厚大断面球墨铸铁件的质量影响因素及控制措施

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1、厚大断面球墨铸铁件的质量影响因素及控制措施中机生产力促进中心徐明君厚大断面球墨铸铁件一般指壁厚大千100mm的铸件，其自20世纪70年代开始出现。随着球墨铸铁生产技术的不断提高，厚大断面球墨铸铁件的应用也愈加广泛，包括铁素体球铁和珠光体球铁，涉及到风电、核电、造船、冶金、重型机床等诸多领域。目前，国内外很多生产企业都在积极研制厚大断面球墨铸铁件，典型产品有风力发电机组中的轮毂和机座、大型船舶柴油机的发动机缸体、核乏燃料储运容器、汽轮机轴承座等。本文将结合国内外铸造行业生产、技术及科研人员的生产经验及研究成果，就厚大断面球墨铸铁件的质量影响因素及控制措施进行介绍。1厚大断面

2、球墨铸铁件存在的问题由于厚大断面球墨铸铁件的尺寸大、壁厚，铸造时热容量大，凝固缓慢，极易造成元素偏析、球化衰退与孕育衰退，从而导致铸件的组织和基体发生变化，特别是在铸件的心部更加严重。主要表现为石墨球粗大，石墨球数量少，石墨漂浮，石墨球产生畸变，形成各种非球状石墨，如碎块状、开花状和蠕虫状等。同时由于凝固时溶质元素的再分配还会出现严重的元素偏析及晶间化合物、反白口、缩孔、缩松等一系列问题，导致铸件的力学性能变差。如图1~图4所示。2厚大断面球墨铸铁件的质量影响因素通过对生产及研究情况的分析归纳，表1列出了厚大断面球墨铸铁件常见问题的影响因素。3厚大断面球墨铸铁件生产的控制

3、措施（1）炉料的影响与控制厚大断面球墨铸铁件的生产多采用高纯生铁。生铁中的微量元素总和低于0.1%，有利于获得成分合格的铁液，减少杂质元素晶界偏析的程度，削弱干扰元素对石墨球化的影响。炉料中的废钢以优质碳素钢为宜，要严格控制P.S及微量元素含量，防止反球化元素及偏析元素过量。表2列举了一些晶间化合物形成元素的临界含量。(2)铁液成分的影响与选择由于厚大断面球墨铸铁件极易出现石墨漂浮、石墨畸变、球化衰退等缺陷，国内外的大量研究和试验表明，严格控制铁液的化学成分能够有效减少这些缺陷的产生。表3给出了生产厚大断面球墨铸铁件铁液化学成分含量的参考值。当然，根据各类产品的不同特性要

4、求，在实际生产中，一些成分的控制含量可能需要细微的调整。微量元素和合金元素对厚大断面球墨铸铁件质量的影响也倍受研究者的关注。以下介绍了常用微量及合金元素的控制要点。1)Sb。厚大断面球铁中加入适量的Sb时，通过与稀土的作用，可有效地抑制碎块状石墨的形成，并能改善断面中心部位的球化状况，使得球径小、球数多。生产实践表明，对于壁厚200mm的铸件，加入0.005%的Sb，经孕育处理后，可得到十分圆整的石墨球，并且在单位面积上石墨球的数量与不加Sb相比增加了一倍。Sb能够促使基体中形成珠光体，适用于厚大断面珠光体球铁件的生产。2)Ba。Ba具有强烈的孕育作用，其形核能力强，在铁

5、液中能大量增加石墨结晶核心并具有抗衰退性能，但单独加Ba的作用是有限的，当Ba与Sb复合加入时，Ba促使大量石墨形成核心，Sb则吸附在共晶团边界上，从而抑制石墨长大，可以获得良好的球化效果。3)Bi。Bi在一定范围内加入到铁液中，可以和稀土元素作用形成稳定的高熔点化合物，有利于球墨的异质形核，而且其易在球墨周围形成包围层。当Bi的加入量为0.005%时，可有效细化石墨，增加球墨的数量和球化率，改善球化级别，阻止或减少异形石墨的形成。Bi可以提高球墨铸铁基体中的铁素体含量。4)Sn。Sn是消除碎块状石墨产生的元素，原因是其可以强化包围石墨的奥氏体壳，从而防止石墨球发生畸变。

6、Sn的加入能够增加基体的珠光体含量。5)Cu。Cu可以细化石墨和强化珠光体，阻止铁素体形成，在厚大断面铸件中加入Cu，能明显提高铸态机械性能，并改善厚大断面组织的均一性。一般加入量为0.5%加8%。6)Mo。Mo是稳定碳化物元素，能够提高厚大断面球墨铸铁的抗蠕变能力，提高球化等级，加入量一般为02%~04%。通常与Cu联合加入，促进大断面铸件中心部位球化，抑制石墨漂浮，加入量Cu:Mo为2:1。(3)预处理工艺预处理工艺，即在球化处理之前，通过加入预处理剂。将铁液中的O.S控制在较低和稳定的水平，并形成稳定的形核质点，为球化反应提供良好条件。预处理工艺主要优点有，降低球化

7、剂的加入量，提高Mg的吸收率；增加单位面积石墨球数，提高球化率；净化铁液，去除铁液中的夹杂物，形成高质量的、稳定的干渣，易于扒除；降低铁液缩松倾向；提高抗衰退能力。(4)球化和孕育处理1)球化剂与孕育剂国外多采用纯镁球化剂或硅铁镁球化剂，其对铁水纯净度要求较高。根据我国的资源特点，国内多采用稀土镁球化剂。研究表明，重稀土镁球化剂脱硫能力强，石墨球圆整，抗衰退能力强，更适合于厚大断面球铁件生产。轻稀土球化剂通过复合添加少量Sb，能够显著提高球化等级与球数。由于各种球化剂都有其自身的特点，在实际生产中，可单独使用，也可配合使用。前