厚大斷面球墨鑄鐵件的質(zhì)量影響因素及控制措施

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1、厚大斷面球墨鑄鐵件的質(zhì)量影響因素及控制措施中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心徐明君厚大斷面球墨鑄鐵件一般指壁厚大千100mm的鑄件，其自20世紀(jì)70年代開始出現(xiàn)。隨著球墨鑄鐵生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，厚大斷面球墨鑄鐵件的應(yīng)用也愈加廣泛，包括鐵素體球鐵和珠光體球鐵，涉及到風(fēng)電、核電、造船、冶金、重型機(jī)床等諸多領(lǐng)域。目前，國(guó)內(nèi)外很多生產(chǎn)企業(yè)都在積極研制厚大斷面球墨鑄鐵件，典型產(chǎn)品有風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的輪轂和機(jī)座、大型船舶柴油機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、核乏燃料儲(chǔ)運(yùn)容器、汽輪機(jī)軸承座等。本文將結(jié)合國(guó)內(nèi)外鑄造行業(yè)生產(chǎn)、技術(shù)及科研人員的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及研究成果，就厚大斷面球墨鑄鐵件的質(zhì)量影響因素及控制措施進(jìn)行介紹。1厚大斷面

2、球墨鑄鐵件存在的問題由于厚大斷面球墨鑄鐵件的尺寸大、壁厚，鑄造時(shí)熱容量大，凝固緩慢，極易造成元素偏析、球化衰退與孕育衰退，從而導(dǎo)致鑄件的組織和基體發(fā)生變化，特別是在鑄件的心部更加嚴(yán)重。主要表現(xiàn)為石墨球粗大，石墨球數(shù)量少，石墨漂浮，石墨球產(chǎn)生畸變，形成各種非球狀石墨，如碎塊狀、開花狀和蠕蟲狀等。同時(shí)由于凝固時(shí)溶質(zhì)元素的再分配還會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的元素偏析及晶間化合物、反白口、縮孔、縮松等一系列問題，導(dǎo)致鑄件的力學(xué)性能變差。如圖1~圖4所示。2厚大斷面球墨鑄鐵件的質(zhì)量影響因素通過對(duì)生產(chǎn)及研究情況的分析歸納，表1列出了厚大斷面球墨鑄鐵件常見問題的影響因素。3厚大斷面球墨鑄鐵件生產(chǎn)的控制

3、措施（1）爐料的影響與控制厚大斷面球墨鑄鐵件的生產(chǎn)多采用高純生鐵。生鐵中的微量元素總和低于0.1%，有利于獲得成分合格的鐵液，減少雜質(zhì)元素晶界偏析的程度，削弱干擾元素對(duì)石墨球化的影響。爐料中的廢鋼以優(yōu)質(zhì)碳素鋼為宜，要嚴(yán)格控制P.S及微量元素含量，防止反球化元素及偏析元素過量。表2列舉了一些晶間化合物形成元素的臨界含量。(2)鐵液成分的影響與選擇由于厚大斷面球墨鑄鐵件極易出現(xiàn)石墨漂浮、石墨畸變、球化衰退等缺陷，國(guó)內(nèi)外的大量研究和試驗(yàn)表明，嚴(yán)格控制鐵液的化學(xué)成分能夠有效減少這些缺陷的產(chǎn)生。表3給出了生產(chǎn)厚大斷面球墨鑄鐵件鐵液化學(xué)成分含量的參考值。當(dāng)然，根據(jù)各類產(chǎn)品的不同特性要

4、求，在實(shí)際生產(chǎn)中，一些成分的控制含量可能需要細(xì)微的調(diào)整。微量元素和合金元素對(duì)厚大斷面球墨鑄鐵件質(zhì)量的影響也倍受研究者的關(guān)注。以下介紹了常用微量及合金元素的控制要點(diǎn)。1)Sb。厚大斷面球鐵中加入適量的Sb時(shí)，通過與稀土的作用，可有效地抑制碎塊狀石墨的形成，并能改善斷面中心部位的球化狀況，使得球徑小、球數(shù)多。生產(chǎn)實(shí)踐表明，對(duì)于壁厚200mm的鑄件，加入0.005%的Sb，經(jīng)孕育處理后，可得到十分圓整的石墨球，并且在單位面積上石墨球的數(shù)量與不加Sb相比增加了一倍。Sb能夠促使基體中形成珠光體，適用于厚大斷面珠光體球鐵件的生產(chǎn)。2)Ba。Ba具有強(qiáng)烈的孕育作用，其形核能力強(qiáng)，在鐵

5、液中能大量增加石墨結(jié)晶核心并具有抗衰退性能，但單獨(dú)加Ba的作用是有限的，當(dāng)Ba與Sb復(fù)合加入時(shí)，Ba促使大量石墨形成核心，Sb則吸附在共晶團(tuán)邊界上，從而抑制石墨長(zhǎng)大，可以獲得良好的球化效果。3)Bi。Bi在一定范圍內(nèi)加入到鐵液中，可以和稀土元素作用形成穩(wěn)定的高熔點(diǎn)化合物，有利于球墨的異質(zhì)形核，而且其易在球墨周圍形成包圍層。當(dāng)Bi的加入量為0.005%時(shí)，可有效細(xì)化石墨，增加球墨的數(shù)量和球化率，改善球化級(jí)別，阻止或減少異形石墨的形成。Bi可以提高球墨鑄鐵基體中的鐵素體含量。4)Sn。Sn是消除碎塊狀石墨產(chǎn)生的元素，原因是其可以強(qiáng)化包圍石墨的奧氏體殼，從而防止石墨球發(fā)生畸變。

6、Sn的加入能夠增加基體的珠光體含量。5)Cu。Cu可以細(xì)化石墨和強(qiáng)化珠光體，阻止鐵素體形成，在厚大斷面鑄件中加入Cu，能明顯提高鑄態(tài)機(jī)械性能，并改善厚大斷面組織的均一性。一般加入量為0.5%加8%。6)Mo。Mo是穩(wěn)定碳化物元素，能夠提高厚大斷面球墨鑄鐵的抗蠕變能力，提高球化等級(jí)，加入量一般為02%~04%。通常與Cu聯(lián)合加入，促進(jìn)大斷面鑄件中心部位球化，抑制石墨漂浮，加入量Cu:Mo為2:1。(3)預(yù)處理工藝預(yù)處理工藝，即在球化處理之前，通過加入預(yù)處理劑。將鐵液中的O.S控制在較低和穩(wěn)定的水平，并形成穩(wěn)定的形核質(zhì)點(diǎn)，為球化反應(yīng)提供良好條件。預(yù)處理工藝主要優(yōu)點(diǎn)有，降低球化

7、劑的加入量，提高M(jìn)g的吸收率；增加單位面積石墨球數(shù)，提高球化率；凈化鐵液，去除鐵液中的夾雜物，形成高質(zhì)量的、穩(wěn)定的干渣，易于扒除；降低鐵液縮松傾向；提高抗衰退能力。(4)球化和孕育處理1)球化劑與孕育劑國(guó)外多采用純鎂球化劑或硅鐵鎂球化劑，其對(duì)鐵水純凈度要求較高。根據(jù)我國(guó)的資源特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)多采用稀土鎂球化劑。研究表明，重稀土鎂球化劑脫硫能力強(qiáng)，石墨球圓整，抗衰退能力強(qiáng)，更適合于厚大斷面球鐵件生產(chǎn)。輕稀土球化劑通過復(fù)合添加少量Sb，能夠顯著提高球化等級(jí)與球數(shù)。由于各種球化劑都有其自身的特點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)中，可單獨(dú)使用，也可配合使用。前