關(guān)于蠕墨鑄鐵熔化工藝的控制方法介紹

崔 煒

（廣西玉柴機器配件制造有限公司，廣西玉林 537005）

關(guān)于蠕墨鑄鐵熔化工藝的控制方法介紹

崔 煒

（廣西玉柴機器配件制造有限公司，廣西玉林 537005）

介紹了蠕墨鑄鐵排氣管生產(chǎn)過程中關(guān)于原材料選擇、蠕化工藝控制、爐前檢驗等方面的控制方法和經(jīng)驗。重點介紹了爐前蠕化過程裝包、澆注、試片檢驗的控制方法。

蠕墨鑄鐵；排氣管；蠕化工藝控制；爐前檢測

蠕墨鑄鐵是一種性能介于球墨鑄鐵和灰鑄鐵之間的鑄鐵材料，其拉伸性能、硬度、致密度等優(yōu)于灰鑄鐵，同時還有較好的耐熱疲勞性能，在大功率柴油機排氣管零件上有廣泛的應(yīng)用。蠕墨鑄鐵的鑄造性能好于球墨鑄鐵，比較適合做結(jié)構(gòu)復(fù)雜又有高強度要求的鑄件。

伴隨著熔煉技術(shù)的進步和電爐的推廣應(yīng)用，以及市場對高強度材料的需求和鑄件減重所帶來經(jīng)濟效益的吸引，越來越多的工廠都減小傳統(tǒng)灰鑄鐵件的生產(chǎn)，球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵等高品質(zhì)鑄件所占比重逐年上升。

然而，與球墨鑄鐵相比，蠕墨鑄鐵的品質(zhì)控制更加不易，這是因為蠕墨鑄鐵的工藝范圍狹窄，對原材料的選用、爐前處理工藝、熔化各項參數(shù)等有比較協(xié)調(diào)的要求。必須保持原料穩(wěn)定，在爐前鐵液處理工藝上要采取措施降低和排除各項因素的影響，擴大工藝范圍，提高工藝可靠性，以及采用科學(xué)的檢驗方法。

廣西玉柴主要生產(chǎn)蠕墨鑄鐵的排氣管、泵體、殼類等柴油機配件，牌號覆蓋Rut380、Rut340等。目前蠕化率可以穩(wěn)定控制，年廢品率在3.15%以下。現(xiàn)將一些控制方法介紹如下。

1 工藝準備

1．1 爐料選擇

爐料采用Q10生鐵，碳素鋼（C%為0.2%～0.4%），增碳劑（固定碳大于97%，S%小于0.5%）、蠕鐵回爐鐵、65錳鐵（高碳錳鐵）、75硅鐵、55鉻鐵。扒渣劑和覆蓋劑用珍珠砂，顆粒度在20～50目之間。

1.2 蠕化劑選擇

因為產(chǎn)品多為壁厚4mm～5mm薄壁件，且對滲碳體含量有較為嚴格的要求，因此選用白口傾向較小、成本較低廉的稀土硅鐵鎂合金，牌號為FeSiMg4Re12。該蠕化劑含鎂3.5%～4.5%，鎂含量居中，蠕化時有一定的攪拌能力，反應(yīng)又不會過于激烈，操作性比較好。此孕育劑配合稀土硅孕育劑使用，用來調(diào)整稀土含量。

1.3 工藝簡述

因為沖天爐熔煉焦炭增硫太大并且不穩(wěn)定，不利于蠕化率控制，應(yīng)采用中頻爐熔煉。錳鐵、鉻鐵等在爐中加入，銅在鐵液包中加入。爐料熔化后升溫到1480～1500℃，保溫同時取樣化驗，扒渣后準備出鐵。原鐵液成分見表1。

表1 原鐵液成分（%）

蠕化和澆注使用1t球化包，采用沖入法，每包鐵液量視鑄件重量定在500kg～650kg，鐵液量用電子吊秤稱量，嚴格保持在2%誤差內(nèi)。

鑄型是潮模砂型，坭芯為熱芯盒樹脂砂以及覆膜砂，每箱鐵液重量40kg～60kg。

1.4 鐵液成分

主要生產(chǎn)鐵素體和珠光體混合基體型蠕墨鑄鐵，珠光體含量30%～50%之間，滲碳體小于1%。原鐵液成分必須要控制在工藝要求范圍內(nèi)。根據(jù)實際生產(chǎn)控制S含量，當S含量超過0.045%以上時就必須要除硫，在0.045%以下時，可通過調(diào)整蠕化劑和孕育劑的加入量，來保證蠕化率。一般電爐熔煉，用上述爐料，S含量不會超過0.03%。蠕化劑合金根據(jù)含硫量微調(diào)，一般加入量為0.7%～0.8%。稀土孕育劑為0.04%～0.1%。鑄件最終成分見表2。

表2 鑄件成分（%）

對于Mn、Cr、Cu等元素主要通過影響珠光體含量而影響硬度和拉伸強度，對蠕化率沒有發(fā)現(xiàn)有明顯影響。Si用來調(diào)整鐵素體含量。珠光體含量過高對于排氣管類零件會增加白口傾向和應(yīng)力開裂；鐵素體含量過高容易產(chǎn)生變形。硅與上述合金元素通過合理的配比，得到適宜的珠光體和鐵素體比例以及消除游離滲碳體，達到硬度160～200HB、抗拉強度340MPa～380MPa的混合基體型蠕墨鑄鐵。

2 蠕化工藝

2.1 蠕化裝包工藝

蠕化工藝的好壞實質(zhì)是反映了鎂吸收率的高低以及穩(wěn)定性。良好的蠕化工藝鎂吸收率穩(wěn)定，受員工操作影響小。與球墨鑄鐵相比，蠕鐵對鎂含量十分敏感。根據(jù)大量的生產(chǎn)檢驗數(shù)據(jù)，只有殘余鎂在0.012%～0.02%范圍內(nèi)才能穩(wěn)定出現(xiàn)80%以上的蠕蟲狀石墨。

我們使用高寬比為2:1的球化包作為生產(chǎn)蠕鐵的爐前處理工具。與普通灰鐵鐵液包相比，其優(yōu)點是增加相同重量的鐵液高度，這樣可以增加鎂蒸汽上浮的距離，從而提高了鎂的吸收率。缺點是如果裝包不當較容易引起蠕化劑起爆，造成鐵液飛濺和蠕化劑快速上浮而降低鎂的吸收率。同時，沖入法有時又會因為蠕化劑等粘在鐵液包底部不反應(yīng)，造成蠕化失敗，甚至有時同一包鐵液后面澆注的鑄件蠕化率反而低。針對這種情況，設(shè)計了如圖1的裝包工藝。

圖1所示裝包工藝，首先確認鐵液包溫度要適宜，在現(xiàn)場用肉眼觀察包壁呈暗紅色即可。如果包壁呈暗黑色則裝包前要重新倒入鐵液燙包。將硅鐵孕育劑經(jīng)過稱量分為兩部分，先在鐵液包底部堤壩的一側(cè)放一部分硅鐵，然后覆蓋蠕化劑和稀土孕育劑，用鐵鏟撥平整防止局部過厚。在蠕化劑上部分別是稀土孕育劑、硅鐵孕育劑。最后在最上層均勻覆蓋一層20目珍珠砂，為控制珍珠砂層的厚度，操作時必須要稱量。覆蓋時必須要如圖示露出兩個角，不能完全覆蓋。

該工藝的優(yōu)點是:①蠕化劑放在堤壩的一側(cè)，中頻爐出鐵液不會直沖蠕化劑，可以避免蠕化劑被沖?。虎谘b包用硅鐵接觸包底，防止蠕化劑和鐵液包直接接觸，避免了蠕化劑粘包；③蠕化劑上層覆蓋硅鐵和孕育劑等可避免出鐵時蠕化劑過早反應(yīng)，而只能在鐵液有一定高度暨上層孕育劑熔化后，鐵液才可以接觸蠕化劑反應(yīng)，防止過早反應(yīng)造成鎂蒸汽過早開始散逸，可提高吸收率；④最上部的珍珠砂不完全覆蓋，利于鐵液進入，可防止起爆；珍珠砂在出鐵過程中很快熔融，連成一片，在整個蠕化過程中一直漂浮在鐵液表面，形成一個蓋子，增大了鎂蒸汽散逸和燃燒難度，提高了鎂蒸汽壓力，利于鎂被鐵液吸收。

2.2 出鐵溫度

出鐵溫度是蠕化過程中的一個重要參數(shù)。我們使用的稀土鎂硅鐵蠕化劑含鎂量一般在3%～5%之間，蠕化過程不容易起爆。又因為蠕化過程需要在鐵液包中加入大量的硅鐵孕育劑等，鐵液降溫幅度比較大。出鐵溫度在1450～1470℃之間時，蠕化劑反應(yīng)緩慢甚至不反應(yīng)，個別情況會引起突然起爆；在1470～1490℃之間時，在鐵液表面有持續(xù)的白光閃現(xiàn)，蠕化劑正常反應(yīng)，反應(yīng)過程持續(xù)50s～70s，蠕化結(jié)束降溫40～60℃，此現(xiàn)象目前作為生產(chǎn)中判定蠕化效果的一個參考依據(jù)；如果出鐵溫度超過1500℃，合金反應(yīng)很劇烈，和球化過程相似。這種情況下，鎂燒損加劇，并且高溫導(dǎo)致鎂氧化加快，蠕化結(jié)束后5min內(nèi)就可能會完全灰化。對于薄壁零件，為獲得良好的鑄造性，應(yīng)當選取高溫，但同時也要考慮蠕化衰退問題，不能單一調(diào)整溫度，也要從澆注系統(tǒng)和蠕化率等多方面著手調(diào)整。

3 爐前檢測判斷

目前對于爐前鐵液蠕化檢測最直接最普遍的就是三件試片，其特點是快捷準確。在鐵液蠕化反應(yīng)結(jié)束，攪拌均勻后，用工具從包內(nèi)取鐵液迅速澆入試樣型腔。鐵液凝固后取出試樣，在濕砂中反復(fù)翻轉(zhuǎn)冷卻，待試片中部暗紅色邊緣發(fā)黑后，即可放入水中冷卻。值得注意的是，如過早放入水中會使得試樣斷面完全白口，影響準確的判斷性。在水中冷卻至手可接觸時才能拿出，否則會引起斷口氧化影響辨別。

試片外形見圖2。在澆注后要觀察試樣的凝固情況，正常的試片頭部形態(tài)是球冠型，頂部中心會出現(xiàn)縮坑，縮坑周邊有皺皮，試片兩側(cè)面出現(xiàn)輕度的凹縮；如果試片偏球（球化），中心和兩側(cè)的縮坑非常深，或者頂部直接形成直徑4mm～5mm深5mm～10mm縮孔（這種試片兩側(cè)不會縮）；如果試片頂縮很輕微，試片兩側(cè)比較平整，則這種鐵液已經(jīng)灰化或者是攪拌不均勻?qū)е?，?yīng)具體分析。

試片斷口和聲音。蠕化良好的試片整個斷口是麻口，即斷口銀白，中間有若干個細小的黑點，非常均勻，光澤屬于亞光。如果晶粒很細則斷口還會有條狀反光花紋出現(xiàn)。如試片斷口銀白，光澤很強，中心部有直徑3mm左右縮松帶，呈黑色，敲擊有清脆聲，試片熱時斷口電石氣味道比較濃，則說明試片偏球，可能會引起鑄件縮孔縮松?；一嚻曇舴浅５统?，斷口黑灰色，基本沒有光澤。有的試片斷口也有部分麻口，但是距離邊緣5mm位置有一個三角形的黑圈，這種試片對應(yīng)的鐵液衰退很快，需要在現(xiàn)場根據(jù)具體情況做出判斷。

4 澆注過程

鑄鐵的澆注過程涉及孕育和防止氧化等方面，是比較關(guān)鍵的工藝控制過程，蠕鐵更是如此。澆注過程要特別注意防止鐵液氧化衰退以及在衰退前要澆注完畢。所用1t鐵液包內(nèi)裝450kg～650kg鐵液，正常情況下衰退時間在12min～15min以上，生產(chǎn)上規(guī)定要在蠕化結(jié)束12min內(nèi)澆注完畢。鐵液轉(zhuǎn)運過程中，因為鐵液中含有游離鎂，會持續(xù)不斷的與空氣中的氧反應(yīng)生成MgO而消耗，加快鐵液蠕化衰退，尤其是最后澆注的鑄件。因此，要在表面覆蓋一層40目珍珠砂，目的是集渣和隔離空氣。

澆注時采用隨流二次孕育，采用75硅鐵，粒度依鑄件壁厚和充型紊流程度而定，一般取在30～50目之間，以在鑄件中能完全熔解為宜，但不能過細，否則會影響擴散均勻性和孕育劑燒損氧化。對于薄壁排氣管類零件，鑄件的白口傾向大，必須加大孕育（生產(chǎn)中是以增硅量0．2%加入）。

澆注后觀察澆口杯內(nèi)鐵液凝固形態(tài)，上表面輕度凹陷，邊緣有凹凸不平的褶皺是蠕化良好的特征；如果凝固時表面有很多黑點，凝固后凹陷嚴重，澆口杯邊緣鋒利，則蠕化率偏低或者偏球。表面不凹陷，很光滑無褶皺且很飽滿，則說明已經(jīng)灰化。

5 結(jié)束語

蠕墨鑄鐵工藝范圍狹窄，需要從原材料、鐵液成分設(shè)計、蠕化手段和方式控制、澆注過程保護等多方面加以關(guān)注和控制。澆注前要做好鐵液質(zhì)量監(jiān)控和判斷，及時調(diào)整，避免損失。

廣西玉柴從06年開始生產(chǎn)蠕墨鑄鐵，采用上述的控制方法，蠕化率以及基體組織等能較穩(wěn)定的控制。表3是產(chǎn)量和蠕化率統(tǒng)計。

表3 產(chǎn)量和蠕化率統(tǒng)計

參考文獻

[1]陸文華、李隆盛、黃良余.鑄造合金及其熔煉[M].北京:機械工業(yè)出版社.1996,10.

[2]張伯明.鑄造手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社.2002,2.

[3]崔忠圻、劉北興.金屬學(xué)與熱處理原理[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.2000.1.

Introduction of Control of Melting Technology of Vermicular Graphite Cast Iron

CUI Wei
(Guangxi Yulin Yuchai Parts Manufacturing Co.Ltd.Yulin 537005,Guangxi China)

The method and experiences of selection of raw materials,the technology control and inspection before pouring of vermicular graphite cast iron exhaust pipe production process have been introduced with emphasis on the process of packing,pouring and the control methods of the test specimen.

Vermicular graphite cast iron;Exhaust pipes;Process control;Detection before pouring

TG143.49;

A；

1006－9658（2012）03－0023-4

2012-03-16

稿件編號：1203-029

崔煒（1982-），男，助理工程師，主要從事鑄造工藝方面的研究