RuT300蠕墨鑄鐵的工藝探究

（濰柴重機股份有限公司濱海鑄造廠，山東濰坊 261108）

蠕墨鑄鐵作為一種新型的鑄造材料在發(fā)動機的關(guān)鍵零部件如氣缸體、氣缸蓋上已得到應(yīng)用，這是由于隨著柴油機國家排放標(biāo)準(zhǔn)及節(jié)能要求的提高，其爆發(fā)力及燃燒峰壓對發(fā)動機的關(guān)鍵零部件的材質(zhì)及性能提出了更高的要求。蠕墨鑄鐵基體石墨形態(tài)介于片狀和球狀之間，具有接近于球墨鑄鐵的力學(xué)性能，同時又具有與灰鑄鐵相似的良好抗振性、導(dǎo)熱性及鑄造性能，且較灰鑄鐵具有更優(yōu)的塑性和抗疲勞性[1]。

目前生產(chǎn)氣缸體、氣缸蓋、曲軸箱毛坯牌號多為RuT400、RuT450，基體組織以珠光體為主，具有良好的強度、剛度、塑韌性，但成本較高。RuT300 牌號蠕墨鑄鐵具有塑韌性、熱導(dǎo)率高，強度、硬度彈性模數(shù)降低，熱應(yīng)力積聚小，在高溫中抗氧化和抗生長的耐熱性好[2]等特點，也可應(yīng)用于大型發(fā)動機氣缸體。RuT300 基體組織以鐵素體為主，具有較高的延伸率，不需要通過加入一定量合金或熱處理來提高強度或硬度，成本較低。

1 制定合理的化學(xué)成分

依據(jù)RuT300 特點，并參考其他蠕墨鑄鐵牌號工藝生產(chǎn)的特點，最終確定化學(xué)成分。

1.1 碳當(dāng)量

碳當(dāng)量對力學(xué)性能的影響不像灰鑄鐵那樣敏感，亞共晶成分有利于蠕鐵的形成，但碳當(dāng)量太高，初晶石墨析出太多，會出現(xiàn)石墨漂浮，ω（CE）一般為4.2%～4.5%.

1.2 硅

硅是促進石墨化元素，硅能使共晶溫度升高。考慮RuT300 高延伸率及蠕化率問題，綜合考慮，ω（Si）一般為2.1%～2.5%.

1.3 錳

在蠕墨鑄鐵蠕化過程中，硫和氧已經(jīng)在鎂和鈰處理時被中和，或者結(jié)合成穩(wěn)定的化合物，因此少量的錳可以作為合金元素而發(fā)揮作用，但RuT300 基體組織以鐵素體為主，ω（Mn）一般不超過0.4%.

1.4 硫

硫是反石墨蠕化元素，屬于有害雜質(zhì)。電爐熔煉通過嚴格控制原材料，硫含量越低越好，越穩(wěn)定越好，ω（S）一般控制在0.020%以下。

1.5 磷

磷不影響蠕化處理，但是屬于有害元素，當(dāng)磷含量超過質(zhì)量分數(shù)0.07%時，基體內(nèi)容易出現(xiàn)磷共晶，使斷后伸長率急劇降低。ω（P）一般控制在0.06%以下。

1.6 銅

球墨鑄鐵中加入少量銅能顯著提高珠光體數(shù)量，促進石墨化，細化共晶團，增加石墨球數(shù)量，提高蠕墨鑄鐵的強度和硬度，考慮銅的加入量一般控制在0.2%以下。

1.7 錫

在蠕墨鑄鐵中加入0.02%～0.06%質(zhì)量分數(shù)的錫，可使基體組織中的珠光體數(shù)量明顯增加，但加入量不能過多[3]。

2 熔煉工藝的控制

2.1 原材料的要求

在蠕墨鑄鐵生產(chǎn)中，需要控制一些微量元素的含量：如Ti、Pb 等，為了保證加工性能，減少刀具磨損，在蠕墨鑄鐵生產(chǎn)中的主要原材料要專用，制定專用標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.1 蠕墨鑄鐵專用廢鋼

建議采用薄厚均勻，形狀規(guī)整、種類穩(wěn)定的低鈦碳素鋼（如Q235、Q255 等），要求ω（Ti）≤0.02%.

2.1.2 高純生鐵

低硫、低磷、低鈦且穩(wěn)定的高碳低硅的高品質(zhì)生鐵（如遼寧本溪生鐵）。

2.1.3 蠕鐵回爐料

需要經(jīng)過拋丸處理且分類的蠕鐵回爐料（或鐵素體球鐵回爐料）。

2.1.4 石墨化增碳劑

經(jīng)過石墨化處理且低硫含量的增碳劑。

2.2 電爐熔煉

目前熔化鐵水多為感應(yīng)電爐，熔煉鐵水具有白口傾向大，收縮傾向大，適合生產(chǎn)不同牌號鑄件的特點。由于過冷傾向大的特點，需要高溫靜置，靜置溫度一般為1 510 ℃～1 540 ℃，高溫利于渣上浮，能起到凈化鐵水的作用。但靜置時間一般不要過長，過長會導(dǎo)致鐵水氧化嚴重，一般靜置時間5 min～20 min為宜。爐料的加料順序和其它牌號爐料配料順序一樣即可，配料要控制回爐料加入比例，保證鐵水成分符合工藝要求，電爐具體配料比例見表1.

表1 電爐鐵料配料比例（質(zhì)量分數(shù)，%）

2.3 原鐵水化學(xué)成分控制范圍

電爐熔化完畢后需要立即取樣，要求精確檢測原鐵水化學(xué)成分，特別是硫含量，目前一般采用C-S分析儀和直讀光譜儀對原鐵水的化學(xué)成分進行檢測，具體化學(xué)成分如表2.

表2 蠕墨鑄鐵原鐵水化學(xué)成分控制要求（質(zhì)量分數(shù)，%）

2.4 蠕化處理控制

為了精準(zhǔn)控制，一般選用喂絲法生產(chǎn)蠕墨鑄鐵，根據(jù)出鐵量多少、初澆溫度高低及鐵水運輸時間，處理溫度控制在1 460 ℃～1 520 ℃范圍內(nèi)較為合適。為了充分反應(yīng)，喂線速度不應(yīng)過快，在充分保證吸收率的前提下，喂線結(jié)束后反應(yīng)時間不應(yīng)低于1 min[4-5].

2.5 孕育處理控制

蠕墨鑄鐵孕育處理是為了消除蠕化元素（Mg、RE 等）引起的白口傾向，但孕育量過大，產(chǎn)生晶核多，有利于產(chǎn)生過多球狀石墨，加入量一定要適當(dāng)。孕育能細化組織，提高力學(xué)性能，一般選用喂絲過程孕育，不建議采用隨流孕育。

3 試驗的結(jié)果及應(yīng)用

3.1 試塊檢測結(jié)果

按照以上制定的工藝對此澆注Y 型試塊進行試驗，試驗結(jié)果達到了國標(biāo)規(guī)定的要求，檢測抗拉強度值不低于330 MPa，斷后伸長率不低于3%（力學(xué)性能見表3）.Y 型試塊斷面金相結(jié)果見表4，典型的金相圖片如圖1 所示。試樣的石墨和基體組織對比分析結(jié)果表明，RuT300 基體組織以鐵素體為主，但加入適量合金能提高鑄件性能，提高珠光體含量，滿足RuT300 牌號要求。

表3 Y 型試塊力學(xué)性能

表4 拉伸試樣斷面金相

圖1 Y 型試塊典型金相圖片

3.2 RuT300 牌號應(yīng)用及檢測結(jié)果

通過對RuT300 牌號開發(fā)試驗，目前已成功應(yīng)用在發(fā)動機氣缸體毛坯上，檢測鑄件抗拉強度值330 MPa～360 MPa，斷后伸長率3%～5%，硬度150 HBS～180 HBS，滿足RuT300 牌號國標(biāo)要求。

4 結(jié)論

目前生產(chǎn)氣缸體、氣缸蓋毛坯牌號多為RuT400、RuT450，但RuT300 牌號一直沒有應(yīng)用，針對RuT300 蠕墨鑄鐵工藝生產(chǎn)要求，通過嚴格管控原材料，選擇合理的化學(xué)成分，制定電爐熔煉工藝，選用精準(zhǔn)的喂絲法生產(chǎn)，成功生產(chǎn)了滿足RuT300性能要求的發(fā)動機氣缸體毛坯，達到了降本增效的目的。