小谈低温高韧性球墨铸铁件的生产.doc

小谈低温高韧性铁素体球墨铸铁件的生产 摘要：通过合理选择化学成分，改善球化处理，加强孕育，采取合理的热处理工艺，可以稳定的生产出合格的低温高韧性铁素体球墨铸铁件。 关键词：低温高韧性；球化；孕育；高温石墨化退火； 2010年3月，我们公司承接了美国坎派克公司的一种叫做密封法兰的零件，该零件牌号为ASTM A536 60-40-18，相当于国内的QT400-18, 该牌号要求：抗拉强度大于414Mpa，屈服强度大于275 Mpa，伸长率大于18%，试验环境温度是-20°，属于典型的低温高韧性铁素体球墨铸铁件。为达到上述要求，采用的球化剂是稀土镁硅铁合金；同时为了防止球化衰退，我们采取了比较严格的工艺控制措施：严格控制铁液的化学成分，提高残留镁量，降低残留稀土量，强化孕育降低浇注温度，采取合理的热处理工艺等措施。 一、生产方法 （一）化学成分的选择 1、碳和硅 （1）碳，含碳量多，析出的石墨量多、石墨球多。球径小、圆整度增加、提高铁液流动性； （2）硅，硅是强烈的促进石墨化元素。随硅量增加，铸件白口倾向减小，铁素体量增加，特别是以孕育方式加入时，增加量特别明显，且能细化石墨，使其分布均匀且提高圆整度。硅能固溶于铁素体，是铁素体基体强化，加入铁液中的硅能使石墨晶核大量增加，细化共晶团，提高韧性。但硅量过高，容易出现“白脆”，故硅量不能过高，原铁液中的硅量可选择在1.3%-1.5%范围内。 （3） 由于碳和硅均为促进石墨化元素，实际生产中往往需要一起考虑，CE过高易产生石墨漂浮，但过低又易产生缩孔、缩松等缺陷。故上限应以不出现石墨漂浮为原则，下限以不出现自由渗碳体，保证完全球化为宜。为了获得较好的铸造性能，CE常选在共晶点附近，一般碳量为3.60-3.80%，终硅量不仅影响石墨化程度，而且还影响石墨球数和铁素体量，所以含硅量一般控制在2.5-2.7%范围内，即CE为4.40-4.70%。 2、锰 锰能细化珠光体，增加基体中的珠光体数量，从而有利于提高强度。但是锰量增加，球铁结晶过程中过冷倾向也增加，促使碳化物的形成，锰量过高也易造成境界偏析，降低材料塑性，为此，锰含量越低越好。实际生产中，含锰量最好控制在0.45%以下。 3、磷 磷易产生偏析，也易引起铸件脆性，降低韧性，磷增高，还会使球铁的缩孔、缩松以及冷裂倾向增加，严重影响球铁件的力学性能，因此，必须严格控制。含磷量一般控制在0.05%以下。 4、硫 硫含量高必消耗较多的球化剂，易造成较多的硫化物杂质，影响球化及球化稳定，易造成皮下气孔，故要求铁液中的硫尽可能低。含硫量一般控制在0.02%以下。 5、残留稀土量 稀土在其中主要起两个方面的作用，其一是脱硫除气，净化铁液，保护镁，即起到球化或间接球化的作用；其二是与微量元素相互作用，消除有害的一面，发挥有利的一面。但是过量的残余稀土，会使球铁件的厚实部位的石墨形态恶化，尤其是产生碎块状石墨，严重影响其机械性能，降低铸件产品使用寿命，故残留稀土量应控制在0.02%-0.03%范围内。 6、为了获得良好的球化效果，阻止球化衰退，铁液中应该有足够的残余镁含量，为此，残余镁含量应控制在0.04-0.065%范围内。 （二）试块尺寸及制取 抗拉强度试棒及金相试样取自Y形式块的I处（见图1）， 力学性能试棒如图2。 （三）熔化工艺 熔化设备为500Kg中频感应电炉，为了使铁液成分稳定，采用济南钢铁厂生产的Q12球墨生铁，生铁与纯净碳素废钢做基本炉料。配料炉前成分为： 3.60%C、0.86%Si 、0.35%Mn、 0.03%P、0.03%S，其中含碳量通过添加增碳剂来调整，含硅量通过添加硅铁来调整。 （四）球化剂孕育工艺 球化剂采用稀土镁硅铁合金，其成分为7.09%Mg、3.26%RE、43.86Si，加入量为1.8%，粒度为20-30mm。为了使球化反应平稳，镁的吸收率稳定，球化处理温度控制在1430°C --1470°C。为了改善孕育效果，采用包内孕育和随流孕育相结合的方法，包内孕育采用SiFe75合金，加入量为1.30%，粒度为2-4mm；随流孕育用的粒度为1.0-2.0mm，加入量为1.65-1.85%。 二、生产结果 （一）化学成分 原铁液的化学成分：3.8%C、1.26% Si 、0.46 %Mn 、0.039%P 、0.017%S、0.030%Cr。 球化反应结束后铁液化学成分：3.62%C、2.69%Si 、0.43%Mn 、0.047%P 、0.013%S、0.032%Cr、0.063%Mg、0.025%RE. （二）热处理工艺 为使铸件伸长率大于18%，经过查阅资料，决定采用高温石墨化二段退火工艺。 （三）附铸的Y型试块力学性能 结果如下： 抗拉强度456Mpa，伸长率20.4%，HB为145。该性能完