純鑭稀土鎂包芯線(xiàn)在球鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

閆啟棟，李建鋒，李軍偉

（禹州恒利來(lái)合金有限責(zé)任公司，河南禹州 46l670）

純鑭稀土鎂包芯線(xiàn)在球鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

閆啟棟，李建鋒，李軍偉

（禹州恒利來(lái)合金有限責(zé)任公司，河南禹州 46l670）

介紹了純鑭稀土鎂球化包芯線(xiàn)在球墨鑄鐵喂絲球化處理工藝中的應(yīng)用，其應(yīng)用可以提高球化率，增加石墨球數(shù)和提高球墨鑄鐵件內(nèi)在質(zhì)量。

純鑭稀土；包芯線(xiàn)；使用效果

球墨鑄鐵具有優(yōu)良的強(qiáng)韌性、抗疲勞性和耐磨性，并且其密度比鋼小l0%，因此以球鐵代鋼，即可減重l0%，使汽車(chē)和各種機(jī)械輕量化。近年來(lái)伴隨著灰鑄鐵和鑄鋼產(chǎn)量下降，球鐵產(chǎn)量仍有增長(zhǎng)。據(jù)中鑄協(xié)統(tǒng)計(jì)，20l5年國(guó)內(nèi)球鐵鑄件產(chǎn)量由20l4年的l 240萬(wàn)t增加到l 260萬(wàn)t，增長(zhǎng)1.6%.我國(guó)《十三五規(guī)劃》中要求乘用車(chē)平均燃料消耗要由20l5年的百公里6.9 L降至2020年的5.0 L（節(jié)油率將達(dá)到27.5%；到2020年我國(guó)每輛汽車(chē)減重率要到l6.5～22%），所以鑄造生產(chǎn)自動(dòng)化、鑄件輕量化、高成品率、低成本、綠色環(huán)保將成為鑄造及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新常態(tài)[l]。

因此，對(duì)球鐵件綜合性能的要求會(huì)越來(lái)越高。要保證球鐵鑄件能夠達(dá)到高強(qiáng)度高韌性的材質(zhì)要求，就要保證鑄件金相組織穩(wěn)定合格，多而細(xì)的石墨球和高的球化率是評(píng)價(jià)球墨鑄鐵凝固品質(zhì)的重要參數(shù)，特別是球化率的提高對(duì)于疲勞強(qiáng)度的影響很大。

球墨鑄鐵球化處理用的球化劑，除了厚大斷面鑄件用的釔基重稀土鎂球化劑外，最常用的球化劑是以鈰元素為主的混合輕稀土（主要含Ce、La、Pr、Nd等）鎂球化劑，這種球化劑在使用過(guò)程中經(jīng)常存在爆發(fā)快、白口傾向大、易產(chǎn)生縮松缺陷、厚斷面易出現(xiàn)碎塊狀石墨等問(wèn)題。

隨著科學(xué)技術(shù)和新材料的發(fā)展，稀土元素的提取費(fèi)用降低，價(jià)格下降，稀土資源也得到有效利用，人們發(fā)現(xiàn)在處理方法相同的情況下，相對(duì)于鈰元素為主的混合稀土鎂球化劑，純鑭稀土鎂球化劑處理的球墨鑄鐵凝固時(shí)，石墨球數(shù)能增加2～3倍，大幅增加鐵素體量，明顯降低白口傾向，有效消除鑄件縮松、畸形石墨的產(chǎn)生[2]。因此，對(duì)那些采取各種鑄造工藝手段，依然出現(xiàn)硬度高韌性低的球鐵鑄件，采用純鑭稀土鎂球化劑，對(duì)提高鑄件綜合性能是非常有意義的。

l 鑭和鈰對(duì)球鐵鐵水質(zhì)量影響的比較

La元素與S、O形成化合物的生成自由能比Ce元素與S、O形成化合物的生成自由能負(fù)值大，所以L(fǎng)a與S、O的親和力更強(qiáng)，減少了球化劑中鎂的燒損和反應(yīng)，有利于球化作用的穩(wěn)定；同樣含量的La、Ce球化劑，La球化劑處理的鐵液絕對(duì)與相對(duì)過(guò)冷度低，分別為3℃與0℃，含Ce球化劑處理為8℃與3℃，而熱分析中的絕對(duì)與相對(duì)過(guò)冷度大，則白口傾向大，縮松大。相反則小[2]。

La的氧硫反應(yīng)產(chǎn)物與含石墨的失配度為1.2%，而Ce的為2.9%[4]，鑭球化劑處理的鐵水異質(zhì)核心相應(yīng)更多，生成的石墨球更多更細(xì)，球數(shù)的增加使鑄件早期凝固的體積分?jǐn)?shù)加大，晶粒周界區(qū)偏析程度減輕，晶間的殘余液體減少，提前結(jié)束共晶凝固，從而防止碳化物產(chǎn)生。

石墨球數(shù)增多變小，促使共晶晶粒輪廓更接近于球狀，從而減小共晶團(tuán)界面的粗糙程度，有利于補(bǔ)縮液態(tài)的流動(dòng)，減少鑄件的晶間顯微縮松傾向。

石墨球數(shù)增多，使球間距變小，縮短碳的擴(kuò)散距離，加速γ→F+G轉(zhuǎn)化，增加鐵素體，更易獲得鑄態(tài)鐵素體球鐵。對(duì)于ADI鑄件，可縮短其退火時(shí)間，明顯減少白亮區(qū)面積[5]。

La比Ce的沸點(diǎn)高，在l 480℃左右球化處理時(shí)對(duì)鐵水翻滾作用較弱，反應(yīng)相對(duì)平穩(wěn)。

La與Ce相比，較小的La殘余量即可起到中和反球化元素的有害作用，稀土偏析傾向減少，減少畸形石墨的產(chǎn)生。

隨著感應(yīng)電爐的廣泛使用、原材料的凈化、原鐵液含硫量降低、鐵液中干擾元素減少，稀土含量也應(yīng)相應(yīng)降低，過(guò)量殘余稀土含量會(huì)影響石墨球的圓整度并促使碎塊狀石墨的生成，同時(shí)高的稀土殘余加重成分偏析，白口傾向增加，這一點(diǎn)對(duì)要求疲勞強(qiáng)度和韌性的球墨鑄鐵件來(lái)說(shuō)尤為重要。

根據(jù)鑭和鈰的以上特點(diǎn)，恒利來(lái)合金公司開(kāi)發(fā)了純鑭稀土鎂包芯線(xiàn)，代替鈰混合稀土鎂球化包芯線(xiàn)進(jìn)行了喂絲球化工藝上的試驗(yàn)。

2 純鑭稀土球化包芯線(xiàn)喂絲球化處理工藝

試驗(yàn)產(chǎn)品如圖l所示法蘭件，產(chǎn)品牌號(hào)為QT450-l2.

圖l 法蘭鑄件

試驗(yàn)方案：

l）同一爐鐵水，不同包次更換兩種包芯線(xiàn)，對(duì)球化率進(jìn)行比較；

2）兩班次分別使用兩種球化絲，整班次加入量進(jìn)行比較。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程記錄：鐵水處理工藝流程：l5 t熱風(fēng)沖天爐熔化鐵水—爐前脫硫—3 t中頻爐—根據(jù)原鐵水成分在球化前加3 mm～8 mm硅粒調(diào)整含硅量，在澆注包內(nèi)加入粒度為lmm～3 mm的硅鋇鈣孕育劑，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.45%—單絲喂絲處理1.5t鐵水/次，處理包鐵水高徑比為=1.3：l，開(kāi)始球化處理溫度≥l 540℃—無(wú)箱垂直造型，轉(zhuǎn)包澆注，澆注時(shí)間6min～8min.產(chǎn)品的化學(xué)成分、金相組織和力學(xué)性能要求見(jiàn)表1.

沖天爐配料：生鐵l 450 kg，回爐料l 980 kg，廢鋼l00 kg.原鐵水化學(xué)成分見(jiàn)表2.

分別用鈰稀土鎂包芯線(xiàn)和鑭稀土鎂包芯線(xiàn)試驗(yàn)3包（其中：鈰稀土鎂包芯線(xiàn)處理試樣編號(hào)l7-l、l7-2、l7-3；鑭稀土鎂包芯線(xiàn)處理試樣編號(hào)l7-4、l7-5、l7-6）.喂絲球化處理工藝參數(shù)見(jiàn)表3.

喂絲球化處理后球鐵的化學(xué)成分、金相組織及力學(xué)性能見(jiàn)表4和表5.金相組織圖見(jiàn)表6.

表l 產(chǎn)品化學(xué)成分、金相組織、力學(xué)性能要求

表2 原鐵水化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

表3 喂絲球化處理工藝參數(shù)

表4 試驗(yàn)包芯線(xiàn)處理后球鐵的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

表5 試驗(yàn)包芯線(xiàn)處理后球鐵的金相組織及力學(xué)性能

表6 試驗(yàn)包芯線(xiàn)處理后球鐵的金相照片（×l00）

3 分析

從表5可以看出用鑭稀土鎂包芯線(xiàn)處理后的球鐵試樣l7-4、l7-5、l7-6球化率比用鈰稀土鎂包芯線(xiàn)處理后的球鐵試樣l7-l、l7-2、l7-3明顯提高，鐵素體質(zhì)量分?jǐn)?shù)也有明顯提高，力學(xué)性能也有明顯提高。

4 結(jié)論

喂絲球化處理工藝中使用鑭稀土鎂包芯線(xiàn)代替鈰稀土鎂包芯線(xiàn)，能提高球化率、增加鐵素體量和提高抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率等力學(xué)性能。

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TG255

A

l674-6694（20l7）05-0024-04

20l7-06-l0

閆啟棟（l972-），男，工程師，主要從事球化劑、孕育劑等鑄造材料的研究與應(yīng)用技術(shù)工作。

l0.l6666/j.cnki.issnl004-6l78.20l7.05.006