灰鑄鐵

高牌號灰鑄鐵一般是指HT250以上的灰鑄鐵。在生產(chǎn)過程中，大體可分為以下形式：一種是孕育鑄鐵；另一種是合金鑄鐵（這里主要介紹稀土灰鑄鐵）。下面就此兩種高牌號灰鑄鐵淺談一下自己的看法和認(rèn)識。

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一、孕育鑄鐵

在灰鑄鐵中，石墨是以片狀形式存在的，片狀石墨的存在，嚴(yán)重地破壞了鐵基體的性能。為了提高機(jī)械性能，就必須減少石墨片的數(shù)量。孕育鑄鐵實質(zhì)上就是通過減少石墨片數(shù)量并加入適量的孕育劑使共晶團(tuán)細(xì)化的方法來獲得較高的力學(xué)性能。

灰鑄鐵中，主要元素為C、Si、Mn、S、P。其中C、Si、P是促進(jìn)石墨化元素，而Mn、S為阻礙石墨化元素。為了減少石墨片的數(shù)量，就必須降低C、Si、P的含量，同時提高M(jìn)n、S的含量，故其碳當(dāng)量CE=C+1/3（Si+P）一般來說都較低，都屬于亞共晶鑄鐵Sc＜1，但是由于碳在鑄鐵中以兩種形式存在，一種是游離態(tài)的石墨；另一種是化合態(tài)的滲碳體，如果碳當(dāng)量過低，那么鑄鐵在冷卻過程中碳就會全部形成滲碳體，而使鑄鐵成為白口鑄鐵，力學(xué)性能不佳。所以在生產(chǎn)孕育鑄鐵過程中，首先要進(jìn)行化學(xué)成分分析，來選擇合適的碳當(dāng)量，使碳元素在凝固過程中除形成滲碳體外，還要有少量石墨存在，以便使鑄鐵的內(nèi)部組織出現(xiàn)珠光體，而獲得高的力學(xué)性能。

在實際生產(chǎn)孕育鑄鐵時，由于在原鐵液中還要加入硅基孕育劑，故在選擇原鐵水成分時一般是選擇其碳當(dāng)量CE在白口區(qū)或麻口區(qū)邊緣的附近，這就要視所生產(chǎn)的孕育鑄鐵的牌號而定，然后稍加入孕育劑就會使灰口鑄鐵基體呈現(xiàn)細(xì)致的珠光體。

對于Mn和S元素，它們都是有利于形成珠光體的元素，在鐵液中Mn和S元素還會發(fā)生反應(yīng)，生成MnS渣滓，故在生產(chǎn)孕育鑄鐵時，還需要增加Mn元素的含量。而對于S元素，就要視鑄件的實際結(jié)構(gòu)狀況，在鑄件不產(chǎn)生裂紋的情況下，可以放寬對其的控制范圍，某些情況下，甚至于是人為提高其含量。

至于孕育劑的加入方式，一種是在出鐵時加入，還有在澆注過程中隨流孕育或型內(nèi)孕育，這就要視具體情況靈活掌握。由于孕育方式的不同，孕育劑的加入量也會有所變化。

孕育過程是對原鐵水短時間的一種作用，故對鐵水的澆注時間必須加以限制，如果澆注時間過長就會失去孕育效果，使鑄件的力學(xué)性能降低。

二、稀土合金鑄鐵

在生產(chǎn)孕育鑄鐵時，需配入大量的廢鋼，如果利用沖天爐進(jìn)行熔煉有時可能會有困難，況且由于鑄造業(yè)的發(fā)展，廢鋼供不應(yīng)求，有時會直接影響生產(chǎn)。為此我們必須考慮一種新的生產(chǎn)方案，在不用或少用廢鋼的情況下生產(chǎn)高牌號灰口鑄鐵，那么這種工藝就是利用稀土合金進(jìn)行對高牌號灰口鑄鐵的熔煉。首先我們來了解一下稀土合金的作用：

（1）稀土元素是強脫硫劑。

（2）殘留在鐵水中的稀土元素會使灰口鑄鐵的石墨形態(tài)發(fā)生明顯改變。

（3）稀土能使鑄鐵結(jié)晶過冷度加大，妨礙凝固過程石墨化，增加白口傾向。

孕育鑄鐵碳當(dāng)量較低，均屬于亞共晶鑄鐵，而稀土灰鐵則不然，其屬于是共晶或過共晶鑄鐵。因為在亞共晶鑄鐵中加入稀土元素，凝固時共晶石墨要在奧氏體枝晶間析出，由于稀土對鑄鐵結(jié)晶時的過冷作用大，這種枝晶間石墨常以過冷石墨析出，故機(jī)械性能惡化。而對于共晶或過共晶鑄鐵情況就有所不同，稀土元素在加入后會使鑄鐵組織發(fā)生明顯的變化。在加入少量稀土合金時，石墨仍為片狀，只不過分布稍均勻而已，繼續(xù)增加稀土合金達(dá)到一定數(shù)值時，石墨形狀會發(fā)生急劇的變化。變成短而粗的蠕蟲狀，并有少量球團(tuán)狀石墨，繼續(xù)增加稀土元素，則蠕蟲狀石墨比例將會減少，而球團(tuán)狀石墨逐漸增多。達(dá)到一定程度時，則由于它的過冷作用強，在基體中會出現(xiàn)部分萊氏體組織，這種組織上的變化必然引起機(jī)械性能的變化。如果在此基礎(chǔ)上增加稀土量，則基體中萊氏體量就會增多，機(jī)械性能將有所下降。

綜上所述，要想利用稀土元素熔煉高牌號灰口鑄鐵，其所必備的兩個條件是：

其一，原鐵液必須是共晶或過共晶成分，其碳當(dāng)量CE=4.3%-4.8%。

其二，用稀土合金處理后的鐵水中，必須殘留一定量的稀土元素，經(jīng)多次測定，殘留Re=0.06%-0.1%。

因為稀土是強脫硫劑，故加入稀土合金處理后的鐵水一般含S量都比較低，大約在0.01%-0.02%左右。

此外在熔煉稀土灰鐵時，為了增加基體中珠光體的含量，通常還需要配以一定數(shù)量的Mn，Mn一般取在0.5%-1.5%之間。

實際生產(chǎn)中，為了確保稀土灰鐵的質(zhì)量，必須要對處理后的鐵水進(jìn)行爐前取樣檢驗，通常采用三角試塊。試樣斷口以頂部及兩側(cè)有輕微縮凹，斷口呈銀灰色，組織致密，中心有輕微縮松并且試樣尖端有一定白口寬度者為最佳。如果三角試塊頂部及兩側(cè)有較大縮凹，中心縮松明顯，斷口呈銀灰色，白口寬度亦很大，則說明稀土合金加入過量，應(yīng)降低其加入量，同時要強化孕育；反之，則說明稀土合金加入量不足，應(yīng)適當(dāng)加大稀土合金加入量，以便使斷口的白口寬度達(dá)到一定的數(shù)值。

經(jīng)過多次試驗，利用稀土合金熔煉高牌號灰口鑄鐵是完全可行的，其抗拉強度一般均≥350MPa。

以上是生產(chǎn)高牌號灰口鑄鐵的兩種方法，當(dāng)然還有其他熔煉高牌號灰口鑄鐵的方法，如加入一定量的Cu、Ni、Cr等合金元素對鑄鐵實施合金化。不管怎樣，我們只有在工作中不斷探索，不斷認(rèn)識新事物，才能提高我們的專業(yè)知識水平，更好地為生產(chǎn)服務(wù)。

內(nèi)容簡介

《高性能灰鑄鐵材質(zhì)控制技術(shù)與應(yīng)用》是李平博士和李鋒軍博士兩位作者結(jié)合自己的切身體會和國內(nèi)外的灰鑄鐵研究成果，融會貫通，歸納闡釋精心寫成?！陡咝阅芑诣T鐵材質(zhì)控制技術(shù)與應(yīng)用》總結(jié)和論述了生產(chǎn)高性能灰鑄鐵件的技術(shù)要點和最新的發(fā)展動向，對從事灰鑄鐵件研究和生產(chǎn)工作的鑄造工作者有較大的幫助。相信《高性能灰鑄鐵材質(zhì)控制技術(shù)與應(yīng)用》的出版，將對推動灰鑄鐵生產(chǎn)質(zhì)量的提高，為我國的鑄造業(yè)在由鑄造大國向鑄造強國的發(fā)展過程中發(fā)揮良好的作用，作出一定貢獻(xiàn)