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1、什么是低溫高韌性球墨鑄鐵？生產工藝又是怎么樣的？球墨鑄鐵作為重要的金屬結構材料已廣泛應用于許多領域。在某些工況條件下使用的一些零部件，客觀上要求球墨鑄鐵在一定的強度下具有較高的沖擊韌度，尤其是較高的低溫沖擊韌度，以滿足使用要求。低溫高韌性球墨鑄鐵是風力發(fā)電設備的主要構件材料，包括裝置葉片的輪轂、齒輪箱、機械臺架和底座構件。據(jù)資料介紹1-2MW的機組需15噸球鐵件，4.5MW風力發(fā)電機組約需35—50噸球鐵件，2005-2008年全世界約增加40，000MW，每年需鑄件20萬噸。其材質在歐洲牌號是EN-GJS—400—18U—LT，需有良好的抗
2、拉強度、伸長率和剛度，而且還要求在-20℃沖擊韌度平均為10J/cm2。隨著國際貿易增長和國內多種應用領域對低溫高韌性球墨鑄鐵需求的擴大，對低溫高韌性球墨鑄鐵的需求日益增長。盡管國內一些研究工作者對高韌性球鐵QT400-18進行了一些研究[3-6]，但這與低溫高韌性球鐵是不同的，即使獲得100%的鐵素體基體，室溫下具有很好的韌性，但低溫性能往往不能滿足要求。國外生產低溫高韌性球墨鑄鐵通常使用高純生鐵材料，在國內由于高純原材料的限制以及企業(yè)生產工藝水平的原因，生產過程中有一些工作需要注意并強化，主要體現(xiàn)在對成分控制、鐵液的冶金質量、球化及孕育工
3、藝、熱處理工藝、組織控制等方面。本文基于國內材料特點，通過有效地控制化學成分；并且進行合理的球化處理和孕育處理；根據(jù)鑄態(tài)組織特點進行退火處理，生產出QT400-18L的低溫高韌性球墨鑄鐵，并取得了令人滿意的效果。2試驗過程2.1試驗條件使用的原材料有生鐵、回爐鐵、廢鋼、鐵合金等。使用中頻感應電爐熔煉鐵水；選用低稀土球化劑FeSiMg8RE3球化劑，采用沖入法進行球化處理；孕育劑為75Si-Fe合金，二次孕育；根據(jù)鑄態(tài)組織特點進行退火；用德國產的QSN750光譜儀分析其化學成分；用萬能試驗機測定抗拉強度；在安徽省鋼鐵材料質量監(jiān)督檢驗二站進行了低
4、溫沖擊韌性的測定；利用配有數(shù)碼相機的4XB-TV金相顯微鏡金相了組織的觀察和金相照片的拍攝。2.2化學成分的確定碳：碳高容易產生石墨漂浮、碎塊狀石墨等鑄造缺陷，碳低易出現(xiàn)自由滲碳體且容易產生縮孔、縮松等鑄造缺陷，w(C)應控制在3.3～3.8％；硅：硅能減少結晶過冷和白口的傾向，還能細化石墨，提高石墨球的圓整度，但硅高易形成異形石墨，提高低溫脆性，終w(Si)控制在2.0～2.3％；錳：錳提高強度、硬度，降低塑性、韌性。錳顯著提高脆性轉變溫度，且易形成組織偏析，促進碳化物的形成，所以w(Mn)控制在0.3％以下；磷：磷在球墨鑄鐵中有嚴重的偏析
5、傾向，易在晶界處形成磷共晶，嚴重降低低溫韌性，提高低溫脆性，同時，磷還增大球墨鑄鐵的縮松傾向，因此w(P)控制在0.04％以下；硫：不僅會與球化元素反應，消耗球化劑，造成球化不穩(wěn)定，而且使夾雜物數(shù)量增多，導致鑄造缺陷，所有含硫量越低越好，w(S)控制在0.03％以下。鎂和稀土：鐵液中有一定的鎂和稀土元素的殘留量才能保證石墨成球。但球鐵中球化元素含量過高，石墨球并不圓整，還會使球鐵白口傾向大，皮下氣孔增多，產生夾渣等缺陷。因此，在保證球化的前提下，應該盡量降低Mg殘、RE殘含量，并且使其在小的范圍內波動。將它們控制在如下范圍：Mg殘：0.025
6、～0.030％,RE殘：0.02～0.04％。根據(jù)化學元素對球鐵力學性能以及鑄造性能的影響，化學成分控制如表1所示。表1低溫高韌性球鐵化學成分范圍（wt％）CSiMnPSMg殘RE殘3.5～3.82.0～2.3<0.3<0.04<0.030.025～0.0300.02～0.042.3熱處理工藝針對國內原材料的特點，要獲得低溫高韌性的鐵素體球墨鑄鐵，有必要對鑄件進行退火，去除鑄態(tài)組織中的自由滲碳體。采用高溫石墨化退火熱處理，具體采用的熱處理工藝根據(jù)鑄態(tài)組織的特點，鑄件加熱到900～950℃、保溫2～5h；在共析轉變溫區(qū)緩慢冷卻；，鑄件隨爐冷至6
7、00℃后出爐空冷，以免產生緩冷脆性。3試驗結果與分析為了生產出合格的產品，先后進行了多次試驗。試驗研究過程對鑄件的化學成分、機械性能、金相組織進行了檢測和分析。結果分述如下：3.1試驗結果化學成分研制過程中分別采用了3種生鐵（普通的球鐵生鐵、本溪生鐵和低錳生鐵）。試驗結果表明：原材料對最終的性能有十分重要的影響，盡管制備的多組試樣的成分都處于表1所列的范圍，試樣的性能有很大的差別，試驗也嘗試加入少量的鎳，但對性能影響不大。力學性能研究中測定了每次試驗所澆鑄試樣的抗拉強度、延伸率以及-20℃條件下沖擊韌度值（）。力學性能測試用試樣取自于“Y”型
8、單鑄試塊，具體數(shù)據(jù)見表2。表2試驗研究中球墨鑄鐵的力學性能試樣鑄態(tài)下性能熱處理后性能（MPa）(%)-20℃,(J/cm2)（MPa）(%)-20℃,(J/cm2)
