球化包芯線對球墨鑄鐵組織和性能的影響

■孫升，郭亮，張俊勇，張守全

球化包芯線對球墨鑄鐵組織和性能的影響

■孫升，郭亮，張俊勇，張守全

主要研究了采用喂線變質(zhì)處理工藝生產(chǎn)球墨鑄鐵時，不同種類的球化包芯線對球墨鑄鐵性能和金相組織的影響。

一、 概述

沖入法工藝由于其簡便易行的特點，在國內(nèi)得到最為廣泛的應用。但是隨著社會的發(fā)展和行業(yè)競爭的加劇，鑄造行業(yè)生產(chǎn)成本壓力和環(huán)境污染問題越來越突出，鑄造行業(yè)必須向“綠色鑄造”方向轉(zhuǎn)型發(fā)展。與此同時，沖入法球化處理工藝的不足也引起了人們的重視。喂線法作為一種自動化程度高、成本低、環(huán)境友好的球墨鑄鐵變質(zhì)處理方法，得到了國內(nèi)外許多鑄造廠家和學者的青睞。

球化劑種類對球墨鑄鐵球化效果影響很大，本文使用相同的孕育包芯線，在保持其他控制參數(shù)基本一致的前提下，采用三種不同的球化包芯線對鐵液進行喂線處理，主要研究了球化包芯線對球墨鑄鐵組織和性能的影響。

二、原材料及試驗方法

試驗采用3t/h中頻感應電爐進行鐵液熔化，用到的主要原材料有生鐵、廢鋼、球墨鑄鐵回爐料，其主要化學成分見表1。

變質(zhì)處理采用喂線法，孕育包芯線和球化包芯線的主要參數(shù)見表2。喂線時保證包芯線從澆包中心部位進入鐵液，喂線速度為25m/min，孕育線加入長度為噸鐵液18m，球化線加入長度按表3進行控制，當wS＞0.035%時進行脫硫處理。喂線處理后鐵液的化學成分見表4。澆注前對鐵液進行瞬時孕育，增加孕育效果，改善石墨形態(tài)。瞬時孕育劑采用粒度為0.3～0.7mm的硅鋇孕育劑，化學成分與孕育包芯線中的芯粉相同。

試驗時澆注的試塊為最厚斷面上附鑄兩個U70試塊的階梯試塊（見圖1）。按規(guī)范要求從U70試塊上取樣進行性能和金相的檢測，性能檢測采用標準的φ14mm抗拉試棒。

表1　原材料的主要化學成分（質(zhì)量分數(shù)）　　 （%）

表2　包芯線的主要參數(shù)

表3　球化線加入長度

表4　球化處理后鐵液的化學成分（質(zhì)量分數(shù)）　（%）

三、試驗結果與分析

1. 石墨形態(tài)

圖2為分別采用方案1～4進行喂線變質(zhì)處理后U70試塊的石墨形態(tài)照片。圖2a為采用方案1進行喂線處理后的石墨組織，球化線的芯粉成分為釔基重稀土球化劑，從圖中可以看出石墨球圓整度很好，石墨數(shù)量多，絕大部分石墨球尺寸比較一致，但是存在少量石墨球聚集的現(xiàn)象，并且石墨球分布不均勻，有些區(qū)域石墨球數(shù)量較少。圖2b為采用方案2的石墨形態(tài)照片，石墨數(shù)量較少，形態(tài)較差，出現(xiàn)大量異形石墨，并且分布不均勻。圖2c為采用方案3后的石墨形態(tài)，采用此方案處理的鐵液石墨球圓整度好，球徑小、石墨球數(shù)量很多，并且分布很均勻。圖2d為采用方案4后的石墨形態(tài)照片。此方案采用與方案3相同的包芯線，但是沒進行二次孕育，從照片上可以看出，石墨球數(shù)量較多，分布不太均勻，大部分石墨球的球形很好，但是存在少量異形石墨。

通過對比可以發(fā)現(xiàn)，采用Q3球化包芯線處理鐵液后石墨形態(tài)最好，不僅石墨球的圓整度最好，并且石墨球數(shù)量也最多，達到了200個/mm2以上。通過圖2c與圖2d對比可以發(fā)現(xiàn)，二次孕育可以明顯改善石墨球圓整度和分布狀況，增加石墨球數(shù)量。圖2b石墨形態(tài)很差，則是由于Q2包芯線中輕稀土含量太高造成的，同時也說明試驗中熔化的鐵液純凈度較高，只需要很少的稀土元素就能中和鐵液中干擾元素的不利影響，而Q3球化包芯線的稀土含量只有0.8%，球化效果最佳。

2. 力學性能

表5為采用不同的試驗方案喂線處理后的性能結果。從表中可以看出方案2的抗拉強度、屈服強度和試塊硬度明顯高于其他三種方案，伸長率比其他方案低很多，主要是由于方案2采用的Q2球化包芯線稀土含量太高，處理后的球墨鑄鐵石墨形態(tài)最差，白口傾向大，基體組織中珠光體含量偏高造成的。經(jīng)過腐蝕后組織的觀察，方案2的珠光體含量達到15%，而其他方案的珠光體含量只有5%。方案1和方案3抗拉強度、屈服強度及試塊硬度基本一致，但是方案3的伸長率比方案1高24.0%，主要是由于方案3的石墨分布優(yōu)于方案1。方案4的抗拉強度和伸長率比方案3略低，主要是石墨形態(tài)差造成的。

圖1　試驗試塊

圖2　采用不同球化包芯線球化處理后U70試塊的石墨形態(tài)

表5　喂線處理后性能結果

四、結語

（1） 采用喂線變質(zhì)處理工藝必須根據(jù)鐵液的質(zhì)量合理選擇球化包芯線，才能保證良好的球化效果。

（2） 原鐵液較純凈時，采用低稀土的球化包芯線能夠生產(chǎn)出石墨球數(shù)量多，圓整度非常好的球墨鑄鐵。

（3） 喂線變質(zhì)處理工藝和二次孕育有機結合使用能產(chǎn)生良好的效果，得到石墨形態(tài)和性能優(yōu)良的球墨鑄鐵。

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孫升、郭亮、張守全，（寧夏）共享裝備有限公司。張俊勇，寧夏共享集團股份有限公司。