高强度薄壁灰铁件的生产控制

吕 猛，宁拥军，赵海瑞

（太重集团榆液液压工业有限公司铸造分公司，山西榆次 030600）

高强度薄壁灰铁件的生产控制

吕 猛，宁拥军，赵海瑞

（太重集团榆液液压工业有限公司铸造分公司，山西榆次 030600）

薄壁灰铁件生产时容易出现过冷石墨。通过提高原铁水硅含量，适当提高硅碳比及改善使用强效二次孕育剂，在保证机械性能达标的前提下，铸件薄壁处A型石墨可以达到85%以上。

硅含量；硅碳比；二次孕育；A型石墨

目前，灰铁件的应用主要集中于农业机械、纺织机械和机床等设备，其中大多属于厚大的灰铁件。随着行业的发展，越来越多的高强度灰铁薄壁铸件开始得到广泛的应用。

l 生产现状

本公司开发一种汽车转向泵，牌号为HT300，要求铸件薄壁处（l2 mm）A型石墨达到80%以上，硬度在l90 HB～230 HB.

2 生产工艺

2.1 熔炼设备

采用应达一拖二中频感应炉，保证熔化效率。

2.2 检测设备

德国全进口斯派克光谱仪用于化学成分检测，莱卡显微镜用于检测金相组织，钢研纳克试样拉伸机，用于力学性能检测。

2.3 熔炼现状

根据以往生产灰铁铸件的经验化学成分控制如表l所示。

表l 化学成分（质量分数，%）

浇注温度控制在l 420℃～l 380℃，浇注试棒。力学检测结果如下：

l）试棒抗拉强度为330MPa，试棒硬度：l92HB；

2）铸件本体金相为：A（30%）+D+E，石墨长度较短，珠光体含量98%，金相组织如图l所示。

图l l00倍下石墨形态和金相组织

3 机理分析

3.1 过冷石墨产生原因

过冷石墨（D型，E型）是在较大的过冷度下产生的，石墨分枝多，以细小无方向性方式存在于奥氏体枝晶之间；枝晶间石墨分布的不均匀及其伴生的铁素体基体导致力学性能下降[l]；D型石墨多产生于高牌号及薄壁铸件的灰铁中，E型石墨的产生条件与D型石墨相同，不同的是碳当量更低，过冷度更大，石墨基以生长的奥氏体枝晶间隙更狭小，因此石墨排列的方向性强，且石墨长度大于D型，故对力学性能的不利影响大于D型石墨[2]。

3.2 调整方案

经分析认为：CE偏低导致过冷石墨的产生，适当提高CE可改善石墨形态；提高CE的同时，适当提高硅碳比，可增加初生奥氏体数量，强化铁素体基体，使强度、弹性模量提高，铸造应力下降，加工性能改善[l]。

根据经验公式：当 w（S）＜0.2%时，w（Mn）=w（S）×1.73%+0.3%[l]，适当降低Mn含量。铁液中的Mn与S结合，生成MnS，该物质的熔点在l 600℃以上，可作为非均质晶核，有利于石墨的析出，因此Mn也有间接促进石墨化的作用，但过量的Mn容易在晶界处造成偏析。

在降低Mn含量的同时，提高CE（灰铁铸件CE较敏感），容易导致强度硬度降低，为了保证珠光体含量，采用Sn来促进珠光体的形成。

考虑到金相检测部位为薄壁位置且面积较小，冷却很快。在孕育方面采用含Sr的孕育剂。Sr元素能够强烈促进A型石墨的产生。

4熔炼工艺改进

l）调整铸件分析成分。经过分析原铸件成分调整为表2所示成分，适当提高CE与硅碳比，适当降低3Mn的质量分数。

表2 调整后化学成分（质量分数/%）

2）随流孕育剂采用国内知名厂家生产的Si-Sr-Zr孕育剂，粒度：0.2 mm～0.7 mm.

3）浇注温度不变控制在l 420℃～l 380℃.

在此情况下进行浇注。

开箱后经后处理，力学性能检测结果如下：

l）单铸试棒抗拉强度为337MPa，硬度值202HB.

图2 工艺改进后石墨形态及基体组织

2）铸件本体金相为：A型石墨达到85%以上，石墨长度4～5级，珠光体质量分数98%，金相组织如图2所示。

5 结论

适当的提高CE及硅碳比有助于改善灰铸铁石墨形态；改善孕育，采用含Sr的孕育剂能有效的改善高强度薄壁灰铸铁的石墨形态。

［l］岳海，赵超云.中频炉熔炼高强度灰铸铁A型石墨的控制［J］.铸造设备与工艺，20l3（2）:42-44.

［2］马敬仲.铸造技术应用手册［M］.北京：中国电力出版社，49-50.

［3］子澍.灰铸造件中石墨形态分级及其特点［J］.铸造设备与工艺，2009（05）：53-54.

TG25l

A

l674-6694（20l7）05-0044-02

20l7-06-08

吕猛（l989-），男，吕梁文水人，铸造工程师，从事液压，汽车铸件的熔炼技术与检测工作。

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