铸态QT60010球铁的试制

铸态QT600－10球铁的试制
李蒙
（焦作大学机电工程学院，河南焦作 454003）
摘要：本文叙述了铸态QT600－10球墨铸铁的生产过程。

分析了化学成分、脱硫处理、球化及孕育处理等主要工艺因素对铸件生产的影响。

关键词：铸态球墨铸铁；双联熔炼；化学成分；盖包法处理
Production of As-cast QT600－10Ductile Iron
LI Meng
(College of Mechanical and Electronical Engnireeing , Jiaozuo University，Jiaozuo 454003,China)
Abstract：The paper has mainly reviewed the production process of as-cast high toughness ductile iron, analysing the effects of chemical composition, desulphurization process, nodulizing process and the craft of inoculation on the production of as-cast high toughness ductile iron...
Key words：as-cast ductile iron；pair smelting；chemical component；tundish-cover nodulizing process
采用铸态工艺生产球墨铸铁可以降低生产成本，简化生产工艺和缩短生产周期，是目前正在推广的一种工艺。

随着工业的迅速发展，对球铁力学性能和生产稳定性的要求越来越高。

目前，各个国家等效采用国际标准ISO1083－87（球墨铸铁分级），某些产品（如国外某公司汽车配件）对材质的性能要求超过了此标准。

为此，我们与协作厂合作，稳定地生产出铸态QT600-10球墨铸铁，其性能指标为：抗拉强度不低于600MPa、伸长率不低于10%。

1 试验内容
1.1 化学成分的选择
碳：碳可以促进镁的吸收，改善球化，提高石墨球的圆整度，提高铁液的流动性，减少铸件的缩松缺陷，能够促进石墨化，减小白口倾向。

但是，过高的碳又容易产生石墨飘浮，使铸件综合性能降低。

硅：硅能明显促进石墨化，减小白口倾向，增加铁素体，改善球铁塑性，可以固溶强化铁素体，使屈服点和硬度提高。

但是，硅显著增加球铁韧-脆转变温度；并且当硅增加到一定含量以后，球铁的脆性随其含量的增加而明显增加(如图1所示)[1]。

对于铸态QT600-10球铁，由于是铁素体和珠光体混合基体，Si量要取正常控制范围（2.7%～2.9%）的上线，从而既能获得一定量的铁素体，又能利用Si对铁素体的固溶强化作用，获得珠光体和固溶强化后的铁素体。

图1 硅量对常温下铁素体球铁机械性能的影响[1]
Fig.1 influence of content of Si on mechanical property of Ferrite ductile iron
锰：锰是稳定珠光体元素，可以提高强度和硬度，降低塑性和韧性。

但锰易产生偏析，锰量过多，易在共晶团边界形成碳化物，降低铸件的力学性能，对厚大铸件更为严重。

硫：硫与镁、稀土亲和力很强，消耗铁液中的球化元素，形成MgS、RES渣，降低球化率。

硫越高，消耗球化剂越多，因此铁液含硫量高是造成球化元素残留量少而导致球化不良的主要原因。

另外，含硫量高还容易产生夹渣、皮下气孔等缺陷，所以在球铁的生产中含硫量多少对稳定生产、提高质量极为关键，应该严格控制。

磷：磷在球铁中溶解度很低，当磷超过某一含量时，易偏析于共晶团边界形成磷共晶，降低铸件的塑性、韧性和强度，并且使铸件产生冷裂。

镁和稀土：铁液中有一定的镁和稀土元素的残留量才能保证石墨成球。

在稀土镁球铁中，镁起主要球化作用，稀土起辅助球化作用，并起到净化铁液、抗球化干扰元素的作用。

将它们控制在如下范围：Mg残：0.035％～0.055％，RE残：0.02％～0.04％。

根据化学元素对球铁机械性能以及铸造性能的影响[2]，经过多次工艺试验和生产实践表明，铸件的化学成分控制如下，如表1和表2所示的化学成分。

表1 原铁液化学成分实测数值(光谱成分)/w B%
Tab.1 Composition of original liquid iron/w B%
炉
百分含量/%
次 C Si Mn P S Mg Ce
1 3.7869 1.6477 0.07560 0.03448 0.0283
2 0.00026 0.00009
2 3.5541 1.6438 0.07560 0.03582 0.02479 0.00026 0.00000
3 3.7871 1.6471 0.07560 0.03448 0.02842 0.00016 0.00007
4 3.7632 1.8984 0.13683 0.04590 0.02682 0.00030 0.00401
5 3.7682 1.8974 0.13682 0.04590 0.02812 0.00020 0.00301
表2 球化处理后铁液化学成分实测数值(光谱成分)
Tab.2 Composition of Spheroidizing after treatment iquid iron/w B% 炉
百分含量/%
次 C Si Mn P S Mg Ce
1 3.519
2 2.8981 0.08385 0.04006 0.00969 0.04538 0.01222
2 3.5031 2.7912 0.07560 0.03802 0.00814 0.04596 0.01072
3 3.5803 2.8850 0.07560 0.04073 0.00980 0.04150 0.01119
4 3.5667 2.5596 0.10951 0.04859 0.00951 0.04669 0.01495
5 3.5773 2.7292 0.11862 0.05092 0.01110 0.04339 0.01727
1.2 铁液的熔炼
铁液采用冲天炉与电炉双联的熔炼工艺，并进行两次脱硫。

当冲天炉铁液冲入铁液包时，采用1.0％脱硫剂（其化学成分及粒度如表3所示）进行一次脱硫，在感应电炉炉内用0.5％脱硫剂进行二次脱硫。

铁液出炉温度变化范围小，为1450～1470℃，含硫量低，化学成分变化小。

表3 脱硫剂化学成分及粒度
Tab.3 Composition and granularity of desulfurizer
化学成分/w B%粒度/㎜CaO CaC2CaF2
＜2 40～6025～30 5～15
1.3 炉前处理
1.3.1 球化剂的选用
球化剂质量和铁液有关。

铁液温度不同选用含镁量不同的球化剂；原铁液中含硫量不同，选用含稀土量不同的球化剂[3]。

采用冲天炉与电炉双联熔炼，铁液含硫量较低，选用低稀土的FeSiMg8RE3球化剂，其化学成分如表4所示。

表4 球化剂的化学成分/w B%
Tab.4 Composition of nodulizer /w B%
Mg RE Ca MgO Si Fe
7.5～8.5 2.5～3.5 ≤2.5 ＜1.0 40～45 余量
球化剂质量不仅与化学成分有关，而且与粒度也有一定的关系[2]。

试验中，采用0.5吨球化处理包，球化剂的粒度为5～20mm，粒度超标的球化剂应小于5％。

1.3.2 球化处理
采用盖包法进行球化处理，该工艺可以减少球化处理过程的烟尘，提高镁的吸收率（吸收率稳定在60～65%），降低球化剂的加入量[4]。

球化剂的加入量主要与铁液含硫量及铁液温度有关。

所用球化剂牌号不变时，球化剂加入量随铁液含硫量的增加而增加。

使用盖包法球化处理工艺，采用合理的球化处理温度（1450～1500℃），减少了球化处理过程镁的氧化烧损，因此采用一次出铁进行球化处理，球化剂的加入量为1.1%～1.2%。

1.3.3 孕育处理
为提高铸件中珠光体的含量，孕育时加入一定量的锰是必要的。

为防止过量的锰在铸件中产生偏析，加入微量的Sb（最佳量0.2%）来提高珠光体比例，能有效降低锰铁的加入量，同时可以细化石墨，改善石墨形态。

微量Ba〔最佳量0.15%〕能提高球化率，增加石墨球数，减小白口倾向，提高铸件的伸长率。

试验采用多元微量复合孕育处理：一次孕育使用粒度为3～15 mm的FeSi75孕育剂，加入量为1.1％；二次孕育（倒包孕育）使用粒度为0.5～3.0mm的复合孕育剂（见表5）。

含锑孕育剂的加入量为0.15%~0.25%，钡孕育剂的加入量为0.1%~0.2%，有时为了调整铁液中的含锰量，根据原铁液成分适当加入一些锰铁。

球化包内铁液分包浇注时，将后期孕育剂加入70㎏抬包进行后期孕育。

表5 二次孕育时孕育剂加入量/w B%
Tab.5 Percent of inoculator in second inoculation /w B%
含Sb孕育剂含Ba孕育剂锰铁其余
0.15～0.250.10～0.20 适量硅铁
注：锰铁加入量由原铁液含锰量确定，使处理后铁液含锰量达到0.2%～0.5%。

1.4 试验方法
Y型试块形状如图2所示,浇注时间为每包浇注的中后期，湿型铸造。

按规定，拉力试棒在Y型试块中的选取位置如图2所示，加工尺寸如图3所示。

使用WA-300型电液式万能拉力试验机对加工后的试棒进行拉伸试验，测得抗拉强度σb及延伸率δ，数据从试验机上直接读出。

图2 Y型试块尺寸图3 抗拉试样尺寸
Fig.2 Dimensions 0f Y spcimension Fig.3 Dimensions 0f tensile spcimension
2 结果
按照以上工艺生产的铸件达到了预期效果。

其典型金相照片如图4所示。

球化级别2－3级；石墨球大小为6级以上(见表6)，其抗拉强度不低于600MPa，伸长率不低于10% (见表7)。

表6 试样金相组织
Tab.6 Sample microstructure
编号球化（级）石墨大小100×铁素体/% 珠光体/% 渗碳体/% 1-1 3 6 55 45 0
1-2 3 6 50 50 0
2-1 2-3 6 55 45 0
2-2 3 6 55 45 0
3-1 3 7 55 45 0
3-2 3 6 45 55 0
4-1 3 6 55 45 0
4-2 2-3 7 55 45 0
5-1 3 6 55 45 0
5-2 2-3 7 55 45 0
表7 力学性能
Tab.7 Mechanical properties of Y shape test stick
试样
抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 伸长率/% 硬度(HB) 标号
1 602.3 425.8 12.1 223
2 649.9 / 10.7 230
3 611.3 426.6 11.6 226
4 666.1 / 10.1 236
5 658.0 / 10.4 233
图4 s b 602.3MPa d 12.1% 100×
Fig.4 s b 602.3MPa d 12.1% 100×
3 结束语
(1) 采用双联熔炼工艺并进行两次脱硫处理，获得高温、低氧化、低硫的优质原铁液。

(2) 使用盖包冲入法进行球化处理，选用低稀土球化剂，控制合理的球化处理温度，可以有效提高镁的吸收率。

(3) 运用炉前大剂量孕育和转包孕育相结合的复合孕育工艺，可以提高球铁的综合性能。

参考文献:
[1] 郭振廷.铸态球墨铸铁的生产.1999
[2] 陆文化、李隆盛、黄良余主编.铸造合金及其熔炼.机械工业出版社，2004.1：52～54.
[3] 郭振廷.球墨铸铁生产中球化剂的选用[J].铸造,1995, (3):37～38
[4] 王成铎,孙雅心,李蒙等.常用的球化处理方法[J].现代铸铁,2004,24(3):64。