铸态铁素体球墨铸铁件的质量控制

何 勇

（安徽军工集团控股有限公司，安徽 合肥 230001）

公司是采用中频感应电炉熔炼和迪砂造型线生产铸态铁素体球墨铸铁件的专业生产企业，其主导产品为高铁、消防设备上的配件，产品多为薄小件，材质为QT450-10，通过多年的努力和生产实践，生产出品质合格稳定的铸态铁素体球铁件，满足了客户的需求，取得了良好的经济效益。

1 原材料的选择

1.1 铸造生铁

公司生产铸态铁素体球铁件以铸造生铁为主要原材料，要求高碳、低硅、低锰、低磷、低硫，且干扰元素和其他形成碳化物的元素总量均小于0.1%，通过实践，选用山西生产的Q10 或Q12 球铁生铁满足生产要求，生产过程中要稳定供货渠道，切忌乱采购和盲目使用，否则，会带来不良效果。

1.2 回炉铁

回炉铁选用本单位生产的同材质牌号的球铁浇冒口和废铸件，杜绝使用从市场上采购的废铸铁件。

1.3 废钢

废钢主要用来调整铁液中的碳含量，选择成分明确、来源稳定的无锈或少锈的锰含量≤0.4%的碳素钢，杜绝使用来历不明的废钢或合金钢。

2 化学成分的设计

球铁的化学成分与它的组织、力学性能和铸造性能有很大关系。铸态球铁化学成分的设计主要是根据铸件特点、大小、壁厚、复杂程度来综合考虑碳、硅含量的匹配，而锰、磷、硫含量是在选择原材料时加以控制。

生产上采用“高碳、低硅、大孕育量”的方法生产铸态铁素体球铁，碳当量选择上限以不使铸件出现石墨飘浮，下限不出现白口现象为准则，实际生产中，碳当量控制在4.4%～4.6%.铁液化学成分见表1。其中终硅量中，除球化剂带入硅量外，剩余的硅量均以孕育硅的形式带入，不得在炉内增硅。

表1 铁液化学成分（质量分数，%）

3 球化及孕育处理

3.1 球化处理

球化处理是球铁生产中很重要的一个环节，由于采用中频电炉熔炼和选用低硫的生铁，因此，生产上选用低稀土和较高含镁量的稀土硅铁镁合金（FeSiMg8Re3）球化剂，为保证球化处理成功，在操作控制上应注意：

1）应购置球化专用包，如果自制，球化铁水包搪好后的内腔高度与内径之比值应为1.2～1.5，包底应搪凹坑式或堤坝式，其大小应占包底的2/5～1/2.

2）球化剂的粒度要合适，切忌久放或受潮，不要在红热的状态下放入球化剂，以防氧化。我们选用的粒度为5 mm ～15mm.

3）铁液计量应准确，采用电子秤，计量误差＜5%；球化剂的加入量为1.3%～1.5%；出铁温度为1480 ℃～1520 ℃.

4）严格球化处理过程。我们采用堤坝式冲入法球化处理方法。球化剂放入靠近炉体一侧的堤坝内，上面覆盖约总量1/3 的孕育剂，粒度为3 mm ～8 mm，用平头铁锤子锤平，上面再覆盖一层无锈、无油、干燥的球铁屑（或覆盖约8 mm 厚度的钢板），再撒上珍珠岩。一次出够量的铁水，当包内铁水量达到1/3～1/2 高度时开始起爆沸腾，反应时间大于全部铁水冲入的时间，总反应时间控制在1 min～2 min.沸腾结束后，应立即搅拌扒渣，然后将约占总量不到2/3 的孕育剂放入铁水表面作为二次浮硅孕育，紧接着加入覆盖集渣剂。

3.2 孕育处理

孕育处理是生产铸态铁素体球铁中的重要环节。我们选用含钡4%～6%的钡硅铁孕育剂，通过孕育处理消除因球化处理造成的白口倾向，促进石墨析出，提高球化率，细化石墨球。我们在球化处理过程中已采取两次孕育方式，为了强化孕育效果，在转包浇注时又在包内加入0.2%～0.3%的粒度为0.5 mm～1 mm 的孕育剂作为第三次浇包瞬时孕育。实践表明是可行的，孕育效果良好。

3.3 炉前检验

1）三角试片法

三角试片尺寸为25 mm（底面宽）×50 mm（高）×120 mm（长），湿型卧浇，待试样表面显暗红色后取出底部向下淬入水中，击断观察断口，当断口呈锯齿状，银灰色，两侧有缩凹，中心有缩松，晶粒细、致密，试片尖部无白口或宽度小于1 mm ～2 mm 白口，表明球化孕育良好。

2）炉前采用炉前检测仪，快速测出球铁主要化学成分、球化级别及力学性能。炉前控制球化级别1～2 级，低于2 级要查找原因，在下次球化孕育处理时要采取措施。

4 浇注过程

1）浇注温度。为减少铸件因浇注温度原因而产生气孔、浇不足、冷隔等铸造缺陷所造成的废品，将浇注温度控制在1340 ℃～1360 ℃.

2）浇注时间。为防止球化及孕育衰退，每包铁水必须在6 min 内浇注完毕。

3）浇注时应有人挡渣和引火。

5 生产监控效果

1）采用上述生产技术和质量控制措施后，几年来生产铸态QT450-10 高铁及消防设备上的配件达万吨以上，球化合格率98%以上，铸件合格率达95%以上。

2）根据合同要求，按批次抽检试样力学性能和金相组织（自检），同时按炉次自检化学成分，检查结果归纳如表2.符合产品要求。

表2 试样力学性能、金相组织和化学成分