王臆皓++王燕

摘 要：球墨鑄鐵主要是以石墨形式呈球狀所析出的鑄鐵，由于球狀石墨可以減小應(yīng)力集中對(duì)基體產(chǎn)生的割裂作用，所以可以將基體強(qiáng)度的利用率提高到70-90%，可見(jiàn)，球墨鑄鐵的力學(xué)性能顯著優(yōu)于其他鑄鐵。但對(duì)球墨鑄鐵性能產(chǎn)生影響的因素也比較多，需要進(jìn)一步優(yōu)化。本文通過(guò)對(duì)合金元素及微量元素對(duì)大型厚壁球墨鑄鐵組織性能的影響進(jìn)行分析，提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施，以期進(jìn)一步提高球墨鑄鐵的質(zhì)量和利用率。

關(guān)鍵詞：大型厚壁球墨鑄鐵；組織性能；優(yōu)化措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.211

0 引言

厚壁鑄鐵由于其冷卻速度較慢，致使其在凝固過(guò)程中所需要的共晶時(shí)間較長(zhǎng)，由此也就導(dǎo)致石墨出現(xiàn)球數(shù)減少、畸變的可能性增加，不利于保證球鐵的鑄造質(zhì)量。對(duì)此，需要根據(jù)球墨鑄鐵的含量對(duì)其組織性能進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)對(duì)球鐵的含量進(jìn)行分析可知，其中的合金元素及微量元素對(duì)于球鐵組織性能的影響最為顯著，因此，本文主要分析這兩類(lèi)元素對(duì)球鐵的組織性能的影響，并據(jù)此提出相應(yīng)的優(yōu)化組織性能的措施。

1 合金元素對(duì)大型厚壁球墨鑄鐵組織性能的影響

在厚壁球墨鑄鐵部件中，合金元素主要包括鎂、硅、錳、硫、磷及稀土元素，其中，鎂是球鐵球化的關(guān)鍵元素，如果鎂量不足，會(huì)導(dǎo)致球化不良，過(guò)高又會(huì)導(dǎo)致球墨畸變，且影響到綜合性能。要想保證厚壁球鐵質(zhì)量，應(yīng)將鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.04-0.06%之間。硅含量過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致石墨異形，影響球鐵的化學(xué)性能，因此，硅含量應(yīng)偏低，控制在2.0-2.2%之間。鑄鐵中含有適量的錳，可以提高珠光體的含量，對(duì)于基體組織起到強(qiáng)化作用，因此錳含量應(yīng)控制在0.8-1.2%之間。硫和磷屬于球鐵中的表面活性物質(zhì)，如果含量增加，會(huì)對(duì)球鐵的鑄造性能及力學(xué)性能產(chǎn)生惡劣影響，因此其含量應(yīng)嚴(yán)格控制在0.03-0.05%之間。稀土元素在球鐵中主要有兩個(gè)作用，一是脫硫去氣，二是與微量元素形成高熔點(diǎn)化合物，以中和微量元素的不利作用。微量元素的含量應(yīng)控制在0.3-0.5%之間。對(duì)于上述微量元素，如果含量控制不好，就會(huì)對(duì)球鐵的性能產(chǎn)生不利影響，因此，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)合金元素在球鐵中含量的控制研究。

2 微量元素對(duì)大型后壁球墨鑄鐵組織性能的影響

厚壁球鐵中包含的微量元素有Sb、Sn、Cu、Ni、Bi等，Sb是一種非常強(qiáng)的珠光體穩(wěn)定元素，合理的含量可以防止出現(xiàn)碎塊狀的石墨，因此，含量應(yīng)控制在0.005-0.007%之間。Sn也是消除碎塊狀石墨的主要元素，含量為0.05%。Cu、Ni屬于反偏析元素，如果在高Ni的球墨鑄鐵中，Ni會(huì)與Mn在共晶晶粒周邊貧化處富集，由此導(dǎo)致球墨鑄鐵的韌性及強(qiáng)度降低。在厚壁球鐵中加入少量的Bi，可以減少和防止異形石墨形成，但對(duì)于此項(xiàng)元素的含量也應(yīng)嚴(yán)格控制，不能過(guò)少，以免起不到防止石墨異形的作用。

3 大型厚壁球墨鑄鐵組織性能優(yōu)化策略

3.1 加強(qiáng)合金元素及微量元素的含量控制

對(duì)于大型厚壁球墨鑄鐵中含有的合金元素及微量元素，其含量都應(yīng)當(dāng)控制在合理的范圍內(nèi)，以將其對(duì)球鐵造成的影響降到最低。如其中對(duì)于Cu含量的分析可知，通過(guò)添加不同含量的Cu，球化率會(huì)發(fā)生較大的變化。隨著球化劑中Ce的含量增加，會(huì)導(dǎo)致石墨顆粒數(shù)增加，而每個(gè)石墨顆粒的面積較小，因此石墨球較為細(xì)小，并且呈現(xiàn)彌散分布狀態(tài)，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)與稀土元素作為石墨中核心的因素有關(guān)。另外，由于Ce是一種反球化的元素，因此，只有將其在球鐵中的含量控制在某一范圍內(nèi)，才能夠保證球鐵質(zhì)量，如果超出這個(gè)范圍，就會(huì)導(dǎo)致石墨球的數(shù)量減少，顆粒變大。Bi在球鐵中的應(yīng)用，可以對(duì)鐵水中硅元素濃度擴(kuò)散產(chǎn)生阻礙作用，使得碳和硅元素的濃度發(fā)生起伏并加強(qiáng)，以形成石墨形核。Bi可以與稀土元素形成化合物，成為石墨異質(zhì)核心。而且此種化合物還能夠一部分的硫化物相溶，從而增加大異質(zhì)核心的尺寸，有效延長(zhǎng)孕育劑的衰退時(shí)間。例如銅含量對(duì)球鐵力學(xué)性能的影響，如表1。

3.2 適當(dāng)增加球鐵中的元素含量

通過(guò)已有的關(guān)于球墨鑄鐵的實(shí)驗(yàn)分析可知，球鐵中所含的各種元素對(duì)于其組織性能都有顯著影響，因此需要把這些元素的含量控制在合理范圍內(nèi)。如果能夠加入某些適當(dāng)?shù)脑?，?duì)球鐵的基體組織進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以改變基體組織中的珠光體及鐵素體含量，從而改善球鐵的低溫性能及韌性，以實(shí)現(xiàn)其綜合力學(xué)性能的最優(yōu)化。此外，還可以通過(guò)改變球鐵中成分的方法強(qiáng)化孕育，以提高石墨形態(tài)，減少變形石墨，這樣可以提高球墨的球化率和石墨球數(shù)，從而減少對(duì)基體組織的割裂作用，提高厚壁球鐵鑄件的力學(xué)性能。

4 結(jié)束語(yǔ)

在大型厚壁球墨鑄鐵工藝中，成分含量對(duì)于球鐵的鑄造質(zhì)量有較大影響，不同含量的元素，會(huì)產(chǎn)生不同的影響，這就要求對(duì)于鑄鐵工藝，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)元素含量控制，實(shí)現(xiàn)組織性能的優(yōu)化，以將石墨質(zhì)量實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化，減少石墨變形的情況，提高利用率。

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