中频炉熔炼高强度灰铸铁A 形石墨的控制

岳 海，赵超云

（邵阳维克液压股份有限公司，湖南邵阳 422001）

HT300的液压油泵铸件在由冲天炉改用中频感应电炉生产时，产品试验时出现容积效率不稳定现象，通过液压工程师各种试验及对比分析，最终把关注点放在了油泵最关键的一对摩擦副材料上，而这对关键摩擦副材料采用的就是我公司自行生产的HT300灰口铸铁。我们将中频炉生产的铸件与公司所要求达到的《液压件铸件验收技术标准》进行对比后发现，材料中A型石墨的含量远远达不到标准所要求的80%的数量，为此，我们提出控制铸件石墨型态，提高A型石墨比率的攻关课题。

1 取样调查

对比原冲天炉生产的铸件以及公司技术标准，通过金相分析发现，我们现在中频炉生产的铸件，抗拉强度和基体组织中珠光体含量等都能满足标准的要求，唯一不能达标的是石墨形态。原冲天炉熔炼的铸件中A型石墨能达到标准所要求的80%，而现在中频炉熔炼生产的铸件A型石墨含量只能达到40%～50%左右，存在很多的D、E形石墨如图1、图2。抽取3件试验不合格零件做化学成分分析见表1，金相检测结果见表2.

图1 改进前3号试样30%A+70%D、E

图2 改进前2号试样50%A+50%D、E

2 生产现状及分析

1）熔化设备为1t中频感应酸性炉衬电炉。

2）每炉金属料1t，其中废钢300kg，废钢屑100kg，回炉铁600kg，75硅铁8kg，65锰铁8kg，增碳剂12kg，增硫剂6kg.

3）采用炉内孕育，75硅铁在出铁前加入电炉内，搅拌熔解，加入量为0.8%。

4）铁液出炉温度1460℃～1480℃，浇注温度1300℃～1380℃.

表1 化学成分与力学性能

表2 金相检测结果

中频电炉熔炼的特点是铁液过冷度与白口倾向大[1]，而回用的钢屑大部分为40Cr、38CrMoAl、20CrMnTi等合金钢材料，反石墨化元素多，更易产生D、E型石墨，而单次孕育的方式，随着浇注时间的延长，容易造成孕育衰退。

3 实 验

围绕如何提高铸件中A型石墨的比率，有效控制石墨形态，我们持续进行了数十次的全程跟踪试验，并从铸件本体直接取样进行基体组织和石墨形态的检测，通过金相分析来指导试验，试图找出各种不同控制条件下生产的铸件与技术标准的差异。

A型石墨需在冷却速度较低、过冷度较小的情况下形成，呈均匀分布的弯曲片状，其长度因铸铁的生核条件和冷却速率而不同。根据A型石墨的结晶析出原理和生长机制，通过控制炉料配比、铁液的熔炼过程、出炉温度、浇注温度、浇注时间以及后期孕育处理等方法进行了不同的试验。

首先，对炉料配比进行调整如下：

Z18生铁50kg，回炉铁600kg，废钢350kg，75硅铁7kg，65锰铁8kg，增碳剂14kg，增硫剂5kg。

不同的浇注温度和孕育方法等，都会对石墨形态造成很大的影响。表1和表2为跟踪试验的典型对比数据资料，把试验的铸件与实际产品性能试验结果结合起来，找到了铸件满足产品性能要求的控制方法，虽然离A型石墨80%的技术标准要求还有一点距离，但在中频炉熔炼中运用常规手段稳定地获得60%～75%的A形石墨（见图3、图4），还是值得同行借鉴的。

图3 改进后3号试样70%A+30%D、E

图4 改进后2号试样70%A+30%D、E

3.1 多级孕育

采用三级孕育处理方式，出铁时用粒度为5mm～10mm的75硅铁随流孕育，加入量为0.45%，转包时用粒度为3mm～5mm的75硅铁孕育，加入量为0.2%，浇注时用40目75硅铁粉随流孕育，加入量为0.05%。铁液在12min内必须浇注完毕。多级孕育能达到铁液充分孕育的效果，有效防止孕育衰退，降低铁液的过冷倾向，促使铁液按稳定系共晶进行凝固，对石墨形态亦会发生积极的影响，同时还能细化晶粒，提高组织和性能的均匀性，降低对冷却速度的敏感性，使铁液在很短的时间内形成大量的均匀分布的核心，细化了共晶团和石墨，使石墨由枝晶间状的D、E型分布转变成细小均匀的A型分布，使铸铁的力学性能得到改善[2]。

3.2 控制使用回炉铁

由于早期中频炉熔炼产生D、E形石墨的铸件和回炉铁的再利用，很容易导致铸件D、E形石墨广泛存在的局面，应减少这种回炉铁的使用量。

3.3 控制铁液出炉温度

铁液出炉温度控制在1480℃～1500℃左右，高温过热及长的保温时间，使初生奥氏体形核困难，能使熔液内已有的异质核心消失或功能下降，使奥氏体晶粒数目变少。同时增大了过冷度，不利于石墨形核[3]。

3.4 控制合金元素

石墨化元素（Si、Ni、Cu等）可以提高稳定共晶温度，增大共晶温度区间，从而增加了碳的活度，提高石墨化能力，有利于A型石墨的析出和生长。碳化物形成元素（如：V、Cr、Mo、W 等）恰恰相反，应该严格控制[4]。

3.5 硫的含量控制在0.08%～0.12%

一定的硫含量能改善石墨形态，并细化共晶团，能使石墨长度变短，端部变纯，形态变得弯曲，因此能提高灰铸铁的性能[5]。

3.6 控制浇注温度和速度

高的浇注温度过冷度大，不利于A形石墨的形成，要求铁液出炉温度1480℃～1500℃，浇注温度1300℃～1360℃，尤其浇注温度必须在这个区间范围。

4 结 论

通过试验，我们用中频炉熔炼的方法能够在HT300铸件中将A型石墨含量稳定的控制在60%～75%之间，生产的铸件已能通过产品的最终试车检验，能满足产品性能的要求。这些控制手段将制定成标准后用于规范化生产。

[1]张文和，丁俊，聂富荣.铸铁的SiC 孕育预处理[J］.铸造，2009（05）：279-281.

[2]马国栋.铸铁牌号与金相图谱速用查询及金相检验技术创新应用指导手册[M］.北京：中国知识出版社，53-54.

[3]周继扬.铸铁彩色金相学[M］.北京：机械工业出版社，44-45.

[4]李传栻.灰铸铁的组织和几种合金元素的影响（二）[J］.铸造纵横，2005（1）：15-16.

[5]刘金海，赵雪勃，王磊，等.高强度灰铸铁生产中不可忽视的技术问题[J］.铸造设备研究，2008（6）：12-13.