机车用灰铸铁件组织中E型石墨的消除

孙云山，王 岩，刘海坤，吕宇靖

（中国北车集团大连机车车辆有限公司，辽宁 大连 116000）

灰铸铁中石墨的数量、形态、长度以及分布对铸铁的力学性能都有着明显的影响。在GB721—87《灰铸铁金相》标准中载有其典型分级图谱。按石墨形态区分共有六种类型：（1）A 型（直片状）石墨（2）B 型（玫瑰花状）石墨（3）C 型（粗大厚片或块状）（4）D 型（枝晶点状）石墨（5）E 型（枝晶片状）石墨（6）F型（星形）石墨［1］。现在很多灰铸铁件要求 A型石墨达到95%以上。

大连机车车辆有限公司铸铁车间主要负责机车及柴油机铸件，随着机车高速、重载的要求，对机车零部件的使用性能要求也越来越严格。很多机车用灰铸铁零件都开始对石墨形态检查有所要求，石墨形态开始作为验收的主要项目之一，要求产品石墨形态为A型石墨。这就对生产灰铸铁产品提出了更高要求。

大连机车车辆有限公司铸铁车间在生产灰铸铁机车零件摇臂箱、闸瓦等产品过程中经常在金相中出现E型石墨，这一问题严重影响了灰铸铁产品的质量。

车间熔炼采用5 t中频和5 t工频感应电炉。采用的是本溪生产的生铁，原处理工艺采用的是普通FeSi75孕育处理。工艺要求铁水成分范围：ω（C）=3.0%～3.3%，ω（Si）=1.1%～1.3% ，ω（Mn）=1.0%～1.2%，ω（S）≤0.15%，ω（P）≤1.0%，每包次铁水为 1 t左右。

1 E型石墨产生原因及危害

1）E型石墨也是一种过冷石墨。是在过冷度比产生D型石墨更大时形成的，因此其分布更不均匀，方向性也更明显，E型石墨对基体有割裂做用，对铸件的使用性能危害较大，不可以出现。

2）石墨的遗传性。在灰铸铁生产的熔炼过程中，熔炼温度低时，粗大石墨不易被消除或者细化，在随后的凝固重结晶过程中，只要存在原始状态石墨，碳原子就会以原石墨为生长核心基础，并且以原石墨形态方式生长，造成石墨的大小不均匀及尖头石墨。由于生铁中的过共晶石墨是由生铁冶炼生产过程所决定的，为了在铸铁熔炼过程中改变生铁中原有石墨形态，得到理想中的A型石墨是很困难的，必须保证熔炼的最高温度达到一定的范围才能使石墨形态发生转变。通常采用过热处理，过热温度在1500℃～1520℃。

对没有处理过的全生铁熔化的铁水取样分析，发现：在原生铁中（未经孕育处理的铁水）存在E型石墨的情况下，产品组织存在E型石墨概率较大；而原铁水中石墨为A型石墨的情况，产品金相组织中就没有产生过E型石墨（图1）。

对生铁直接做金相观察，发现一部分生铁组织中也存在E型石墨如图2。

通过分析得出的结论是：现有机车灰铸铁产品金相组织中的E型石墨是由遗传原因产生的。

图1 原铁水金相组织（100×）

图2 生铁金相组织（100×）

2 工艺改进

针对这种情况采用新的工艺代替原有的FeSi75孕育处理的工艺。新工艺为：熔炼过程中过热到1510℃～1520℃，保温时间在3min左右，保温时间不可过长，应严格控制，时间过长会导致铁水形核能力下降。FeSi75加硅钡复合孕育剂孕育，FeSi75孕育剂在增加共晶团数量，细化晶粒，促进A型石墨方面作用较强，但孕育效果持续时间短［2］，对于一包多箱浇铸不利，采用FeSi75加硅钡复合孕育剂既保证了孕育效果又延长了孕育时间；处理铁水过程中在包内加增碳剂1 kg/t，增碳剂的加入，提高了铁液的石墨化能力，并且为石墨生长提供了核心［3］。

表1是原铁水和经工艺改进后孕育处理过的铁水组织。从表1的检测结果可以看出，经工艺改进后孕育处理过的铁水已经完全消除了E型石墨，石墨类型完全为A型。图3为工艺改进后孕育处理生产的产品实物金相组织。

表1 原铁水和处理后铁水组织

图3 孕育处理后的金相组织A型石墨（100×）

3 结 论

经实际生产证明：以FeSi75和硅钡复合孕育剂代替原FeSi75孕育，并且在孕育处理过程中加入增碳剂，这一工艺方法有效的抑制了机车灰铸铁件组织E型石墨的产生。

［1］刘超锋，纪莲清，刘建秀.孕育剂对灰铸铁件不同性能的影响［J］.铸造，2007（10）：1078-1081.

［2］严青松，魏伯康，刘为作，等.感应炉熔炼增碳工艺对铸铁组织和性能影响的研究［J］.现代铸铁，2002（2）：17-20.

［3］T Sjogren，Persson P E，王晓清.灰口铸铁中石墨分布的优化［J］.铸造设备与工艺，2010（5）：42-45.