機車用灰鑄鐵件組織中E型石墨的消除

孫云山，王 巖，劉海坤，呂宇靖

（中國北車集團(tuán)大連機車車輛有限公司，遼寧 大連 116000）

灰鑄鐵中石墨的數(shù)量、形態(tài)、長度以及分布對鑄鐵的力學(xué)性能都有著明顯的影響。在GB721—87《灰鑄鐵金相》標(biāo)準(zhǔn)中載有其典型分級圖譜。按石墨形態(tài)區(qū)分共有六種類型：（1）A 型（直片狀）石墨（2）B 型（玫瑰花狀）石墨（3）C 型（粗大厚片或塊狀）（4）D 型（枝晶點狀）石墨（5）E 型（枝晶片狀）石墨（6）F型（星形）石墨［1］?，F(xiàn)在很多灰鑄鐵件要求 A型石墨達(dá)到95%以上。

大連機車車輛有限公司鑄鐵車間主要負(fù)責(zé)機車及柴油機鑄件，隨著機車高速、重載的要求，對機車零部件的使用性能要求也越來越嚴(yán)格。很多機車用灰鑄鐵零件都開始對石墨形態(tài)檢查有所要求，石墨形態(tài)開始作為驗收的主要項目之一，要求產(chǎn)品石墨形態(tài)為A型石墨。這就對生產(chǎn)灰鑄鐵產(chǎn)品提出了更高要求。

大連機車車輛有限公司鑄鐵車間在生產(chǎn)灰鑄鐵機車零件搖臂箱、閘瓦等產(chǎn)品過程中經(jīng)常在金相中出現(xiàn)E型石墨，這一問題嚴(yán)重影響了灰鑄鐵產(chǎn)品的質(zhì)量。

車間熔煉采用5 t中頻和5 t工頻感應(yīng)電爐。采用的是本溪生產(chǎn)的生鐵，原處理工藝采用的是普通FeSi75孕育處理。工藝要求鐵水成分范圍：ω（C）=3.0%～3.3%，ω（Si）=1.1%～1.3% ，ω（Mn）=1.0%～1.2%，ω（S）≤0.15%，ω（P）≤1.0%，每包次鐵水為 1 t左右。

1 E型石墨產(chǎn)生原因及危害

1）E型石墨也是一種過冷石墨。是在過冷度比產(chǎn)生D型石墨更大時形成的，因此其分布更不均勻，方向性也更明顯，E型石墨對基體有割裂做用，對鑄件的使用性能危害較大，不可以出現(xiàn)。

2）石墨的遺傳性。在灰鑄鐵生產(chǎn)的熔煉過程中，熔煉溫度低時，粗大石墨不易被消除或者細(xì)化，在隨后的凝固重結(jié)晶過程中，只要存在原始狀態(tài)石墨，碳原子就會以原石墨為生長核心基礎(chǔ)，并且以原石墨形態(tài)方式生長，造成石墨的大小不均勻及尖頭石墨。由于生鐵中的過共晶石墨是由生鐵冶煉生產(chǎn)過程所決定的，為了在鑄鐵熔煉過程中改變生鐵中原有石墨形態(tài)，得到理想中的A型石墨是很困難的，必須保證熔煉的最高溫度達(dá)到一定的范圍才能使石墨形態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變。通常采用過熱處理，過熱溫度在1500℃～1520℃。

對沒有處理過的全生鐵熔化的鐵水取樣分析，發(fā)現(xiàn)：在原生鐵中（未經(jīng)孕育處理的鐵水）存在E型石墨的情況下，產(chǎn)品組織存在E型石墨概率較大；而原鐵水中石墨為A型石墨的情況，產(chǎn)品金相組織中就沒有產(chǎn)生過E型石墨（圖1）。

對生鐵直接做金相觀察，發(fā)現(xiàn)一部分生鐵組織中也存在E型石墨如圖2。

通過分析得出的結(jié)論是：現(xiàn)有機車灰鑄鐵產(chǎn)品金相組織中的E型石墨是由遺傳原因產(chǎn)生的。

圖1 原鐵水金相組織（100×）

圖2 生鐵金相組織（100×）

2 工藝改進(jìn)

針對這種情況采用新的工藝代替原有的FeSi75孕育處理的工藝。新工藝為：熔煉過程中過熱到1510℃～1520℃，保溫時間在3min左右，保溫時間不可過長，應(yīng)嚴(yán)格控制，時間過長會導(dǎo)致鐵水形核能力下降。FeSi75加硅鋇復(fù)合孕育劑孕育，F(xiàn)eSi75孕育劑在增加共晶團(tuán)數(shù)量，細(xì)化晶粒，促進(jìn)A型石墨方面作用較強，但孕育效果持續(xù)時間短［2］，對于一包多箱澆鑄不利，采用FeSi75加硅鋇復(fù)合孕育劑既保證了孕育效果又延長了孕育時間；處理鐵水過程中在包內(nèi)加增碳劑1 kg/t，增碳劑的加入，提高了鐵液的石墨化能力，并且為石墨生長提供了核心［3］。

表1是原鐵水和經(jīng)工藝改進(jìn)后孕育處理過的鐵水組織。從表1的檢測結(jié)果可以看出，經(jīng)工藝改進(jìn)后孕育處理過的鐵水已經(jīng)完全消除了E型石墨，石墨類型完全為A型。圖3為工藝改進(jìn)后孕育處理生產(chǎn)的產(chǎn)品實物金相組織。

表1 原鐵水和處理后鐵水組織

圖3 孕育處理后的金相組織A型石墨（100×）

3 結(jié) 論

經(jīng)實際生產(chǎn)證明：以FeSi75和硅鋇復(fù)合孕育劑代替原FeSi75孕育，并且在孕育處理過程中加入增碳劑，這一工藝方法有效的抑制了機車灰鑄鐵件組織E型石墨的產(chǎn)生。

［1］劉超鋒，紀(jì)蓮清，劉建秀.孕育劑對灰鑄鐵件不同性能的影響［J］.鑄造，2007（10）：1078-1081.

［2］嚴(yán)青松，魏伯康，劉為作，等.感應(yīng)爐熔煉增碳工藝對鑄鐵組織和性能影響的研究［J］.現(xiàn)代鑄鐵，2002（2）：17-20.

［3］T Sjogren，Persson P E，王曉清.灰口鑄鐵中石墨分布的優(yōu)化［J］.鑄造設(shè)備與工藝，2010（5）：42-45.