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生产厚大断面球磨铸铁的关键控制点

1如何防止厚大断面球铁的石墨畸变和球化衰退

石墨形态是影响球铁铸件性能的关键性因素，厚大断面球铁件断

面厚、热节多、凝固时间长，极易发生石墨畸变，一般有以下几种石

墨形态：不规则的球状石墨、团絮状石墨、片状石墨、蠕虫状石墨、

开花状石墨、碎块状石墨。

球化衰退也就是绝大数石墨成球失败，出现求化衰退的原因是镁

量和稀土随着铁液停置时间的延长而发生衰减。镁和稀土与氧的亲和

力大于与硫的亲合力，所以浮在铁液表面的MgS、Ce2S3夹杂物与

空气中的氧反应生成S，S与Mg和Ce反应消耗镁量和稀土，出现回

硫现象，使铁液中球化元素的残留量低于石墨化所需的临界值时而产

生球化级别严重下降。

减少球化衰退的措施有以下几点：

1）通过合理的生产组织安排，缩短铁液停置时间；

2）降低原铁液含硫量（＜0.012%）；

3）转运铁水过程中合理覆盖液面；

4）适当增加球化剂加入比例。

开花状石墨是厚大断面球墨铸铁中最常见的畸变石墨，开花状石

墨恶化了铸件上表面的质量和力学性性，增加了铸件装机后运转的风

险。开花状石墨的形成机理如下：共晶前期形成的石墨球在浮力作用

下向上漂浮，聚集在铸件的上表面形成开花石墨。当石墨的固-液界面

前沿存在过量的Ce、Mg的不均匀吸附时，破坏规则分支的生长，使

石墨分支的基面生长速度远大于石墨分支柱面的生长速度，造成石墨

在过冷区发生不均匀的包状分叉，导致开花石墨形成。厚大铸件的上

表面往往RE、Mg偏高，容易提供漂浮的生长环境。

开花状石墨与碳当量和铁液的冷却速度有关，还与浇注温度有关。

碳当量越高、铁液冷却速度越慢、浇注温度越高石墨漂浮开花的可能

性就越大；中小型铸件的碳当量4.3%-4.7%，但是对于厚大断面的球

铁碳当量控制在4.3%-4.4%，浇注温度在不影响铁水流动性的条件下

尽可能低，一般在1300℃-1360℃为宜；控制碳硅与残余稀土的含量

以及提高冷却速度可以减少漂浮石墨形成。另外可使用铸铁冷铁加速

冷却，利用球状石墨外围奥氏体晕圈提早形成，增大石墨球比重，减

小上浮趋势。

2解决碎块状石墨应注意哪些问题

碎块状石墨是厚大断面球墨铸铁中或是在热节部位经常出现的畸

变石墨。出现碎块状石墨的部位，材质疏松，力学性能下降，特别是

塑性指标明显降低。所以厚大断面球铁中出现碎块状石墨是目前国内

外铸造领域研究与生产面临的难题。

由于厚大断面铸件的铁水凝固过程十分缓慢，形成的共晶团粗大，

而这种碎块状石墨分支频繁和细小，在铁液对流的作用下，有可能把

靠近共晶团边界的石墨冲走，形成游离的碎块。其次凝固缓慢，析出

的石墨比一般初生石墨球大得多。当尺寸很大时形成内应力，内应力

随石墨球的长大持续累积，最后石墨球破裂形成碎块。

根据日月公司多年的控制经验，防止碎块状石墨的产生，应从以

下几个方面优化工艺控制：

1）厚大断面球铁碳当量在4.2%-4.4%，并采取较低的含硅量；

2）稀土含量不超过0.03%，镁量不小于0.05%；

3）还可以加入微量元素锑来提高石墨圆整度；

4）多次孕育和型内孕育同步使用；

5）可使用适量的钇基球化剂；

6）采用铸铁冷铁来提高铁水冷却速度等。

3合理的化学元素控制和孕育处理是生产厚大断面球铁的核心

对于厚大断面球墨铸铁，由于合金元素很多，宏观偏析和微区偏

析都会加剧。厚大断面球铁的韧性更多依赖于铁素体的面积分数。铁

素体球墨铸铁具有强度、塑性和韧性综合性能好等特点，对于厚大断

面球铁铸件，一般要求铁素体基体。

通过孕育处理可以控制铸态球墨铸铁的基体组织，特别是球墨铸

铁中的铁素体含量。孕育处理是球墨铸铁生产中必不可少的环节，可

减少白口倾向，减少元素偏析，提高球化率，促进铁素体化，抑制石

墨畸变。合适的化学成分是保证球铁组织和性能的必要条件，通常，

化学成分的选择由要求的性能和铸件断面尺寸决定，低温厚大断面球

铁对成分的要求更为严格。

碳当量CE和硅Si均是促进石墨化的元素。随着碳当量CE的增

加，球状石墨数量增加，畸变石墨数量减少，Si高有利于石墨化，并

且基体易于形成铁素体，故铸态厚大断面铁素体球铁Si量应尽可能高。

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