高韧性球墨铸铁阀体铸件材料性能的优化

李 波 刘 波

玫德集团有限公司产品研发中心 山东 济南 250400

阀体在阀门组成中占据重要地位，是不可或缺的零件，其功能就是对流体方向、流量以及压力进行控制。球墨铸铁材料凭借其良好性能优势，对铸钢与锻钢材料进行了替代，并被广泛应用于机械制造行业。球墨铸铁性能和石墨形态存在直接关联，球形石墨可使其割裂机体的作用明显改善，在优化力学性能的基础上凸显减震性与耐磨性，而且价格不高，可生产出形状复杂的阀门铸件，推广可行性显著。为此，细纹将以为例，重点阐述优化其性能的方式，希望有所帮助。

一、阀体铸件材料技术要求阐释

生产阀体铸件需以要求进行，此材料技术抗拉强度不低于400兆帕，屈服强度不低于250兆帕，硬度控制在120－180范围内，球化率不低于90%，基体采用铁素体[1]。与此同时，内部组织要具有致密性，且不应存在对使用性能产生影响的缺陷。压力测试结果不应出现渗漏与裂纹的问题。另外，在外观方面要求阀体的尺寸大且最大的长度是1150毫米、最大的厚度是350毫米、最大的外径是1080毫米。在此基础上，铸件的壁厚差大，且壁厚控制于20－125毫米范围内，存在大量的热节部位。受以上特点的影响，使产品材质均匀性面临严峻挑战。

二、既有技术方案分析

使用原有的技术方案生产阀体逐渐，并使用浇注剩余铁水对相同炉次单铸Y型试块进行浇注，针对其化学成分、金相以及力学性能展开深入分析[2]。经统计发现，材质技术要求达标，但是球化率与伸长率测试的结果尚未满足标准要求，而基体内珠光体含量与临界值接近。在金相组织中，珠光体的含量多，所以抗拉强度也更高。在化学成分中，所含S元素与Mn元素偏高。在对同一炉次金相试块检测后了解到，石墨大小是5级，而石墨量不多，珠光体占比为15%左右，致使伸长率偏低。

三、技术方案的优化

(一)优化后的化学成分。在重要的化学元素中，碳能够加快石墨化的速度，使白口倾向减少而铁素体增多，实际的硬度下降，加工性显著改善。与此同时，碳还能够提升镁的吸收率，球化现状改善。为此，应适当提升含碳量。另外，硅在石墨化方面也发挥着积极的影响，当所占比重为2.7%的情况下，抗拉强度与屈服轻度会增强，而伸长率也将实现最大化[3]。因而，也可适当地增加硅含量。在此基础上，锰可保证珠光体的稳定性，使强度与硬度提升并降低其塑性与韧性。因球铁激冷倾向本身偏高，有必要对锰含量进行控制，保证其不超过0.4%。稀土、硫、镁均具有较强的亲和力，而且铁液消耗的球化元素，即镁与稀土，能够生成，减少了有效参与球化元素的含量，球化率也随即下降。如果含硫量偏高，会直接增加硫化物的夹渣，球化衰退速度加快而影响力学性能，甚至容易产生皮下气孔与夹渣等多种缺陷，因而需适当降低硫含量。在球化元素中，镁与稀土残留量可偏低，以免促进球化衰退。为此，在调整化学成分的基础上，可将合理增加，并将S含量、Mn含量减少。

(二)合理选择原材料与牌号。原材料的类别并未改变，仅将废钢替型号进行替换，即，主要的目的就是使硫元素含量降低。对于生铁的牌号也转变成，使Mn元素含量减少。另外，球化剂也从之前的型号变成型号，使球化元素中的含量增加。

(三)炉料与熔炼参数。不改变废钢的加入量，将生铁量增加至20%，而回炉料降低至30%。由于球化剂牌号已经发生改变，所以实际使用量也需进行调整，即1－1.2%之间[4]。而孕育剂始终平均分成两次加入，然而需要将0.1%的瞬时孕育剂加入其中，以保证共晶团的数量得以增多，基体组织可以细化，加快球状石墨形成速度。剩余容量参数无需改变。

(四)优化结果。通过对优化技术方案的应用生产阀体铸件，并使用铸件浇注剩余铁水对同炉单铸Y型试样进行浇注处理。在对此试样加工的过程中，选择粉末开展化学成分检测工作。需要注意的是，取样时不允许在样品中混入杂物。

选择Y型试样底面下端取样，并根据具体要求对圆柱试棒进行加工，尺寸为。随后，选择试棒一端加工尺寸为硬度与金相试块。在对其展开相关参数试验后发现，化学成分当中C元素、Si元素的增加，以及S元素、Mn元素的降低，使金相基体所含珠光体降低[5]。在将瞬时孕育剂加入后，球化率得以提升。受多种因素的综合影响，降低了材料抗拉强度，且优化其伸长率，球化效果突出。

结束语

综上所述，化学成分会对材料性能产生直接影响，铸件材料中的C元素、Mn元素、Si元素含量的调整，可使基体内所含珠光体含量下降，而且反球化元素的硫含量不超过0.015%，即可增强球化的效果。而球化剂的使用则要综合衡量铸件的大小、壁厚以及结构等多种因素。如果铸件的壁厚落差相对较大，则要选用球化剂，实际的加入剂量在1－1.2%之间即可。另外，也可适当加入0.1%瞬时孕育剂，也能够改善球化的效果。