高硅钼球墨铸铁的研发

■韩军，尤国庆

高硅钼球墨铸铁的研发

■韩军，尤国庆

摘要：对铁素体基体硅钼球墨铸铁进行试验研究，通过大量的试验，得出了最佳的化学成分、熔炼工艺等参数，获得了球化率≥80%、抗拉强度≥420MPa、屈服强度≥300MPa、伸长率≥10%的高性能硅钼球墨铸铁，此材料的高温性能随着温度的升高而降低。

高硅球墨铸铁属于耐热铸铁，与耐热铸钢相比，各项性能指标与之相当；由于高硅球墨铸铁中石墨的存在，其减震性能优越；在高硅球墨铸铁中添加钼元素后形成一种新的材料——高硅钼材料，其屈服强度优于耐热铸钢。

本课题研究了高硅钼球墨铸铁材料的两方面性能：一是力学性能指标，主要有抗拉强度Rm≥420MPa、屈服强度R0.2≥300MPa、伸长率A≥10%；二是附加研究了高温性能指标。

1. 化学成分的选择

（1）CE 球墨铸铁高碳当量是有利的，可以避免出现自由渗碳体，增加铁素体的含量，为了抑制珠光体和碳化物的形成，促进铁素体的生成，提高材料的耐高温性能，选择合适的碳、硅是必要的，本试验的wC＝3.0%～3.5%，wSi＝2.8%～3.2%。

（2）Mn 因硫和氧已经在球化反应时被去除，或者结合成稳定的化合物，故锰可以在球墨铸铁中以合金元素的形式独立存在。此时，锰的作用就是形成碳化物和珠光体。由于本试验要检测冲击性能，所以锰含量越低越好，控制wMn＜0.2%。

（3）P 磷是随金属炉料进入到球墨铸铁里的，P不影响球化，但属于有害元素，其溶解在铁液中，降低铁碳合金的共晶含碳量，有微弱的反石墨化作用。因为球墨铸铁像粥一样的凝固方式，P很容易偏析而产生磷共晶，随着铸件壁厚的增加，其偏析越来越严重，在热解部位其磷共晶数量就会急剧增多。由于磷共晶熔点低，最终会分布在共晶团的边界处，将急剧恶化铸铁的力学性能。但由于受原材料的制约，完全消除P元素是不可能的，因此控制wP＜0.04%，可以满足相关力学性能的要求。

（4）S 硫是反石墨球化元素，属于有害杂质。一方面，硫与

球化剂中的镁和稀土元素有很强的结合能力，会生成有害杂质；另一方面，硫消耗大量的球化剂，使铸件球化不良并产生夹渣缺陷。因此，在保证球化率的前提下，原铁液应控制wS＜0.025%。

（5）Mo 是强烈促进形成碳化物、稳定和细化珠光体的元素，在球墨铸铁中加入钼元素，可使球墨铸铁的耐热疲劳性、高温强度、高温下的抗氧化性、尺寸稳定性等大为提高。本试验控制wMo＝0.4%～0.8%。

2. 设备及熔炼工艺的选择

（1）生产设备和炉料 采用1t/h中频感应电炉熔炼，由于本试验需要检测冲击性能，宜选用Mn、P、S含量较低的生铁，在此选用Q10生铁。废钢选用合金元素含量较低的碳钢，回炉料选用普通牌号的球墨铸铁。

（2）熔炼工艺 按加料顺序将生铁、废钢、回炉料投炉熔化；控制适当的熔化温度、取样温度、过热温度；炉前化学成分采用直读光谱仪检测。

（3）变质处理 球化剂的加入量主要与原铁液中的硫含量以及铁液温度有关，在此选用FeSiMg合金，其主要化学成分为：wMg＝4%～6%，wSi＝40%～45%。首先，将球化剂预埋入浇包之内，采用冲入法进行球化处理，保证球化反应质量；其次，控制合适的出铁温度，尽量避免球化过程中的氧化和烧损；最后，选用BaSi孕育剂进行孕育，孕育方法为随流孕育。

3. 铸态检验

浇注Y75单铸试块，将试块加工后进行金相和理化性能分析，附图是典型的金相组织照片，从中可知试块的铁素体达90%以上，球化率达80%以上。表1是部分性能试验结果。

4. 高温性能

由于铸件需要在高温条件下使用，因此根据用户要求，方案固化后又浇注了尺寸为120mm×150mm×250mm的方形试块，检测其力学性能，结果如表2所示。

5. 结语

（1）通过合理的成分控制及过程工艺控制，使得高硅钼球墨铸铁材料的力学性能达到了预期的要求：Rm≥420MPa、ReL≥300MPa、A≥10%。

（2）高硅钼球墨铸铁材料力学性能随着温度的升高，力学性能逐渐降低，而冲击性能变化不明显。

金相组织

表1　性能结果

表2　高温性能

参考文献

[1]吴德海.球墨铸铁[M].中国水利水电出版社，1979:50-55.

[2]周建祥，吴正喜，等.铸态厚大断面QT700-3铸件的生产实践[J].现代铸铁，2012 （1）：28-29.

[4]邓凯.-50℃低温冲击球墨铸铁的研究[J].金属加工，2011 （17）:72-74.

20150420

作者简介：韩军、尤国庆，共享装备有限公司。