硫氧孕育劑加入量對球鐵組織性能的影響

陳鵬輝 ，柯志敏

（1.廣東中天創(chuàng)展球鐵有限公司，廣東英德 513000；2.廣東省高性能大型鑄件制造及模擬工程技術(shù)研究中心，廣東英德 513000）

新型孕育劑在高品質(zhì)球鐵中使用日益廣泛，硫氧孕育劑就是其中之一，其在硅鐵孕育劑的基礎(chǔ)上加入鈰（Ce）、鈣（Ca）、硫（S）、氧（O），成分見表2所示，采用這種孕育劑可以獲得更多的石墨球數(shù)、更高的延伸率以及良好的加工性能。本文以齒輪座鑄件為例，在加入0.1%、0.15%、0.2%硫氧孕育劑隨流孕育的情況下，通過對齒輪座對應(yīng)的附鑄試塊進(jìn)行力學(xué)性能測試和金相組織分析，探討硫氧孕育劑（粒度為0.2～0.7 mm）加入量對球鐵力學(xué)性能和金相組織的影響。

齒輪座鑄件的技術(shù)要求：牌號為EN-GJS-400-18C-RT，抗拉強(qiáng)度 350 MPa～400 MPa，屈服強(qiáng)度大于230 MPa,延伸率大于18%；金相組織檢驗符合GB/T9441《球墨鑄鐵金相檢驗》的要求，鑄件本體和試塊的球化級別不低于3級，并且齒輪座鑄件不允許出現(xiàn)冷隔、夾砂、氣孔、砂眼、縮孔、粗晶、疏松等缺陷。齒輪座鑄件（見圖1）平均壁厚為100mm，重量 2000kg。

圖1 齒輪座鑄件圖

1 試驗條件和方法

按20%～30%高純生鐵+70%～80%打包沖壓邊角料+優(yōu)質(zhì)增碳劑，用5噸中頻感應(yīng)電爐熔化。原鐵水取光譜分析，調(diào)整原鐵水成分滿足下列要求：ω（C）3.60%～3.80%，ω（Si）0.9%～1.0%，ω（Mn）0.2%～0.3%，ω（P）≤0.05%，ω（S）≤0.01%，ω（Cr）≤0.1%，然后，在1440～1450℃出水球化。選用鑭系輕稀土球化劑A，加入量控制在1.15%，在鐵水成分、球化劑、球化溫度等條件不變的前提下，改變硫氧孕育劑的加入量，球化劑成分如表1所示。孕育劑成分和孕育方式分別如表2和表3所示，試驗方案如下。

試驗1：一次孕育0.4%的75SiFe壓在包底；二次孕育0.4%的高鈣鋇孕育劑，在球化過程中加入；三次孕育為硫氧孕育劑（粒度為0.2～0.7 mm），該孕育劑是通過專用的漏斗在澆注過程中加入，加入量為0.1%。澆注2件鑄件，并取鑄件的附鑄試塊，附鑄試塊編號分別標(biāo)識為2018-01；2018-02。

試驗2：一次孕育0.4%的75SiFe壓在包底；二次孕育0.4%的高鈣鋇孕育劑，在球化過程中加入；三次孕育為硫氧孕育劑（粒度為0.2～0.7 mm），該孕育劑是通過專用的漏斗在澆注過程中加入，加入量為0.15%，澆注2件鑄件，并取鑄件的附鑄試塊，附鑄試塊編號分別標(biāo)識為2018-03，2018-04。

試驗3：一次孕育0.4%的75SiFe壓在包底；二次孕育0.4%的高鈣鋇孕育劑，在球化過程中加入；三次孕育為硫氧孕育劑（粒度為0.2～0.7 mm），該孕育劑是通過專用的漏斗在澆注過程中加入，加入量為0.2%,澆注2件鑄件，并取鑄件的附鑄試塊，附鑄試塊編號分別標(biāo)識為2018-05，2018-06。

表1 球化劑A化學(xué)成分

表2 孕育劑的化學(xué)成分 ωB/%

表3 渣灌孕育處理方式及其加入量

2 試樣制備

澆注的6件齒輪座鑄件分別取附鑄試塊，附鑄試塊尺寸為180mm×70mm×85mm，加工取得試塊85mm方向上的20mm后，將其加工成如圖2的試棒尺寸，檢查力學(xué)性能和金相組織，并對試塊進(jìn)行濕法分析，獲取各試塊的化學(xué)成分。采用WA-600KD型電液式萬能試驗機(jī)測試力學(xué)性能；采用XJG-05大型顯微鏡檢查?20mm×15mm組織；用TH110里氏硬度計測量試塊硬度。

圖2 拉伸試棒尺寸

3 試驗結(jié)論及分析

經(jīng)檢測各附鑄試塊力學(xué)性能結(jié)果如表4所示，各附鑄試塊化學(xué)成分如表5所示，每個試驗各選取一組拉伸試棒，附鑄試塊2018-01、2018-03、2018-05上截取?20mm×15mm試樣在XJG-05大型顯微鏡檢查其組織，并對各試驗的金相組織進(jìn)

行對比分析，金相組織圖片如圖3、圖4、圖5所示，具體試樣檢測結(jié)果見表6。

3.1 硫氧孕育劑隨流孕育加入量對力學(xué)性能的影響

從表4和表5可以看出，硫氧孕育劑加入量依次增加，附鑄試塊終硅相應(yīng)增加，在其他化學(xué)成分相當(dāng)?shù)那闆r下，附鑄試塊中硫氧孕育劑加入0.1%的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、硬度最大，延伸率最?。桓借T試塊中硫氧孕育劑加入0.2%的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、硬度最小，而延伸率最大；硫氧孕育劑加入量從0.1%、0.15%、0.20%抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、硬度依次降低，而延伸率依次增加。

3.2 硫氧孕育劑隨流孕育加入量對基體組織的影響

由表6附鑄試塊金相組織檢測結(jié)果和附鑄試塊 2018-01、2018-03、2018-05 對應(yīng)的圖 3、圖 4、圖5的金相圖可以看出：加入量為0.10%硫氧孕育劑所得到附鑄試塊2018-01的球化率、石墨球墨數(shù)、基體中鐵素體含量都要低于加入量為0.15%和0.20%硫氧孕育劑的附鑄試塊2018-03、2018-05，而硫氧孕育劑加入量為0.20%的附鑄試塊石墨球數(shù)、鐵素體含量最多，球化率也最高。

表4 附鑄試塊力學(xué)性能

表5 附鑄試塊化學(xué)成分

表6 附鑄試塊金相組織檢測結(jié)果

3.3 結(jié)論分析

硫氧孕育劑隨流孕育是一種后孕育處理，可以強(qiáng)化孕育效果，改善金相組織，細(xì)化石墨，提高力學(xué)性能，加之在球鐵生產(chǎn)中一般認(rèn)為硫、氧為消耗球化劑、產(chǎn)生熔渣的有害元素，但硫氧孕育劑為使阻礙球狀化的有害元素?zé)o害化，調(diào)整了Ca、Ce的含量，Ce對S和O親和力非常強(qiáng)，溶入鐵水的S、O會與Ce、Ca反應(yīng)，其中的這些元素可以化合成穩(wěn)定的氧化物、硫化物和硫氧化物，為石墨提供有效的非均質(zhì)結(jié)晶核心，使基體中的石墨形態(tài)得到改善，石墨球數(shù)增加，隨著硫氧孕育劑加入量的增大，終硅含量增加，促使基體中鐵素體含量增加，從而改善力學(xué)性能。

4 結(jié)論

（1）隨著硫氧孕育劑的增加強(qiáng)化了孕育效果，細(xì)化了石墨，提高了球化率和球化級別，加上硫氧孕育劑中元素化合可以有效增加鐵水中異質(zhì)核心，可以有效增加石墨球數(shù)，從而增加基體中鐵素體含量。

（2）球鐵隨著硫氧孕育劑加入量的增加，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、硬度相應(yīng)降低，隨著終硅的增加和隨流孕育的強(qiáng)化孕育的作用延伸率隨之增大。

圖3 附鑄試塊2018-01金相組織

圖4 附鑄試塊2018-03金相組織

圖5 附鑄試塊2018-05金相組織