高韌性球墨鑄鐵閥體鑄件材料性能的優(yōu)化

李 波 劉 波

玫德集團(tuán)有限公司產(chǎn)品研發(fā)中心 山東 濟(jì)南 250400

閥體在閥門組成中占據(jù)重要地位，是不可或缺的零件，其功能就是對(duì)流體方向、流量以及壓力進(jìn)行控制。球墨鑄鐵材料憑借其良好性能優(yōu)勢(shì)，對(duì)鑄鋼與鍛鋼材料進(jìn)行了替代，并被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造行業(yè)。球墨鑄鐵性能和石墨形態(tài)存在直接關(guān)聯(lián)，球形石墨可使其割裂機(jī)體的作用明顯改善，在優(yōu)化力學(xué)性能的基礎(chǔ)上凸顯減震性與耐磨性，而且價(jià)格不高，可生產(chǎn)出形狀復(fù)雜的閥門鑄件，推廣可行性顯著。為此，細(xì)紋將以為例，重點(diǎn)闡述優(yōu)化其性能的方式，希望有所幫助。

一、閥體鑄件材料技術(shù)要求闡釋

生產(chǎn)閥體鑄件需以要求進(jìn)行，此材料技術(shù)抗拉強(qiáng)度不低于400兆帕，屈服強(qiáng)度不低于250兆帕，硬度控制在120－180范圍內(nèi)，球化率不低于90%，基體采用鐵素體[1]。與此同時(shí)，內(nèi)部組織要具有致密性，且不應(yīng)存在對(duì)使用性能產(chǎn)生影響的缺陷。壓力測(cè)試結(jié)果不應(yīng)出現(xiàn)滲漏與裂紋的問題。另外，在外觀方面要求閥體的尺寸大且最大的長(zhǎng)度是1150毫米、最大的厚度是350毫米、最大的外徑是1080毫米。在此基礎(chǔ)上，鑄件的壁厚差大，且壁厚控制于20－125毫米范圍內(nèi)，存在大量的熱節(jié)部位。受以上特點(diǎn)的影響，使產(chǎn)品材質(zhì)均勻性面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

二、既有技術(shù)方案分析

使用原有的技術(shù)方案生產(chǎn)閥體逐漸，并使用澆注剩余鐵水對(duì)相同爐次單鑄Y型試塊進(jìn)行澆注，針對(duì)其化學(xué)成分、金相以及力學(xué)性能展開深入分析[2]。經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，材質(zhì)技術(shù)要求達(dá)標(biāo)，但是球化率與伸長(zhǎng)率測(cè)試的結(jié)果尚未滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，而基體內(nèi)珠光體含量與臨界值接近。在金相組織中，珠光體的含量多，所以抗拉強(qiáng)度也更高。在化學(xué)成分中，所含S元素與Mn元素偏高。在對(duì)同一爐次金相試塊檢測(cè)后了解到，石墨大小是5級(jí)，而石墨量不多，珠光體占比為15%左右，致使伸長(zhǎng)率偏低。

三、技術(shù)方案的優(yōu)化

(一)優(yōu)化后的化學(xué)成分。在重要的化學(xué)元素中，碳能夠加快石墨化的速度，使白口傾向減少而鐵素體增多，實(shí)際的硬度下降，加工性顯著改善。與此同時(shí)，碳還能夠提升鎂的吸收率，球化現(xiàn)狀改善。為此，應(yīng)適當(dāng)提升含碳量。另外，硅在石墨化方面也發(fā)揮著積極的影響，當(dāng)所占比重為2.7%的情況下，抗拉強(qiáng)度與屈服輕度會(huì)增強(qiáng)，而伸長(zhǎng)率也將實(shí)現(xiàn)最大化[3]。因而，也可適當(dāng)?shù)卦黾庸韬?。在此基礎(chǔ)上，錳可保證珠光體的穩(wěn)定性，使強(qiáng)度與硬度提升并降低其塑性與韌性。因球鐵激冷傾向本身偏高，有必要對(duì)錳含量進(jìn)行控制，保證其不超過0.4%。稀土、硫、鎂均具有較強(qiáng)的親和力，而且鐵液消耗的球化元素，即鎂與稀土，能夠生成，減少了有效參與球化元素的含量，球化率也隨即下降。如果含硫量偏高，會(huì)直接增加硫化物的夾渣，球化衰退速度加快而影響力學(xué)性能，甚至容易產(chǎn)生皮下氣孔與夾渣等多種缺陷，因而需適當(dāng)降低硫含量。在球化元素中，鎂與稀土殘留量可偏低，以免促進(jìn)球化衰退。為此，在調(diào)整化學(xué)成分的基礎(chǔ)上，可將合理增加，并將S含量、Mn含量減少。

(二)合理選擇原材料與牌號(hào)。原材料的類別并未改變，僅將廢鋼替型號(hào)進(jìn)行替換，即，主要的目的就是使硫元素含量降低。對(duì)于生鐵的牌號(hào)也轉(zhuǎn)變成，使Mn元素含量減少。另外，球化劑也從之前的型號(hào)變成型號(hào)，使球化元素中的含量增加。

(三)爐料與熔煉參數(shù)。不改變廢鋼的加入量，將生鐵量增加至20%，而回爐料降低至30%。由于球化劑牌號(hào)已經(jīng)發(fā)生改變，所以實(shí)際使用量也需進(jìn)行調(diào)整，即1－1.2%之間[4]。而孕育劑始終平均分成兩次加入，然而需要將0.1%的瞬時(shí)孕育劑加入其中，以保證共晶團(tuán)的數(shù)量得以增多，基體組織可以細(xì)化，加快球狀石墨形成速度。剩余容量參數(shù)無需改變。

(四)優(yōu)化結(jié)果。通過對(duì)優(yōu)化技術(shù)方案的應(yīng)用生產(chǎn)閥體鑄件，并使用鑄件澆注剩余鐵水對(duì)同爐單鑄Y型試樣進(jìn)行澆注處理。在對(duì)此試樣加工的過程中，選擇粉末開展化學(xué)成分檢測(cè)工作。需要注意的是，取樣時(shí)不允許在樣品中混入雜物。

選擇Y型試樣底面下端取樣，并根據(jù)具體要求對(duì)圓柱試棒進(jìn)行加工，尺寸為。隨后，選擇試棒一端加工尺寸為硬度與金相試塊。在對(duì)其展開相關(guān)參數(shù)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，化學(xué)成分當(dāng)中C元素、Si元素的增加，以及S元素、Mn元素的降低，使金相基體所含珠光體降低[5]。在將瞬時(shí)孕育劑加入后，球化率得以提升。受多種因素的綜合影響，降低了材料抗拉強(qiáng)度，且優(yōu)化其伸長(zhǎng)率，球化效果突出。

結(jié)束語

綜上所述，化學(xué)成分會(huì)對(duì)材料性能產(chǎn)生直接影響，鑄件材料中的C元素、Mn元素、Si元素含量的調(diào)整，可使基體內(nèi)所含珠光體含量下降，而且反球化元素的硫含量不超過0.015%，即可增強(qiáng)球化的效果。而球化劑的使用則要綜合衡量鑄件的大小、壁厚以及結(jié)構(gòu)等多種因素。如果鑄件的壁厚落差相對(duì)較大，則要選用球化劑，實(shí)際的加入劑量在1－1.2%之間即可。另外，也可適當(dāng)加入0.1%瞬時(shí)孕育劑，也能夠改善球化的效果。