如何有效改進高強度球鐵鑄造工藝

宋巖

[摘 要]本文對于高強度球鐵鑄造工藝的特點進行分析，結(jié)合工藝特點提出具體的改革建議，供相關(guān)專業(yè)人士參考借鑒。

[關(guān)鍵詞]高強度 球鐵 鑄造

中圖分類號：TG249.3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）18-0042-01

一 、 特征

傳統(tǒng)的灰鑄鐵和球磨鑄鐵之間的形態(tài)是不同的?；诣T鐵方式中碳作為片的形式存在，由于片狀石墨的尖角位置處應力比較集中，可塑性和韌性相對較差，因此灰鑄鐵綜合的抗沖擊能力較次。從力學方面分析發(fā)現(xiàn)，尖角空洞的綜合應力也較為集中，如果尖角變得遲鈍后，應力逐漸的減輕，圓形空洞的集中應力會更?。磺蚰ヨT鐵基于此理論，將鑄鐵中的C成為球狀，球狀石墨的集中應力較小，對于金屬所產(chǎn)生的削弱作用較小，能有效提升金屬的可塑性、韌性、抗拉強度。過去的球鐵鑄造工藝相對比較復雜，生產(chǎn)的成本過高，未來需要不斷的研究高強度球鐵的新型鑄造工藝。

二 、化學成分

球鐵的鑄造性、力學性和球鐵的化學成分具有非常重要的關(guān)聯(lián)性，認真的分析其化學成分，選擇最有效的方式，才能夠為改進高強度球鐵的鑄造工藝奠定良好基礎(chǔ)。

1.碳

碳元素能夠有效促進鎂的吸收，提高石墨球的圓整度，提升鐵液的流動效果，避免鑄件發(fā)生縮松或出現(xiàn)其余缺陷，應用一定比例的碳元素能夠促進石墨化，避免出現(xiàn)白口問題。此外碳的含量如果過高，會出現(xiàn)石墨漂浮的現(xiàn)象，因此不能夠造成碳含量過高，降低鑄件的綜合性能。

2.錳

錳作為一種穩(wěn)定珠光體的重要元素，能夠有效的提升鑄件的強度和硬度，但是卻能夠降低鑄件的可塑性以及韌性，錳元素經(jīng)常會發(fā)生偏析現(xiàn)象，鑄造環(huán)節(jié)中，在共晶團邊界會形成碳化物，造成鑄件的力學性能受到影響，部分過于厚大的鑄件中更容易出現(xiàn)問題。

3.磷

球鐵中磷的溶解度相對較低，如果鑄造工藝中應用的磷超過某種特定的含量，就會在共晶團邊界形成磷的共晶，整個鑄件的強度降低，塑性變差，韌性也受到不利影響，出現(xiàn)冷裂等問題。

4.硫

硫元素和鎂、稀土的親和性較好，鑄造環(huán)節(jié)中會消耗鐵液體中的球化性元素，最終形成稀土硫化物、硫化鎂等物質(zhì)，整體球化率降低。如果硫的含量過高，球化劑的消耗就會較多，由此可以發(fā)現(xiàn)，含硫的比例過高會導致球化元素的殘留量較少，這也是造成球化不良的關(guān)鍵原因，加上硫含量高會導致皮下氣孔出現(xiàn)，發(fā)生夾渣問題。因此盡可能的降低球鐵鑄造環(huán)節(jié)中硫的含量，追求穩(wěn)定生產(chǎn)，才能提升零件的綜合質(zhì)量。

5.硅

硅元素的作用是加強石墨化，防止發(fā)生臼口現(xiàn)象，提高鐵素體，提高整個球體的可塑性。然而硅元素的存在會改變球鐵的脆性以及韌性，造成溫度改變。硅元素含量增加后，由于強度的變化球鐵的脆性會有所改變。

6.鎂和稀土

鑄造應用的鐵液體中會存在一定量的稀土元素以及鎂元素，這樣才能夠保證石墨鑄造成球，在稀土鎂球鐵中，鎂元素的關(guān)鍵作用是球化，稀土是輔助性效果，最終實現(xiàn)鐵液的凈化。鑄造球化率的高低和球化元素之間的殘留量沒有直接性的正比關(guān)系，如果鎂的量高于0.1%，會造成石墨球不夠完整。如果球鐵中的球化元素過多，會導致球鐵出現(xiàn)臼口、夾渣或是皮下的氣孔。

三 、 優(yōu)化處理

整個的球磨鑄鐵生產(chǎn)過程中孕育處理是關(guān)鍵的部分，由于鑄鐵結(jié)晶源自與鐵水中的硅、碳元素形成的均勻性石墨晶核或是鐵水中含有的非金屬夾雜物形成的非自發(fā)晶核。所有的晶核在鐵水中的狀態(tài)、分布狀況、數(shù)量都是取決于外部的因素共同作用的，遵循孕育處理過程。高強度的球鐵鑄造環(huán)節(jié)中，孕育處理的關(guān)鍵目標是細化石墨，提升球狀石墨的比例，最終提升球化的效果，徹底的消滅臼口。由于孕育處理的作用，鐵水中的共晶團數(shù)增加，晶體間的偏析減少，該種方式能夠大幅度的提升鑄件機械性能，提升綜合的沖擊韌性以及延伸率。所以，球磨鑄鐵經(jīng)歷過孕育處理之后，鐵水中的碳濃度增加，避免鑄鐵出現(xiàn)激冷問題，進一步形成很多細小、均勻性的石墨核心，構(gòu)成緊密的球狀石墨。實際加工環(huán)節(jié)中，企業(yè)可根據(jù)實際經(jīng)濟狀況選擇適當?shù)墓梃F合金充當孕育劑，硅和球化劑中的鎂元素聯(lián)合作用，形成碳飽和，能夠改善石墨的球狀生長趨勢。為保證孕育效果，應該盡可能的控制球化劑中、金屬爐料中的硅含量，保證孕育形式中的硅含量，最好的方式為針對球磨鑄鐵中的磷共晶體組織，應用最適當?shù)脑杏绞?，提升球磨鑄鐵的形成質(zhì)量，讓磷元素能夠分布均勻，控制鐵液中的磷共晶數(shù)量，逐步細化，最后全面提升機械性能。

四、 熱處理工藝

加工球磨鑄鐵的環(huán)節(jié)中熱處理是必須的工藝環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)有效的改善球磨鑄鐵機械性能。選擇最優(yōu)化的熱處理工藝，控制球磨鑄鐵組織轉(zhuǎn)變環(huán)節(jié)的臨界溫度，分析影響臨界溫度的因素，包括磷、硅元素的影響。硅能夠促進鑄鐵石墨化的進程，降低滲透碳的穩(wěn)定性，控制碳元素在奧氏體中的溶解度，提高組織轉(zhuǎn)變的臨界溫度；磷能夠提升珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的溫度，少量的磷就能夠有效提升局部溫度，磷和硅聯(lián)合作用效果將更加明顯。基于該原理下，可以適當?shù)奶岣咄嘶鸺訜崤R界溫度，實現(xiàn)有效的組織轉(zhuǎn)變。熱處理環(huán)節(jié)中有效的改善磷和硅對于球鐵臨界溫度的作用，對于球鐵中的磷共晶狀態(tài)產(chǎn)生影響。通常狀況下，鑄態(tài)磷共晶體關(guān)鍵在液體結(jié)晶中形成原聲相，當磷共晶形成結(jié)晶后，大部分留在奧氏體晶粒的臨界位置。

參考文獻：

[1] 徐鵬輝.淺析如何改進高強度球鐵鑄造工藝[J].工業(yè)科技發(fā)展2014.