2.3 用短流程鐵液生產高牌號灰鑄件必須強化孕育和微合金化

高爐鐵液最主要的缺點是有效晶核少，石墨易聚集，因此凝固組織不均勻，過冷傾向大，對于低牌號鑄件，高爐+中頻爐雙聯短流程對鐵液狀態(tài)和凝固組織影響不大，可直接使用，而對高牌號（HT250以上）鑄件，需采取過熱均勻化、強化孕育和微合金化的工藝措施。我們針對兩個工廠的具體機床類產品，除從原材料、原鐵水方面采取前述二條有效的工藝措施外，重點研究了強化孕育和微合金化鐵水處理技術。

2.3.1 強化孕育[5]

孕育是提高鑄件力學性能和鑄造性能的重要手段，其主要作用為：①控制石墨核心數量、石墨結構和基體，獲得A型石墨和珠光體基體。②控制滲碳體，促進石墨化。防止薄壁過硬或白口。③改善斷面均勻性和壁厚敏感性，提高切削性能。④提高試棒和本體力學性能。孕育劑分石墨化和穩(wěn)定化兩大類。孕育劑粒度根據處理鐵液量而定，通常＜50kg，取 0.2mm～1mm.50kg～100kg，取 2mm～5mm；100kg～1000kg，取 5mm～1mm；1000kg～1500kg，取 10mm-20mm；＞5000kg，取 25mm～30mm；隨流孕育0.2mm～1.0mm。灰鑄鐵件的孕育溫度一般控制在1420℃～1450℃，硅鍶孕育溫度要求高，硅鋇錳孕育溫度要求低。孕育劑使用前經＜450℃以下烘烤。各類孕育劑有不同的作用，見表2.

從兩家工廠的機床鑄件的使用性能要求出發(fā)，分析各種孕育劑的特點，結合生產中不斷實踐探索，選擇適用的孕育劑及孕育量[5]，見表3.

1）對于結構簡單，壁厚均勻，無特殊要求的一般HT200鑄鐵件，用FeSi75（或BaSi）適量孕育處理，就能滿足使用要求。對于薄壁小件，其冷卻速度快，一般選用鋇硅鐵，鍶硅鐵等強石墨化孕育劑，孕育劑量 0.20%～0.35%，孕育溫度1380℃～1450℃。對于有致密性要求的HT250鑄件，采用鍶硅鐵孕育劑無滲漏且σ可達250N/mm2以上。

2）對于一般生產的HT250，CrCu250采用FeSi75孕育（或BaSi）即能滿足工藝要求，孕育劑量0.20%～0.35%，孕育溫度1400℃～1450℃。對于壁厚或壁厚不勻的灰鑄鐵件，需要澆注時間較長或孕育處理后孕育運輸時間較長的則選用鋇硅鐵長效孕育劑。孕育劑量 0.20%～0.35%，孕育溫度 1380℃～1450℃。若澆注時間超過10min，需由大包轉入小包澆注的，宣采用0.1%的細粒狀硅鐵（或硅鋇）孕育劑進行二次孕育。

3）復合孕育劑的孕育效果優(yōu)于單一孕育劑的孕育效果，鑄件的白口化傾向和壁厚敏性更小，抗拉強度高。對于薄壁及形狀復雜、壁厚不均，要求較高CE，使鑄造性能較好，強度和耐磨性好的灰鑄件，一般選用稀土鈣鋇復合孕育劑。對于生產高ω（Si）/ω（C）比灰鑄鐵件，用稀土鈣鋇孕育劑，孕育劑量 0.20%～0.35%，采用爐嘴沖入法處理：CE3.90%～4.10%的CrCu250鑄件可以穩(wěn)定生產σ可達250N/mm2以上優(yōu)質機床鑄件。用稀土鉻錳處理可以保證σ可達300N/mm2以上優(yōu)質機床鑄件[5]。

4）穩(wěn)定化學成份，注重鐵水的冶金質量（O、S、N含量適當，過量將增加孕育劑消耗）。減少非金屬夾雜物，保證鐵水出鐵溫度。只有良好的鐵水條件，孕育效果才能體現出來，見表3.

2.3.2 微合金化

通常碳當量在3.9%以上，雖然說有利于改善鑄件的鑄造性能，但不加入適量的合金，難以穩(wěn)定珠光體且可能出現粗大石墨。常用的合金元素是Cu、Cr、Sn。Cr是最顧忌的白口元素，鉻加入到原鐵液中上限為0.35%，鉻加入包內，白口收縮傾向減半，上限可放寬致0.45%。Cu可以抵消Cr的白口化，以Cu、Cr組合為最佳。通常生產中兼顧經濟和性能加ω（Cu）＜1.0%，含有 Cu:0.4%～0.6%可獲得 97%的珠光體。在灰鑄鐵中加入 Sn：0.05%～0.08%可有效增加珠光體含量，增加強度近一級，是提高硬度最有效辦法，但Sn超過0.12%，有增加脆性的可能。

表2 不同孕育劑化學成分、加入量及作用

表3 不同牌號鑄鐵件孕育劑及用量選擇

2.4 高牌號機床灰鑄件收縮缺陷防止

高強度和收縮是一對矛盾，短流程熔煉工藝更加突出。解決的辦法：

1）高碳當量加合金化是總原則。

2）促進石墨化工藝是最好的選擇，合成鑄鐵收縮傾向小，電爐熔煉加增碳劑是最好的工藝，傳統(tǒng)觀點認為多加廢鋼會增加收縮實際上是一個誤區(qū)，增碳劑必須選高溫石墨化處理過的。好的增碳劑ω（S）≤0.03%是一個重要指標。

3）提高原鐵液含硅量，控制孕育量在0.3%左右。

4）合金化時合金元素不可超出上限。最好用沖入法加 Cu、Cr、Sn.

5）嚴格控制澆注溫度，高溫收縮大，通常若溫度增加20℃～30℃，收縮就會大幅增加，電爐必須有溫度控制功能，不然會使第二包以后鐵水溫度逐漸升高，造成大量收縮廢品。

6）控制鐵液氧化傾向，電爐要快速熔煉，特別要縮短高溫熔化階段的時間。

2.5 提高機床灰鑄件高速切削條件下的切削性能的措施

用加Cu、Sn合金化及強化孕育措施，消除晶間碳化物、磷共晶及其它硬質點，改善的是材料的韌性，而不是斷屑性能，認為硬質點會打刀又是一個誤區(qū)，提高機床灰鑄件高速切削（800m/min）條件下的切削性能應采取以下措施。

1）石墨是灰鑄鐵切削過程中影響裂紋擴展和斷屑的重要因素，改善石墨形態(tài)是提高切削性能的最重要措施。對于電爐熔煉用優(yōu)質增碳劑是促進石墨化的最好工藝。

2）隨流孕育很關鍵，但要適量，不能過量。加入量太大，會增加鐵素體的數量，提高材料韌性，對高速切削斷屑不利。

3）合金化不能以加Cu，要適當增加微小硬質點的數量，分布在晶間的硬質點增加了材料的斷屑性能，適當提高了材料的脆性，而多加銅會增加材料的韌性，并不能改變斷屑性能。

4）原材料嚴格控制有害元素，主要控制生鐵中的V，釩使高速性能嚴重惡化。

5）時效處理可以大幅度提高高速切削的刀具壽命，鑄件在凝固過程中，應力產生在晶界處，造成晶界處晶格變形，產生應力會增加的斷屑難度，增加切削阻力。

3 結 論

1）高爐+中頻爐雙聯短流程熔煉工藝符合國家產業(yè)政策的要求，是一種優(yōu)質、高效、低耗、清潔的熔煉工藝，具有顯著的能源、經濟和環(huán)境效益。適用于附近有高爐且運輸方便的鑄造廠家。

2）對于低牌號（HT200以下）機床類灰鑄鐵件，高爐+中頻爐雙聯短流程熔煉對鐵液狀態(tài)和凝固組織影響不大，少加孕育處理或可直接使用。

3）對于高牌號（HT250以上）機床灰鑄件產品，選擇高碳當量（CE 為:3.70%～4.10%），把 ω（Si）/ω（C）控制在 0.65～0.9，經孕育處理，即可獲得高強度、低應力、抗變形能力強的高性能鑄件，對于有耐磨性能要求的帶導軌機床鑄件，加入Cu、Cr、Sn合金化處理。

4）孕育劑的選擇要根據鑄件的牌號、性能要求、生產工藝選擇不同的孕育劑種類，因鑄件結構、復雜程度、鑄造性能差別較大，生產中一般應選擇3～5種孕育劑，同時兼顧成本和性能兩個方面。復合孕育劑的效果優(yōu)于單一孕育劑，生產中，稀土鈣鋇硅孕育劑適合于CrCu250薄壁高強度機床身灰鑄鐵件，稀土鉻錳硅復合孕育劑更適合要求強度高、硬度偏高、有耐磨性要求，鑄件結構復雜的薄壁高強度灰鑄件（HT300）使用，對于一般要求加工性能和斷面齊一性好的HT250加工中心底座和單件重量小、澆注時間長的鑄件選用硅鋇孕育劑即可。對于動力頭、機床液壓件有致密性要求的HT250鑄件選用硅鍶孕育劑。對于需要大包轉入小包澆注的，用硅鐵（或硅鋇）二次孕育處理。

5）孕育工藝（包括孕育劑粒度、劑量、加入方式、鐵水溫度、成份、純凈度、O、N、S、H 含量及非金屬夾雜物）必須嚴格控制，孕育效果才能充分體現出來。否則會帶來孕育負面鑄造缺陷。

6）高爐+中頻爐雙聯短流程熔煉工藝生產機床類灰鑄鐵件容易產生縮孔縮松類鑄造缺陷，鑄件對高速切削性能有一定影響，需采取對應的工藝措施加以解決。

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