鑄態(tài)高鐵素體球墨鑄鐵含硅量的探討

陳世剛

1.問題的提出

鐵素體球墨鑄鐵現(xiàn)在幾乎在所有的鑄鐵廠都有生產(chǎn)，尤其是生產(chǎn)汽車零部件的鑄造生產(chǎn)企業(yè)更是普及。眾所周知，汽車零部件屬安保件，由于伸長(zhǎng)率優(yōu)異的鐵素體球墨鑄鐵其抗沖擊性能一般比珠光體球墨鑄鐵高，所以在硫磷含量合格、球化孕育良好的條件下，一般皆采用降低含錳量、提高含硅量的方法，試圖使基體達(dá)100%鐵素體來解決問題。由于鑄態(tài)獲得鐵素體需充分石墨化，而稀土有反石墨化的作用，因此不少?gòu)S家采用3-7REMg低稀土球化劑的措施。但存在的突出問題是沖擊值不理想，且伸長(zhǎng)率難以穩(wěn)定地滿足QT450-10的要求。其原因被認(rèn)為是含硅量高。通常認(rèn)為終硅量超過3.0%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，由于硅導(dǎo)致脆性反而使韌性降低。

為了進(jìn)一步提高鑄態(tài)韌性，我們對(duì)包括殘余稀土量在內(nèi)的化學(xué)成分、特別對(duì)適宜的含硅量進(jìn)行探討。經(jīng)過半年多的生產(chǎn)實(shí)踐，我公司生產(chǎn)的鑄態(tài)高鐵素體球墨鑄鐵，標(biāo)準(zhǔn)楔形試塊的鑄態(tài)性能已達(dá)到伸長(zhǎng)率17%～21%，沖擊韌度100～165J／cm2的水平。

2.生產(chǎn)過程

（1）生產(chǎn)條件及工藝 熔化設(shè)備為0.5t/h中頻感應(yīng)電爐，采用600kg、30kg澆包。配料比為：本溪Q10、Q12生鐵60%～70%、廢鋼30%～40%。出鐵溫度為1600～1620℃。

球化劑用包頭生產(chǎn)的T-1稀土鎂硅鐵合金，加入量為1.3%～1.6%。孕育劑為75SiFe，加入量為0.8%～1.5%，粒度≤5mm。關(guān)鍵在于爐前處理技術(shù)，只要按爐況正確掌握，反應(yīng)時(shí)不發(fā)生球化劑漂浮，若能做到吸收量高，反應(yīng)完至澆注完的時(shí)間縮短，則對(duì)含硅量的限制可放寬，所得球墨鑄鐵的鑄態(tài)鐵素體含量也較高（≥95%）。球化處理采用包底沖入法，用珍珠巖及重鑄鐵末（厚30mm左右）、硅鐵孕育劑搗實(shí)覆蓋，反應(yīng)后迅速扒渣，將渣扒凈后浮硅處理。

（2）化學(xué)成分的選擇 國(guó)內(nèi)外對(duì)鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵低硫、低磷、低錳的研究已有定論，因此試制方案選擇wMn≤0.3%、wP≤0.07%、wS終≤0.02%。

考慮到石墨球的圓整度及尺寸大小主要與球化孕育效果有關(guān)，只要孕育方法得當(dāng)、孕育充分且無衰退就不必采用提高碳含量的措施來改善的方法了。這樣，低碳將使石墨間距增大，利于韌性的提高。為此，根據(jù)在具體的熔煉和鑄造條件下切實(shí)可行的原則，保證CE=4.6%～4.7%，確定較低的含碳量范圍，選擇wC＝3.1%～3.6%（隨著終硅量增高，含碳量由高限下降到低限附近）。

國(guó)內(nèi)外在稀土和鎂殘留量上選擇的差別很大，且國(guó)內(nèi)普遍采用低稀土殘留量。根據(jù)我廠的經(jīng)驗(yàn)，在前述的生產(chǎn)條件下選擇wRE＝0.04%～0.07%，wMg＝0.025%～0.050%。

鑒于終硅量過低或過高都會(huì)使韌性下降，試制方案選擇了較大的幅度，幅度中值的高低是根據(jù)除硅以外其他元素含量范圍，使其能在鑄態(tài)下獲得95%以上鐵素體且有較好的鑄造性能而定，因而選擇wSi＝2.9%～3.6%。在試制過程中，當(dāng)硅含量增至3.6%時(shí)，已確認(rèn)沖擊韌度降至低限，因此本試驗(yàn)選擇wSi＝2.9%～3.6%，取4個(gè)檔次實(shí)測(cè)的終硅量值分別為2.95%、3.20%、3.50%、3.60%。

（3）試驗(yàn)結(jié)果與分析 試驗(yàn)的全部檢測(cè)（力學(xué)性能、金相組織、化學(xué)成分）由試驗(yàn)室抽樣檢驗(yàn)，結(jié)果見表1。

通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析列出表2的數(shù)據(jù)規(guī)律，沖擊韌度的峰值在wSi=3.13%左右。

結(jié)果表明，在wSi≤3.13%時(shí)增大終硅量能在前述的生產(chǎn)條件下提高沖擊韌度。但當(dāng)終硅量wSi＞3.13%時(shí)，情況相反，特別是wSi高于3.4%時(shí)，增硅將使沖擊韌度下降。當(dāng)wSi＝2.9%～3.4%時(shí)能使鑄態(tài)球墨鑄鐵的沖擊韌度超過130J/cm2，是較適宜的終硅量控制范圍。

試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)誤差較大，反映在不同爐次（或包次）含硅量相同試樣的沖擊韌度的波動(dòng)上，這表明生產(chǎn)條件下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)波動(dòng)大。

3.結(jié)語(yǔ)

表1 試驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果

表2 由含硅量變化造成的沖擊韌度的變化

（1）在本試驗(yàn)和生產(chǎn)條件下，鑄態(tài)高鐵素體球墨鑄鐵較適宜的化學(xué)成分是；wC＝3.10%～3.6%、wSi＝2.9%～3.4%、wMn≤0.3%、wP≤0.07%、wS≤0.02%、wRE＝0.04%～0.07%、wMg＝0.025%～0.050%。其沖擊韌度在130J/cm2以上，伸長(zhǎng)率為17%～21%，抗拉強(qiáng)度為465～545MPa。球化級(jí)別3級(jí)以上，鐵素體含量均≥95%，沒有反白口出現(xiàn)，利于數(shù)控機(jī)床加工，減少刀具磨損。

（2）當(dāng)終硅量wSi在3.13%左右時(shí)，沖擊韌度達(dá)極大值，支架類產(chǎn)品沒有出現(xiàn)拉筋斷裂現(xiàn)象。

（3）需注意的是，在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)，注意補(bǔ)縮，防止縮松缺陷的產(chǎn)生，最好應(yīng)用均衡凝固理論設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)。20140316