鑄態(tài)低溫高韌性球墨鑄鐵件生產(chǎn)三要素不可缺

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及國(guó)外高端鑄件的引入和吸收，各領(lǐng)域出現(xiàn)的高性能、高效率、高可靠性的設(shè)備對(duì)鑄件的質(zhì)量要求日益提高。低溫沖擊球墨鑄鐵材料由于在低溫下具備較高的沖擊韌度，在風(fēng)電、高鐵等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。近年來該領(lǐng)域不斷發(fā)展，行業(yè)內(nèi)外對(duì)鑄件的質(zhì)量要求逐漸達(dá)成一致，致力于發(fā)展-40℃甚至-50℃條件下的高韌性球墨鑄鐵，鑄件的質(zhì)量?jī)?yōu)劣對(duì)設(shè)備的安全、質(zhì)量、壽命有著決定性的影響。我公司是河南柴油機(jī)重工有限責(zé)任公司與上海711研究所合資組建的專業(yè)鑄鐵制造公司，一直秉承把提高產(chǎn)品的品質(zhì)與質(zhì)量放在首位的原則，把質(zhì)量的穩(wěn)定性與一致性作為管理的重中之重。我公司生產(chǎn)的齒輪箱體材料為ENGJS400-18LT，屬于典型的薄壁球鐵殼類鑄件，其尺寸精度、重量、內(nèi)部質(zhì)量等要求非常高，在鑄造工藝方面存在一定難度，鑄態(tài)下達(dá)到-40℃沖擊韌度更是難點(diǎn)中的難點(diǎn)。1.鑄件要求毛坯結(jié)構(gòu)如圖1所示，材質(zhì)為ENGJS-400-18LT，重量260/280kg。技術(shù)要求見表1。圖１毛坯結(jié)構(gòu)

表1鑄件技術(shù)要求

2.影響因素低溫環(huán)境下服役的球墨鑄鐵的韌性受生產(chǎn)過程中很多因素的影響，包括其化學(xué)成分、鑄造工藝、熔煉、球化、孕育處理工藝及熱處理制度等，這些因素決定了鑄件最終的組織和力學(xué)性能。（1）球墨鑄鐵組織對(duì)沖擊韌度的影響

實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，在碳含量一定的情況下，球化率和石墨球數(shù)對(duì)沖擊性能影響顯著，其關(guān)系如圖2、圖3所示。同時(shí)，圓整的石墨球可以改善球墨鑄鐵的沖擊韌度，而石墨體積分?jǐn)?shù)增加或石墨球數(shù)增多均可使脆性轉(zhuǎn)變溫度下降，并提高上限沖擊吸收能量。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中必須嚴(yán)格控制球化處理和孕育工藝，要控制原材料（生鐵、廢鋼、回爐料等）中的微量元素含量，特別是要限制反球化及干擾元素的含量。圖4顯示球墨鑄鐵的基體組織對(duì)其沖擊性能有明顯的影響。由圖4可知，隨著珠光體體積分?jǐn)?shù)的增加，沖擊性能降低，因此要保證低溫高韌性球墨鑄鐵為全鐵素體基體。

（2）球墨鑄鐵化學(xué)成分對(duì)沖擊韌度的影響

在工藝條件一定的情況下，球墨鑄鐵的化學(xué)成分對(duì)組織及會(huì)產(chǎn)生決定性的作用，從而決定其性能。C對(duì)球墨鑄鐵V形缺口沖擊性能的作用主要體現(xiàn)在對(duì)上限沖擊吸收能量的影響，上限沖擊吸收能量隨球墨鑄鐵碳含量的增加而下降，原因在于球墨鑄鐵斷裂是通過在石墨球上形成的空位及其聚集生長(zhǎng)而進(jìn)行的，碳含量高會(huì)使球數(shù)增加及尺寸增大，因而空位生長(zhǎng)及其聚集過程中的塑性形變降低，導(dǎo)致斷裂過程塑性形變能減少，表現(xiàn)為上限沖擊吸收能量的下降。但是，碳含量過低會(huì)使塑—脆轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間向高溫方向移動(dòng)，反而影響低溫沖擊吸收能量。綜合考慮碳含量，確定wC＝3.70%～3.80%較為合適。Si對(duì)球墨鑄鐵沖擊性能的影響有雙重性。由于Si強(qiáng)烈改變塑—脆性轉(zhuǎn)變溫度，要獲得優(yōu)越的低溫韌性，需要盡可能降低球墨鑄鐵的Si量，但Si量減少，會(huì)降低鐵素體球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。綜合考慮，確定wSi終＝1.80%～2.00%。Mn可增加偏析傾向，促進(jìn)基體中碳化物和珠光體的形成，對(duì)韌性十分不利，尤其對(duì)低溫球墨鑄鐵的沖擊吸收能量有嚴(yán)重的損害，此外Mn量高還增加球墨鑄鐵退火熱處理的難度。因此需要限制Mn量，一般上限為Mn≤0.2%。S、P均為有害元素，P既顯著升高塑—脆性轉(zhuǎn)變溫度，又強(qiáng)烈降低球墨鑄鐵的上限沖擊功。為此，降低P量是生產(chǎn)低溫高韌性球墨鑄鐵的關(guān)鍵因素之一，因此需要限制wS、wP量，一般上限為0.02%。Ni可以作為低溫球墨鑄鐵的鐵素體強(qiáng)化元素,wNi＝0.4%～0.6%較為合適。3.熔煉工藝的設(shè)計(jì)（1）原材料的選用

生鐵選用高純生鐵，其化學(xué)成分為：wSi＜0.4%、wMn＜0.2%、wP＜0.03%、wS＜0.02%，其他有害元素總量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）不超過0.2%，其中包括球化干擾元素（Ti、As、V、Sb、Bi）和促進(jìn)碳化物生成元素（Cr、W、Pb、Sn）。廢鋼為優(yōu)質(zhì)碳素廢鋼，主要是沖壓的邊角料壓塊。（2）鐵液化學(xué)成分的選擇

見表2。（3）球化及孕育處理

1t球化包，球化溫度控制在1450～1480℃，三明治沖入法處理，球化劑選用Lamet5841，粒度4～25mm，加入量為1.2%～1.4%。其上覆蓋0.6%高鈣鋇孕育劑，粒度3～8mm。再覆蓋部分除過油的鑄鐵屑，球化完畢，扒凈熔渣。澆注溫度控制在1360～1380℃，隨流瞬時(shí)孕育采用粒度0.2～0.7mm隨流孕育劑，加入量0.1%。4.生產(chǎn)實(shí)踐

5t/h中頻感應(yīng)點(diǎn)爐熔煉20爐次的控制結(jié)果見表3。5.結(jié)語（1）高質(zhì)量的原輔材料是生產(chǎn)高標(biāo)準(zhǔn)鑄態(tài)下低溫高韌性球墨鑄鐵件第一要素。（2）合理的化學(xué)成分是生產(chǎn)高標(biāo)準(zhǔn)鑄態(tài)下低溫高韌性球墨鑄鐵