对影响灰铸铁件试棒强度因素的分析

霍明新

（广西玉柴机器股份有限公司铸造厂，广西 玉林 537005）

众所周知，在铸造行业，往往使用单铸试棒，对单铸试棒抗拉强度值进行检测，通过判定试棒强度值是否符合验收标准的方法来作为判断一批产品强度性能是否合格的依据。故，单铸试棒强度值是否合格显得尤为重要。我公司铸造厂A车间在一段时间内生产浇注的试棒强度出现批量不合格，给公司、厂、车间带来了诸多损失和麻烦。在此期间，A车间对影响灰铸铁试棒强度的因素进行了逐一试验分析探讨，找到了一些影响试棒强度的关键因素，为日后控制灰铸铁试棒强度性能积累了宝贵经验财富。

1 试棒生产工艺简介

1.1 熔炼工艺

熔化工艺使用冲天炉+工频炉双联熔炼，即由冲天炉熔炼铁水，然后把冲天炉熔炼出来的铁水转到工频炉内，进行升温、调整成分。待铁水温度、成分等符合工艺要求后，工频炉出铁槽冲入法出铁随流孕育处理。

1.2 试棒铸型制造工艺

使用正常生产铸件产品用的潮模砂，进行人工紧实法制造试棒铸型。在制造试棒铸型过程中，需要注意控制潮模砂的水分、铸型的硬度，以确保试棒铸型质量。

1.3 浇注工艺

试棒浇注工作由人工完成，即在当包铁水浇注铸件产品前，从待浇注的铁水包内倒出一定量的铁水，充满小的手端浇注包，然后人工手端小浇注包把铁水浇注入已筑好的试棒铸型内，即完成试棒样的浇注工作。

2 抗拉试样准备及强度值检测

2.1 抗拉试样准备

将清理后的试棒在车床上车成抗拉试样，抗拉试样[1]形状见图1。

图1 抗拉试样

图1中所示各部位尺寸见表1。

表1 抗拉试样尺寸 （mm）

2.2 强度值检测方法

将抗拉试样固定夹持在液压式万能材料试验机上，施加拉力，当试样被拉断时，就会在液压式万能材料试验机显示面板上显示出强度值。

3 试验分析

3.1 试验废钢对试棒强度的影响

废钢是生产灰铸铁时不可缺少的原材料之一，其质量对冲天炉熔炼过程有直接影响，从而影响铁水质量。国内铸造厂对废钢的要求也不尽相同，有相当比例的铸造厂使用质量不是很好的杂废钢，有条件的铸造厂才使用冲压件边角料废钢。我公司铸造厂大多数情况下使用废旧厂提供的杂废钢。在我公司铸造厂A车间出现批量试棒强度不合格期间，在保证其他条件不变的前提下，仅把冲天炉熔炼用废钢由废旧厂提供的杂废钢调换为表面干净、块度均匀的冲压件边角料废钢，试验使用了一段时间，期间仍出现试棒强度不合格现象。结论：废钢不是造成试棒强度不合格的主要因素。

3.2 试验焦炭对试棒强度的影响

焦炭是冲天炉熔炼的燃料，正是依靠焦炭燃烧释放出的热量来达到熔炼金属炉料获得铁水的目的。焦炭的质量对冲天炉熔炼起着至关重要的作用。高质量的焦炭可以熔炼出高质量的铁水。在试棒强度出现批量不合格期间，为了验证不同质量焦炭对试棒强度的影响，在其他条件不变的前提下，我们使用两个厂家生产的焦炭进行冲天炉熔炼对比试验。使用A焦炭厂家供应的焦炭时，现场实测冲天炉熔炼出的铁水温度在1470℃～1490℃；使用B焦炭厂家供应的焦炭时，现场实测冲天炉熔炼出的铁水温度在1500℃～1520℃。使用B焦炭厂家供应的焦炭，铁水温度、成分均优于A焦炭厂家供应的焦炭，但使用B焦炭厂家供应的焦炭进行冲天炉熔炼铁水浇注试棒期间，仍出现了试棒强度不合格问题。结论：焦炭不是造成试棒强度不合格的主要因素。

3.3 试验孕育剂对试棒强度的影响

起初，A车间批量出现试棒强度不合格时，技术人员有两个观点，一个观点是认为与孕育过程有关，此观点提出的理由是在抗拉强度不合格的试棒金相中均存在一定比例的E型石墨；另一个观点是认为与孕育剂本身有关，此观点提出的理由是近两年孕育剂材料价格在迅涨，而孕育剂生产厂家为了追求利润，在孕育剂某些关键元素上进行控制。为验证是否与孕育过程有关，A车间开展了高温出铁再进行二次倒包工艺。试验结果表明试棒强度仍不合格。为验证是否孕育剂本身的问题，A车间随机取孕育剂样品送外委托专检单位进行孕育剂成分检验，检测结果显示孕育剂各元素成分均符合公司原材料技术标准。

为进一步验证孕育剂对试棒强度的影响，A车间申购了少量另外一种新的硅钙钡孕育剂开展与原用稀土钙钡孕育剂的对比试验。对比试验前提：同一炉铁水、孕育量相同、出铁温度相同。试验结果表明使用新采购的硅钙钡孕育剂进行孕育处理浇注的试棒强度比使用原稀土钙钡孕育剂孕育处理浇注的试棒强度高10～20个强度单位。分析认为新购的硅钙钡孕育剂为高硅孕育剂，石墨形核能力强，增加共晶团数量，强度得以提升。但后续加工发现使用硅钙钡孕育剂进行孕育处理生产的铸件渗漏率高，不适用于A车间生产的产品上。结论：孕育剂类型对试棒强度有较大的影响。

3.4 试验生铁对试棒强度的影响

生铁是生产灰铸铁件的关键原材料之一，众所周知，生铁具有遗传性且对铸件产品内在质量有间接影响。所以试棒强度出现批量不合格，生铁被视为影响因素之一不奇怪。为验证生铁对试棒强度的影响，在其他各条件不变的前提下，从某一天起，换了B生铁厂家的生铁，停用原A生铁厂家的生铁，使用B生铁厂家供应的生铁连续生产了两个月，从未出现试棒强度不合现象。由此确定原厂家生铁是造成试棒强度批量不合格的主要原因。但究竟是生铁的哪个方面带来如此结果。为此，公司铸造厂技术人员对原A生铁厂家供应的生铁及B生铁厂家供应的生铁大量取样解剖进行金相分析，结果发现A生铁厂家供应的生铁金相中存在不少的F型、E型石墨，见图1，而B生铁厂家供应的生铁金相中的石墨形态为A型石墨及C型块片状石墨，见图2。

资料[2]分析认为生铁中的E型、F型石墨在冲天炉熔炼条件下，不足以完全消除，遗传留下来的可能性比较大，最终表现在试棒抗拉强度偏低甚至不符合标准现象。结论：生铁质量对试棒强度有直接的影响。

3.5 试验型砂对试棒强度的影响

图1 A生铁金相中石墨形态

图2 B生铁金相中石墨形态

在进行内部分析试棒抗拉强度不合格问题时，有人提出是否与使用筑试棒铸型的型砂有关系的意见，为验证这个观点，A车间使用自己车间的型砂筑试棒铸型，又分别从B车间、C车间拉型砂来筑试棒铸型，使用同一包铁水浇注试棒，试棒同时开箱并同时送检验部门，抗拉试样由同一个人车成，也由同一个人检测抗拉强度，试验结果证明使用不同型砂筑试棒铸型浇注的试棒抗拉强度值相差无几。结论：型砂对试棒强度影响不大。

3.6 试验工频炉熔炼工艺对试棒强度的影响

对工频炉熔炼工艺，行业内看法不一，主要是对工频炉精炼时间的理解不一致。冲天炉铁水成分往往与最终铸件产品的成分要求有差别，需要往工频炉内添加增碳剂、废钢、硅铁、硅锰合金、铬铁、硫铁矿等辅料进行成分调整，以满足终产品成分要求。这个升温、成分均匀化的过程即为精炼。对于精炼时间，有两个观点，一个观点认为往工频炉内添加辅料后通电升温即开始计算精炼时间。另一个观点认为往工频炉内添加辅料后通电升温到某一温度值后，在这一温度值之上铁水存在的时间方为精炼时间。车间实际生产过程中一直是按照第一个观点执行的。在出现批量试棒抗拉强度不合格期间，车间对第二个观点进行了试验验证。将工频炉精炼温度在原来基础上提升10℃～20℃，保证精炼时间不少于15 min，按此工频炉熔炼工艺，大批量连续生产了4 d，但事实证明试棒抗拉强度仍出现不合格，而且在此试验期间，还发现在精炼时间、温度得到充分的保证后，反而出现共晶团等级变大（共晶团数量减少）、E型石墨比例增加的现象，即往反向发展了。结论：工频炉熔炼工艺对试棒强度有影响。

4 结 论

1）生铁内在质量，特别是其石墨形态对铁水质量有着举足轻重的作用，进而直接影响试棒抗拉强度等机械性能。

2）孕育剂类型不同，对试棒抗拉强度有着直接的影响，稀土钙钡孕育剂对防止铸件渗漏有着非常明显的优势；而硅钙钡孕育剂对提高试棒抗拉强度有些优势，但对铸件渗漏不利。

3）使用冲天炉进行熔炼铁水时，所使用的废钢质量、焦炭质量对铁水质量有一定的影响，但通过后续其他工艺或方法可以弥补其不足，对试棒抗拉强度（铁水牌号）影响不是很大。

4）工频炉熔炼工艺对试棒强度有影响，但需要把握一个度，把握不好会适得其反。

5）使用不同型砂筑试棒铸型浇注试棒对试棒抗拉强度影响不大。

［1］中国家标准化管理委员会.GB/T 9439-2010灰铸铁件［S］.北京：中国标准出版社，2010.

［2］孙云山，王岩，刘海坤，等.机车用灰铸铁件组织中E型石墨的消除［J］.铸造设备与工艺，2010（6）：41-42.