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球铁铸件球化孕育处理及原料组分选择其一、球铁球化孕育处理发展
多年来，许多工程师和研究人员都在研究一种提高铸铁球化和孕育效果的办法。薄壁球墨铸铁和厚壁球墨铸铁的球化方法和孕育处理工艺受到较大的重视。型内孕育由于孕育剂在型内进行，铸件凝固时间短，球化和孕育的效果好，是目前球墨铸铁球化和孕育处理的新发展。这种工艺是在浇注系统中设计孕育处理室，把孕育剂直接放入型内反应室或者放入冒口颈、横浇道或铸件内浇口的上游型腔内进行处理，在充型过程中完成孕育处理，具有良好的球化和孕育效果。进行型内孕育时要注意的问题有，所加的合金必须完全溶解，而且要保证从浇注开始直到终了都具有适当的浓度均匀性；不允许将未溶的剩余合金带入铸件内部，同时浇注系统要设计集渣装置，防止反应熔渣进入铸件。为了满足这两个方面的基本要求，首先从孕育剂的物理形状出发，合金的物理形状有：单一块状、松散粒状、密集粒状或根据需要而具有的特殊形状；一般国外采用单一块状合金的孕育剂，其尺寸设计应能保证在浇注终了时，孕育剂反应完全。型内孕育处理工艺的优点为处理过程反应平稳、孕育剂吸收率高、孕育衰退倾向较小。
稀土硅与球化剂同时添加后，普通孕育与型内孕育方法可以分别获得铸态薄壁新型高强度球墨铸铁件和Y型铸态高强度球墨铸铁件。利用高纯生铁(3.9%C(质量分数，下同)、0.01%Si、0.05%Mn、0.01%P、0.006%S)、电解铁、Fei-Si、Fe-Mn、S-Fe及纯铜，用10kHz，20kW的高频电炉溶制最终目标组成为3.7%C(质量分数，下同)、2.5%Si、1.0%Mn、0.02%P、0.012%S及1%～2.5%Cu的球墨铸铁原铁水；铁水温度1773K时用Fe-Si-Mg-RE(5.95%Mg(质量分数，下同)、2.35%RE)球化剂浇包法球化处理，考虑原铁水S含量RE目标值为0.05%，不足的RE量用RE-Si补充(其中w(RE)=31.7%)，与球化剂同时加入。球化反应后用质量分数为0.4%的Fe-Si进行孕育处理，在1673K时浇入!10mm试样铸型，用!10mm铸件加工为!6mm标准拉伸试样，进行拉伸试验。结果表明：w(Cu)=2.5%的试样抗拉强度超过1200MPa、伸长率3%、硬度310HB。获得与奥贝球墨铸铁相匹敌的铸态新型高强度、低硬度球墨铸铁。观察显微组织发现：其组织为无渗碳体析出的全珠光体基体上分布有球化良好的小球径石墨，而且珠光体很细化。分析认为：通过添加与原铁水中S量相对应的RE量，在铁水中形成充当石墨核心的硫化物，当石墨核心数增加到临界白口石墨球数以上时，石墨化作用抑制了渗碳体形成的同时，使锰、铜加入量提高成为可能；二者分布在珠光体基体上，锰促进珠光体中渗碳体形成，而铜阻碍固溶于奥氏体中的碳原子向石墨球扩散从而形成细化的珠光体基体，可以铸态获得高强度球墨铸铁。
其二、球墨铸铁原料组分选择
和灰铸铁相比，球墨铸铁具有高强度、高伸长率、高冲击值的优点；和碳素钢及合金钢相比，球墨铸铁具有较好的铸造、加工性能。因此，球墨铸铁件在各领域得到广泛应用。近年来，很多场合需要使用低温下具有高强度、高冲击值的耐低温球墨铸铁件。随着风力发电装置的需求量不断增加，耐低温性能球铁的需求量也大幅度提高。与普通球墨铸件相比，耐低温球墨铸铁件的生产，在成分的选择和生产工艺上具有其独特的要求。
1、采用质量好的原材料
(1)采用高纯球生铁。Si低于0.8%，Mn低于0.2%，P、S均低于0.03%。其余微量元素(包括Ti、As、Cr、Cu、Sn、Al、Zn、Pb等)总和不大于0.03%。而且各项成分合格稳定。
(2)采用炭素结构钢的边角余料，配以适当的增碳手段，运用电炉熔炼。要求使用的材料种类单一，杂质含量低。材料表面无锈蚀，如果有条件，废钢在使用前要除锈、烘干，熔炼中不可以加入潮湿的废钢等材料，防止铁液中H、O等气体含量超标。加入的废钢要考虑微量元素和合金元素的含量，其优点在于：①易于获得合格成分铁液；②减少杂质元素的晶间偏析；③减少微量元素含量，干扰球化，防止生成碳化物；④提高塑性-韧性性能。
2、化学成分的选择
控制关键元素的含量。尤其是Si，Mn、P、S的含量，每一种都不能超标。
C含量一般控制在3.1%~3.5%。虽有出现缩松、裂纹倾向，但可以通过低温浇注、依靠凝固中的自膨胀以及良好的孕育给以解决。同时，较低的C含量可以减少与之匹配的球化剂的加入量(球状石墨的晶核存在较多的球化元素反应产物)，从而降低产品中的RE含量，使产品的珠光体含量减少，脆性降低。
Si的含量一般控制在1.9%~2.5%。Si如果控制不当，将使塑性脆性转变温度显著提高，Si含量的控制是生产低温球铁的关键。超过2.5%时，Si的含量每增加0.1%，产品开始变脆温度提高10~15℃。如果主加原材料含Si量较低，在能够保证充分孕育情况下，适当降低Si的含量也是可行的。
P、S均属于杂质元素。它们以化合物的形式存在于晶界周围，使材料的强度值和冲击性能大为下降。S又与Mg发生化学反应，生成MgS熔点杂质。一方面使球化剂的加入量增加；另一方面，使球化效果减弱。实践证明，原铁液中二者的含量都控制在0.025%以下，产品的力学性能和球化效果均比较理想。
Mg和RE二者在产品中含量均不得超过0.03%，而且在保证良好的球化效果下越低越好。
泊头市艺兴铸造厂(http://www.btyxzz.com)主要产品有搅拌机配件、灰铸铁件、减速机轴、机械加工、端面铣床加工等业务。
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