碳化硅孕育預處理在HT275 中的應用

岳 海，趙超云

（邵陽維克液壓股份有限公司，湖南 邵陽 422001）

引進美國VICKERS公司的軸向柱塞泵關(guān)鍵零件材質(zhì)為HT275，鑄件平均壁厚40mm，平均重量8kg，殼型工藝生產(chǎn)，要求鑄件A型石墨≥80%，游離滲碳體＜5%，珠光體含量≥95%，材質(zhì)要求耐壓、耐疲勞、綜合性能穩(wěn)定。中頻電爐熔煉鐵液的形核率低，白口傾向和相對過冷度大，易產(chǎn)生過冷石墨[1]，鑄件縮松、縮孔、氣孔等缺陷造成廢品較多，加工性能不穩(wěn)定，尤其A型石墨含量，雖然通過控制嚴格的生產(chǎn)工藝過程，能達到60%～70%之間，仍然達不到≥80%的VICKERS公司標準。我們通過試驗用碳化硅對鐵液進行孕育預處理，配合必要的工藝控制手段，提高了A型石墨含量，改善了石墨形態(tài)和組織均勻性，完全達到了進口鑄件的標準。

1 生產(chǎn)過程

1.1 爐料配比

Z18生鐵50kg，回爐鐵600kg，廢鋼350kg，75硅鐵7kg，65錳鐵8kg，增碳劑14kg，增硫劑5kg.

1.2 熔煉與澆注工藝[2]

采用三級孕育，中頻爐出鐵時用粒度為5mm～10mm的75硅鐵隨流孕育，加入量為0.45%，轉(zhuǎn)包時用粒度為3mm～5mm的75硅鐵孕育，加入量為0.2%，澆注時用40目75硅鐵粉隨流孕育，加入量為0.05%.鐵液出爐溫度控制在1480℃～1500℃.鐵液孕育后須在12min內(nèi)澆注完畢，澆注溫度控制在1300℃～1360℃.孕育前后分別檢查三角試片白口寬度，孕育前控制在7mm～9mm，孕育后控制在1mm～3mm.

1.3 化學成分、力學性能與金相檢測

化學成分檢查結(jié)果見表1，金相檢查結(jié)果見表2，化學成分（實際生產(chǎn)爐次較多，表中為代表性爐次）和金相圖片可以看出試樣鑄鐵力學性能達標，但A型石墨形態(tài)不穩(wěn)定，碳當量較低。鑄件有出現(xiàn)縮松、縮孔缺陷的現(xiàn)象，同時加工車間反映加工性能不穩(wěn)定。為此我們通過加入碳化硅適當提高碳當量，進行了如下的生產(chǎn)試驗。

2 工藝改進

2.1 爐料配比

Z18生鐵100kg、同牌號回爐鐵500kg、廢鋼400kg、65錳鐵4kg、75硅鐵4kg、增碳劑12kg、增硫劑5kg、碳化硅8kg，碳化硅含量為85%的冶金級碳化硅。

2.2 熔煉與澆注工藝

碳化硅在坩堝熔融1/3時，加入到坩堝中部，盡量不接觸爐壁，然后繼續(xù)加入爐料熔煉[1]。鐵液出爐溫度控制在1480℃～1520℃，澆注溫度控制在1340℃～1380℃，其他熔煉條件不變。

3 檢驗與分析

拉伸試樣采用單鑄試棒，濕型鑄造，澆注溫度1360℃，不經(jīng)任何熱處理直接加工測定力學性能，對每包鐵液進行化學成分分析。對代表鑄件的抽樣檢驗和試棒力學性能測試結(jié)果見表1，金相（試樣從鑄件本體取樣）檢測結(jié)果見表2.

表1 化學成分與力學性能

表2 金相檢測結(jié)果

金相試塊從鑄件本體取樣，沒有加入碳化硅與加入碳化硅石墨形態(tài)對比如圖1～圖4.從金相照片可以看出，經(jīng)過碳化硅孕育預處理的試樣，其石墨組織以A型為主，呈小片狀且均勻分布，石墨大小為4級，基體組織中珠光體量明顯增加且細小，鐵素體量減少。沒用碳化硅進行孕育預處理的試樣，其A型石墨呈粗長片狀且分布不均勻，有局部過冷現(xiàn)象存在，石墨大小為2級且周圍存在少量E型石墨，基體組織中珠光體量較少且粗大，鐵素體量較多。

用碳化硅對鐵液做預孕育處理時，同時減少初生奧氏體的過冷度，此時在金相試樣中可以觀察到短的奧氏體枝晶，消除了E型石墨產(chǎn)生的基礎[3]。

圖1 改90進%后A+110號%試D、樣E

圖2 改進后2號試樣85%A+15%D、E

圖3 改進前1號試樣65%A+30%D、E

圖4 改進前2號試樣70%A+30%D、E

細小均勻的石墨組織能提高切屑的變形，減少刀具的磨擦力和磨損面積，從而提高刀具的使用壽命?；诣T鐵件中A型石墨含量越多，基體組織越均勻，灰鑄鐵的加工性能越好[2-5]。

經(jīng)過一年的生產(chǎn)，鑄件石墨含量、形態(tài)，基體組織都能穩(wěn)定的達到美國VICKERS公司標準，力學性能和金相組織也能完全滿足公司《液壓用鑄鐵件驗收技術(shù)條件》的要求。

4 質(zhì)量控制

1）加強原材料質(zhì)量檢測與管理，回爐料采用同牌號回爐鐵，且不得有嚴重銹蝕、油污和砂泥雜質(zhì)。

2）碳化硅的加入量為0.8%～1.0%，在坩堝熔融三分之一時，加入到坩堝中部，盡量不要接觸爐壁。

3）生鐵的加入量控制在≤20%，減少生鐵中初生石墨的遺傳性[4]。

4）孕育前對鐵液用增硫劑進行增硫處理，鐵液含硫量控制在0.08%～0.12%，可以使孕育效果更好，石墨形態(tài)彎曲。

5）鐵液出爐溫度控制在1480℃～1520℃，對鐵液進行高溫過熱處理，有利于碳化硅充分融熔于鐵液，出爐溫度高于1520℃不利于石墨形核，溫度太低，鐵液沒有完全凈化，容易出現(xiàn)鐵液不均勻，易形成C型石墨，影響鑄鐵冶金質(zhì)量。澆注溫度控制在1340℃～1380℃，小件取上限，有利于殼型工藝的排氣。

6）用較小的孕育硅量收到最好的孕育效果，應采用瞬時隨流孕育方式，原鐵液出爐時進行孕育處理，在倒包或澆注時在澆包口用0.1%的75硅鐵粉進行二次或三次瞬時孕育[5]，鐵液孕育后控制在12min內(nèi)澆注完畢。

5 結(jié) 論

1）用碳化硅對鐵液進行孕育預處理可以降低鐵液過冷度，減少白口傾向；促進鑄鐵石墨化，改善石墨形態(tài)、大小及分布，使石墨細化1-2級，且成A型均勻分布，減少或防止產(chǎn)生D、E型石墨；增加共晶團數(shù)，得到細小彎曲的片狀石墨；基體組織中珠光體增多且變細，片層間距減小。

2）用碳化硅對鐵液進行孕育預處理能夠明顯提高鑄件的綜合性能。

[1]張文和，丁俊，聶富榮.鑄鐵的SiC 孕育預處理[J］，鑄造，2009（3）：279-281.

[2]岳海，趙超云.中頻爐熔煉高強度灰鑄鐵A 形石墨的控制[J］.鑄造設備與工藝，2013（2）：42-44.

[3]周繼揚.鑄鐵彩色金相學[M］.北京：機械工業(yè)出版社.

[4]劉金海，趙雪勃，王磊，等.高強度灰鑄鐵生產(chǎn)中不可忽視的技術(shù)問題[J］.鑄造設備與工藝，2008（6）：12-14.

[5]黃勝操，任鳳章，李鋒軍，等.不同孕育劑處理的高強度灰鑄鐵加工性能研究[J］.鑄造，2012（6）：598-603.

[6]李傳栻.灰鑄鐵感應電爐熔煉的一些冶金特點[J］.金屬加工：熱加工，2009（3）：21-23.

[7]李傳栻.灰鑄鐵的孕育處理[J］.鑄造縱橫，2006（10）：41-46.