優(yōu)質(zhì)的鐵水質(zhì)量和最佳的孕育工藝是保證灰鑄鐵內(nèi)在質(zhì)量的基礎(chǔ)2018105

1、優(yōu)質(zhì)的鐵水質(zhì)量和最佳的孕育工藝是保證灰鑄鐵內(nèi)在質(zhì)量的基礎(chǔ)（一）作者：中國(guó)鑄造協(xié)會(huì)馬敬仲鑄造生產(chǎn)的最終目的是獲得合格優(yōu)質(zhì)鑄件，鑄件質(zhì)量包括三個(gè)方面:（1）鑄件內(nèi)在質(zhì)量包括化學(xué)成分、金相組織、力學(xué)性能、物理性能及內(nèi)部缺陷等。（2）鑄件外在質(zhì)量包括尺寸公差、形位公差、表面粗糙度、重量公差等。（3）鑄件使用質(zhì)量即滿(mǎn)足鑄件在強(qiáng)力、高速、磨損、腐蝕、高溫等不同條件下的使用性能。這部分質(zhì)量 與鑄件內(nèi)在質(zhì)量關(guān)系密切，也可以統(tǒng)一的包括在內(nèi)在質(zhì)量?jī)?nèi)。中國(guó)鑄協(xié)在舉行的鑄造行業(yè)系列會(huì)議中之所以把提高灰鑄鐵的內(nèi)在質(zhì)量列入其中，不 僅是因?yàn)榛诣T鐵件數(shù)量巨大，應(yīng)用廣泛。更重要的是在我國(guó)從鑄造大國(guó)走向鑄造強(qiáng)國(guó)的過(guò)程中，提升難

2、度最大的還是內(nèi)在質(zhì)量，尤其我國(guó)鑄件在內(nèi)在質(zhì)量中存在的問(wèn)題及較大的差距更應(yīng)引起我們的重視。一.我國(guó)灰鑄鐵的概況灰鑄鐵在我國(guó)鑄件總量中占有很大的比例。2005年占50.4%, 2006年占49.6%,近1400萬(wàn)噸，如表一所示：表一中國(guó)2005、2006、2007年鑄件產(chǎn)量鑄件類(lèi)別灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵鑄鋼銅合金鋁、鎂合金鋅合金42005年產(chǎn)量（萬(wàn)噸）1230.3583.851.4322.441.6188.623.72所占比例50.4%23.9%2.1%13.2%1.7%7.7%1.0%12006年產(chǎn)量（萬(wàn)噸）1392.8684.351.7381.147.0231.021.42所占比例49.6%2

3、4.3%1.8%13.5%1.6%8.2%0.7%12007年產(chǎn)量（萬(wàn)噸）1546.0769.853.5404.857.1274.021.73 一所占比例49.4%24.6%1.7%12.0%1.8%8.8%0.7%1美國(guó)“現(xiàn)代鑄造”雜志（ Moden Casting ） 2007年12期發(fā)表的2006年世界鑄鐵總產(chǎn) 量為9136.8萬(wàn)噸，其中灰鑄鐵件為 4253.9萬(wàn)噸。我國(guó)灰鑄鐵件占世界灰鑄鐵件總量的32.7%,是美國(guó)、俄羅斯、日本、德國(guó)、英國(guó)的總和，如表二所示：表二2006年中國(guó)、美國(guó)、俄羅斯、日本、德國(guó)、英國(guó)灰鑄件產(chǎn)量國(guó)別中國(guó)美國(guó)俄羅斯日本德國(guó)灰鑄鐵產(chǎn)量（萬(wàn)噸）1392.8425.53

4、48.0283.4258.2然而同樣是灰鑄鐵件，我國(guó)與國(guó)外的價(jià)格相差3倍到6倍，如表三所示:表三中國(guó)2006年灰鑄鐵件進(jìn)出口灰鑄件類(lèi)別鑄件出口鑄件進(jìn)口數(shù)量（萬(wàn)噸）均價(jià)（USD/t）數(shù)量（萬(wàn)噸）均價(jià)（U非工業(yè)用灰鑄鐵件制品78.9721.610.36228C工業(yè)用灰鑄鐵件制品31.6833.120.3251732006年我國(guó)向日本出口了 71744噸工業(yè)用灰鑄鐵件制品，均價(jià)為892.4USD/t。同年由日本進(jìn)口 144.9噸工業(yè)用灰鑄鐵件制品，均價(jià)為6691.0USD/t。同樣，向德國(guó)出口了 14816噸灰鑄件，均價(jià)為 694.9USD/t。同年從德國(guó)進(jìn)口了317.6噸灰鑄件，均價(jià)為 5522.

5、6USD/t ,皆高出我國(guó)鑄件出口的 7倍多，進(jìn)口的工業(yè)用灰鑄鐵件中，高級(jí)轎車(chē)的汽缸體、汽缸蓋居多。構(gòu)成鑄件價(jià)格的因素是多方面的。但是有一點(diǎn)是肯定的，就是鑄件的質(zhì)量，尤其是內(nèi)在質(zhì)量是優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)的基礎(chǔ)， 認(rèn)真分析我國(guó)灰鑄鐵件內(nèi)在質(zhì)量的問(wèn)題所在，采取一系列的措施提高其內(nèi)在品質(zhì)是目前鑄造界的當(dāng)務(wù)之急。因?yàn)樗a(chǎn)量最大，涉及的鑄件類(lèi)型也最廣泛， 更重要的是不少鑄造企業(yè)將灰鑄鐵件的內(nèi)在質(zhì)量?jī)H限于抗拉強(qiáng)度和硬度的達(dá)標(biāo)，對(duì)涉及內(nèi)在質(zhì)量的概念、指標(biāo)及差距還缺乏足夠的認(rèn)識(shí)，這正是我們需要研討和重視的問(wèn)題。在去年的一次鑄造行業(yè)的系列會(huì)議上，某鑄造企業(yè)發(fā)表了一篇論文，引起了與會(huì)者強(qiáng)烈的興趣，該論文不以抗拉強(qiáng)度和硬度滿(mǎn)足

6、灰鑄鐵材質(zhì)要求為目標(biāo)。而是以灰鑄鐵材質(zhì)的品質(zhì)系數(shù)GZ穩(wěn)定在1.21.4的范圍表示其材質(zhì)保持在較高的水平上，如圖1所示，該企業(yè)出口國(guó)外的機(jī)床等鑄件因內(nèi)在質(zhì)量?jī)?yōu)良而受到國(guó)外用戶(hù)的好評(píng)。目前，國(guó)內(nèi)外高強(qiáng)度灰鑄鐵發(fā)展的趨勢(shì)是：在獲得高強(qiáng)度的同時(shí)，具有較好的鑄造性能與加工性能，因此在要求抗拉強(qiáng)度、 硬度達(dá)標(biāo)的同時(shí)，還要求共晶度、成熟度、硬化度(或 相對(duì)強(qiáng)度、相對(duì)硬度)、品質(zhì)系數(shù)等，即將強(qiáng)度、硬度、石墨化三者聯(lián)系起來(lái)，達(dá)到力學(xué)性 能、鑄造性能、加工性能的統(tǒng)一。.灰鑄鐵的內(nèi)在質(zhì)量1,灰鑄鐵的冶金質(zhì)量一一灰鑄鐵的內(nèi)在質(zhì)量之一(1)共晶度Sc:共晶度是鑄鐵含碳量與共晶點(diǎn)的實(shí)際含碳量之比，表示鑄鐵成分接近共晶點(diǎn)的

7、程度。傳統(tǒng)的高強(qiáng)度灰鑄鐵以降低共晶度達(dá)到強(qiáng)度指標(biāo)。共晶度的降低，意味著碳當(dāng)量的降低， 雖使抗拉強(qiáng)度提高卻導(dǎo)致鐵水流動(dòng)性的降低，收縮與內(nèi)應(yīng)力的增大，硬度的增加等。近代先進(jìn)的高強(qiáng)度灰鑄鐵采用熔煉高質(zhì)量鐵水和強(qiáng)化孕育手段在較高的共晶度下提高鑄鐵強(qiáng)度及綜合性能，在同一共晶度下對(duì)比強(qiáng)度高低或在同一強(qiáng)度下對(duì)比共晶度高低比其單一地考核強(qiáng)度 與硬度指標(biāo)更全面更有價(jià)值。共晶度Sc按下式計(jì)算：共晶度 Sc=C、/(4.3 (Si+P)/3 )對(duì)比我國(guó)與日本機(jī)床鑄件在同強(qiáng)度下的共晶度，可明顯看出我國(guó)機(jī)床鑄件材質(zhì)的差距,如表四所示：表四 同樣強(qiáng)度下 中、日機(jī)床鑄件共晶度對(duì)比鑄鐵抗拉強(qiáng)度Mpa國(guó)家牌號(hào)C (%Si(%)

8、fcW CE-C+1/3Si共晶庾250日本FC25中國(guó)HT2503.25 3.353.10 3.301.85 2.051.50 1.803.95 （平均）3.75 （平均）0.90 G0.85 G300日本FC30中國(guó)HT3003.15 3.252.90 3.201.80 2.001.40 1.703.83 （平均）3.61 （平均）0.87 Q0.82 Q350日本FC35中國(guó)HT3503.10 3.202.80 3.101.75 1.951.30 1.603.76 （平均）3.43 （平均）0.85 G0.77 G從表四可以看出日本的 FC35與中國(guó)的HT250共晶度、碳當(dāng)量相當(dāng)，而抗拉

9、強(qiáng)度卻與中 國(guó)的HT350相當(dāng)。從表三也可看出相同的牌號(hào)日本的共晶度卻比我國(guó)高出0.050.08,碳當(dāng)量高出0.200.33%。正因如此，目前國(guó)外機(jī)床鑄件比我國(guó)同類(lèi)型鑄件高一個(gè)牌號(hào)，正 因?yàn)槠鋸?qiáng)度高碳當(dāng)量也較高，國(guó)外機(jī)床不斷地向輕量化方向發(fā)展，機(jī)床鑄件主要壁厚從 2025mm減至1420mm，比我國(guó)機(jī)床鑄件薄 515mm。再比較我國(guó)與德國(guó)生產(chǎn)同牌號(hào)HT250的汽缸體、缸蓋的碳當(dāng)量與共晶度，反映了同樣的差距，如表五所示：表五中國(guó)、德國(guó)汽缸體、缸蓋、共晶度、碳當(dāng)量之對(duì)比國(guó)別鑄件公司名C單缸缸蓋M. A. N3.4 3.5德國(guó)雙缸缸蓋M. A. N3.5 3.556位缸體M. A. N3.4 3.5

10、柴油雙缸缸蓋Motortex3.4 3.45缸蓋A汽車(chē)制造廠(chǎng)3.2 3.4中國(guó)EQ-140缸體第二汽車(chē)制造廠(chǎng)3.2 3.4缸蓋紅巖機(jī)器廠(chǎng)3.1 3.3195缸蓋常州柴油機(jī)廠(chǎng)3.19汽缸體在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)承受很復(fù)雜的負(fù)荷，要求鑄鐵有足夠的強(qiáng)度和剛度，汽缸蓋在 工作中承受較大的熱負(fù)荷，要求高強(qiáng)度及良好的熱疲勞強(qiáng)度，兩種鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 壁厚又薄又不均勻（最薄為 3.54mm）最近為使發(fā)動(dòng)機(jī)輕量化，壁厚最薄處已達(dá)2.53.0mm。對(duì)這種大批量生產(chǎn)的壁厚復(fù)雜鑄件，不僅要求良好的力學(xué)性能，還要有良好的鑄造性能與加工性能，對(duì)其產(chǎn)品要求馬力大重量輕，圖2為國(guó)外某廠(chǎng)柴油機(jī)單位動(dòng)率重量逐步下降的情況，因此采用較高碳

11、當(dāng)量、高共晶度高強(qiáng)度的鑄鐵是多么的重要。用保持強(qiáng)度下的共晶度高低來(lái)判斷灰鑄鐵的內(nèi)在質(zhì)量具有重要的意義。Si共晶度Sc其他CE1.9人2.04.100.94Cr0.15Mo0.251.7人-1.84.100.94Cr0.3Ni0.751.7人-1.84.030.93Cr0.3Cu0.31.84.020.92Cr0.3Ni1.11.8人2.03.930.90Cr0. 5Mo0. 51.9人2.13.960.90Cr0.31.6人2.13.810.86Cr0.3Cu0.41.583.710.85Cr0.33Cu0.9化學(xué)成分1920 1934 040 19so 3970 四碼年份田工證輸用羌漁機(jī)單黃

12、利串市里的年度競(jìng)化情M(2)成熟度和硬化度在上世紀(jì)5060年代，鑄造學(xué)者對(duì)灰鑄鐵的共晶度Sc,抗拉強(qiáng)度bb及硬度HB之間的關(guān)系做了大量的統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，總結(jié)成下列計(jì)算公式:d b =1000-800Sc (A)HB=530-344Sc (B)這兩個(gè)計(jì)算公式表示了上世紀(jì)60年代前期的灰鑄鐵的水平，這種計(jì)算出的抗拉強(qiáng)度和硬度被稱(chēng)為正常強(qiáng)度和正常硬度。隨著近幾十年熔煉技術(shù)和孕育工藝的發(fā)展，實(shí)際的強(qiáng)度遠(yuǎn)高于計(jì)算出的正常強(qiáng)度。因此，用實(shí)測(cè)的強(qiáng)度與正常強(qiáng)度的比值RG來(lái)表示實(shí)際的強(qiáng)度高出了多少，這個(gè)比值 RG被稱(chēng)為成熟度，即：RG=實(shí)測(cè)的強(qiáng)度/正常強(qiáng)度=(rb測(cè)/1000800Sc如RG 1,表示通過(guò)熔煉技術(shù)和

13、孕育改進(jìn)的鑄鐵在較高的共晶度下獲得高強(qiáng)度。同樣,技術(shù)的進(jìn)步也使實(shí)際硬度低于計(jì)算硬度。 用實(shí)際的硬度與正常硬度的比值 HG來(lái)表示實(shí)際硬 度比正常硬度低了多少，這個(gè)比值 HG被稱(chēng)為硬化度，即HG=實(shí)際硬度/正常硬度=HBS/530344Sc如HGV1,表示在保持強(qiáng)度下有較低的硬度。因此成熟度 RG若1,硬化度HG若 1。一般以Qi為1.21.4最佳，這個(gè)Qi被稱(chēng)為品質(zhì) 系數(shù)。這個(gè)品質(zhì)系數(shù) Qi1,則表示灰鑄鐵在保持高強(qiáng)度的同時(shí)具有良好的鑄造性能與加工 性能。RZ=實(shí)際強(qiáng)度/用實(shí)測(cè)硬度也有用相對(duì)強(qiáng)度與相對(duì)硬度來(lái)表示的質(zhì)量指標(biāo)，相對(duì)強(qiáng)度 計(jì)算出的強(qiáng)度即為：RZ= ob 測(cè)/2.27HB 測(cè)-227RZ

14、 1,表示強(qiáng)度高，硬度低，材質(zhì)綜合性能好。相對(duì)硬度RH=實(shí)測(cè)硬度/實(shí)測(cè)強(qiáng)度計(jì)算出的硬度即為RH=HB 測(cè)/100+0.43b測(cè)RH 1,表示強(qiáng)度高，硬度低，性能較好。德國(guó)鑄造工作者用成熟度 RG,相對(duì)硬度RH、共晶團(tuán)數(shù)及A型石墨含量來(lái)衡量孕育的 效果，如表六所示：表六 德國(guó)灰鑄鐵孕育與未孕育的RG與RH之比較鑄鐵牌號(hào)成熟度RG相對(duì)硬度RH共晶團(tuán)數(shù)（個(gè)/mm2A型石墨（GG2昧孕育1.061.0220040035 55GG2沖育1.220.9435050075 85GG25未孕育1.041.0215030040 60GG2/育1.200.9430050070 90從表五看出，該孕育鑄鐵RG=1.

15、201.22 ,說(shuō)明在同樣的強(qiáng)度下有較高的共晶度，RH=0.94 ,說(shuō)明在同樣的強(qiáng)度下有較好的加工性能，同時(shí)也可用共晶團(tuán)數(shù)與A型石墨的數(shù)量表示出來(lái)。近年來(lái)，一些國(guó)家用更加直接的方式，即用抗拉強(qiáng)度和布氏硬度之比， m=b b/HBS,來(lái)表達(dá)灰鑄鐵的切削性能指標(biāo)。m值大，則表明在強(qiáng)度高時(shí)，硬度低，切削性能好，一些國(guó)家用 m值作為內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)不同的牌號(hào)鑄鐵將m控制在1.01.4范圍內(nèi)。目前國(guó)外通過(guò)大量數(shù)據(jù)計(jì)算已成功地用熱分析儀和有關(guān)表格，在澆注前就已知道質(zhì)量控制指標(biāo)是否合格，步驟如下：1.通過(guò)熱分析測(cè)出液相線(xiàn)溫度Tl和凝固溫度回升值 H （相對(duì)過(guò)冷度）；2.通過(guò)圖3,預(yù)測(cè)出 30試棒上的bb和HB

16、S。優(yōu)3S3期看解門(mén)酎.通過(guò)圖4得出相對(duì)硬度RHMO=35 09*04k一型MPRM RH的建解圖.通過(guò)m=b b/HBS值在表七查出彈性模數(shù)和共晶團(tuán)數(shù)。表七灰鑄鐵、b b/HBS彈性模數(shù)、共晶團(tuán)數(shù)三者m=(r b/HBS彈性模數(shù)E0 (Gpa)共晶團(tuán)數(shù)(個(gè)/mm21.0122.5451.1127.5751.2133.01301.3138.22101.1143.73601.5148.76001.6154.01000例如熱分析得出 Tl=1210 C, 竹=5C,通過(guò)圖 3查出 d b=260Mpa, HBS=210 ,則 m=260/210=1.24,通過(guò)表六查出彈性模數(shù)E0135Gpa ,共

17、晶團(tuán)數(shù)160個(gè)/mm2 ,通過(guò)圖4,得出相對(duì)硬度RH=1。近代灰鑄鐵為什么除了強(qiáng)度以外，對(duì)硬度的要求越來(lái)越嚴(yán)格，這是因?yàn)殡S著加工機(jī)床的數(shù)控化、精密化、切削高速化、鑄件硬度對(duì)機(jī)床的切削速度和刀具磨損影響變得更加突顯，如圖 5、圖6所示:S 3已4虺他耳”族.刑庭處鼻血 H審斗，篇閉馬史。，里生的18總碗*r.電 啟in而nr tEDAMd？：n ui,. 切人港3mLIK*共量（biH組3 =F餐身中高評(píng)口加一 ll）J一二是能星；Kwiil；根Q4一統(tǒng)吐出上七 灣抬113t至虻工比！中片酬工 聿素話(huà)率X匯位竺5蜩削曲/ EW茹5120 2 ki ion iho nwtsi ru 口斜刀再命與切

18、削速度的關(guān)系H馬度瓶切物逋度的美累我慢就成分工Ci. 25*, SfL.BM kiGIR*T合金m-隼會(huì)上找（CtlL石獨(dú)由獨(dú)身.07乾.FL0U&:不電 4小科刀，尤拜耳潢.叱力Btlinin-1一啻1,硬化度V 1,品質(zhì)系數(shù)Qi1來(lái)表示灰鑄鐵的內(nèi)在質(zhì)量的優(yōu)良程度。不過(guò)，這還不是灰鑄鐵內(nèi)在質(zhì)量的全部,灰鑄鐵的內(nèi)在質(zhì)量實(shí)際上由三部分組成化學(xué)成分、抗拉強(qiáng)度、硬度：這三者的關(guān)系由灰鑄鐵的冶金質(zhì)量來(lái)表示。灰鑄鐵的金相組織：以金屬基體、石墨、晶界共晶物來(lái)表示。 灰鑄鐵的使用性能與內(nèi)部缺陷：以試驗(yàn)的性能指標(biāo)和無(wú)損探傷的結(jié)果來(lái)表示。2.灰鑄鐵的金相組織 灰鑄鐵的內(nèi)在質(zhì)量之由于在灰鑄鐵的技術(shù)文件或訂貨合同中

19、，金相組織不作為鑄件是否合格的判斷依據(jù)。使一些鑄造企業(yè)忽視金相檢驗(yàn)，即使檢驗(yàn)也流于形式， 甚至干脆不檢查是常有的事， 這是目前最應(yīng)糾正的傾向。在機(jī)床鑄件中實(shí)際上對(duì)金相組織的要求是很?chē)?yán)格的，尤其是導(dǎo)軌部分，要求石墨為無(wú)方向分布的A型石墨，其大小為 4級(jí)至5級(jí)，基體應(yīng)95%珠光體，片間距（500倍）皆 在2mm以下。在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)導(dǎo)軌硬度低時(shí)，金相組織中往往是石墨粗大， 珠光體量低， 片間距大，當(dāng)導(dǎo)軌表面硬度差超過(guò)規(guī)定值時(shí)，云定發(fā)現(xiàn)金相組織出現(xiàn)不同程度的過(guò)冷石墨。雖然A型與D型石墨皆為片狀石墨，但因其石墨大小與分布不同。即使在碳當(dāng)量相同下灰鑄鐵的硬度影響也不盡相同，對(duì)淬火后的硬度也不同，如表八所

20、示:表八石墨類(lèi)型和分布對(duì)灰鑄鐵硬度與淬火硬度的影響石墨類(lèi)別成% %鑄鐵硬度HRC淬火后硬度A3.5343.161.0D3.6048.760.5不少機(jī)床鑄造廠(chǎng)發(fā)生的導(dǎo)軌硬度不均，硬度差超標(biāo)或需要淬火的導(dǎo)軌在淬火后硬度不均或有小裂紋，實(shí)際皆與金相組織出現(xiàn)不同程度的過(guò)冷石墨有關(guān)。雖然隨著機(jī)床鑄件強(qiáng)度的提高，碳當(dāng)量的降低，出現(xiàn)過(guò)冷石墨的傾向增大，要完全不出現(xiàn)過(guò)冷石墨有一定難度，但對(duì)在HT250至HT350中的過(guò)冷石墨數(shù)量仍是有所限制的，如表九所示：表九高牌號(hào)鑄鐵的金相組織灰鑄鐵牌金相組織號(hào)石墨基體HT2508595吐?tīng)钍?15%i冷石墨，其余A型石墨長(zhǎng)度0.060.25mni石墨含量36%珠光體）中

21、細(xì)片才二元磷共晶HT3008095吐?tīng)钍?20%i冷石墨，其余 A型石墨長(zhǎng)度0.030.12mm,石墨含量36%珠光體）中細(xì)片才二元磷共晶HT3507590吐?tīng)钍?025%i冷石墨，其余 A型石墨長(zhǎng)度0.030.12mm,石墨含量24%珠光體）中細(xì)片才二元磷共晶但對(duì)于嚴(yán)格要求硬度均勻的機(jī)床導(dǎo)軌，其過(guò)冷石墨仍應(yīng)以少最佳。為了提高導(dǎo)軌耐磨性，不少鑄造企業(yè)采用高磷鑄鐵和鋰鈦鑄鐵，對(duì)其金相組織檢查更為重要。前者的磷共晶必須呈斷續(xù)網(wǎng)狀分布，否則連續(xù)網(wǎng)狀分布的磷共晶極易脫落，形成磨粒，導(dǎo)致機(jī)床耐磨性失效。后者金相組織中細(xì)小的 V、Ti、C-N高硬度化合物必須是高度彌散分布，否則會(huì)造成整個(gè)導(dǎo) 軌磨損的不

22、均勻性。在調(diào)查中不少機(jī)床廠(chǎng)的協(xié)作廠(chǎng)機(jī)床鑄件幾乎不作金相檢查，甚至連金相儀器都不具備，這是十分危險(xiǎn)的。對(duì)于鋼錠模和汽車(chē)，拖拉機(jī)排氣管等灰鐵件，金相組織與其需要高的熱疲勞強(qiáng)度有著很密切的關(guān)系。A型石墨優(yōu)于D型石墨，其耐熱疲勞強(qiáng)度高出 1倍，如圖7所示。石墨長(zhǎng)度較長(zhǎng)者優(yōu)于石墨長(zhǎng)度較短者，如圖8所示：c 90 k 110 o石總片平均長(zhǎng)度w圖8若爆片平均長(zhǎng)度和熱波勞性能的關(guān)系邙小圖7石娶類(lèi)型和熱減芳性能的美京工川 試騎德帙化學(xué)成分相同;1-0型石巴 -A金石基（大小M強(qiáng)） TOC o 1-5 h z 石墨長(zhǎng)度120um者比石墨長(zhǎng)度50um者，耐熱疲勞強(qiáng)度高出 4倍。實(shí)踐證明，對(duì)這 類(lèi)鑄件金相檢驗(yàn)是必不

23、可少的。|我國(guó)的孕育鑄鐵在與美國(guó)的密烘鑄鐵的金相組織對(duì)比中，也有較大的差距。同樣是A型石墨，美國(guó)的更細(xì)小，分布更均勻。同樣的珠光體，美國(guó)的珠光體片間距更小，珠光體更|致密。而實(shí)踐證明，石墨的大小，珠光體的粗細(xì)對(duì)灰鑄鐵的強(qiáng)度影響甚大，當(dāng)金相中出現(xiàn) D、E型石墨的時(shí)候，或出現(xiàn)較大形狀碳化物和磷共晶的時(shí)候，或出現(xiàn)連續(xù)網(wǎng)狀磷共晶或合金的硬質(zhì)點(diǎn)分布不均勻的時(shí)候，即使是抗拉強(qiáng)度是合格的，其金相組織中出現(xiàn)的問(wèn)題仍會(huì)對(duì)鑄件的性能與加工性能帶來(lái)不良的影響。金相組織不是要不要檢驗(yàn)的問(wèn)題，而是作為鑄鐵各種性能變化及加工中出現(xiàn)各類(lèi)問(wèn)題的分析依據(jù)，是控制鑄件內(nèi)在質(zhì)量的重要指標(biāo)。對(duì)其檢驗(yàn)是必不可少的。3.灰鑄鐵的使用性能

24、與內(nèi)部缺陷一一灰鑄鐵內(nèi)在質(zhì)量指標(biāo)之三隨著近代機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的提升對(duì)各類(lèi)鑄件的使用性能和內(nèi)部缺陷提出了較高的要求： 如高強(qiáng)度機(jī)床鑄件要求有較高剛性，則對(duì)其彈性模數(shù)要進(jìn)行測(cè)試， 對(duì)精度及精度穩(wěn)定性有要求的機(jī)床對(duì)其鑄件的內(nèi)應(yīng)力及精度穩(wěn)定性要進(jìn)行測(cè)試，對(duì)導(dǎo)軌耐磨性有要求的，又不采用鑲鋼或鑲型導(dǎo)軌的機(jī)床鑄件要進(jìn)行耐磨性測(cè)試，對(duì)不同的耐壓件，根據(jù)不同要求，要分別進(jìn)行液壓、水壓、氣壓試驗(yàn)，對(duì)耐熱件進(jìn)行熱疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)等。此外，如發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體、缸蓋、 減磨件的汽缸套，活塞環(huán)，內(nèi)燃機(jī)的排氣歧管等皆有不同的使用性能，進(jìn)行滿(mǎn)足不同類(lèi)型鑄件使用性能的試驗(yàn)與測(cè)試是十分重要的。需要指出的是我國(guó)鑄造企業(yè)中對(duì)鑄件使用性能方面各類(lèi)

25、相應(yīng)的疝試亟待加強(qiáng)。例如：鬧生模數(shù)測(cè)試，疝磨性的疝試，內(nèi)應(yīng)力而測(cè)試、鑄件精應(yīng)穩(wěn)定性的測(cè)試、耐高溫、耐熱疲勞強(qiáng)度的測(cè)試，尤其是鑄件的壽命測(cè)試等皆大幅度地減少了。雖然，進(jìn)行這類(lèi)測(cè)試需要較大的物力、人力和時(shí)間，如機(jī)床導(dǎo)軌耐磨性研究前后10年，低應(yīng)力鑄鐵耗時(shí)8年，鑄件精度穩(wěn)定性測(cè)定也達(dá) 6年，孕育鑄鐵使用性能與工藝研究連續(xù)十 J 幾年，要提高效率縮短時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)是必要的。 但要從鑄造大國(guó)走向鑄造強(qiáng)國(guó)卻是必需的。今年7月在銀川召開(kāi)的鑄造系列會(huì)議上，全國(guó)代表看到共享集團(tuán)對(duì)鑄件的各種缺陷探傷儀器及進(jìn)行的對(duì)缺陷的瑩光探傷、射線(xiàn)探傷、超聲波探傷等，從一個(gè)側(cè)面看出他們對(duì)鑄件質(zhì)量尤其是內(nèi)在質(zhì)量的重視。以上就是灰鑄鐵

26、內(nèi)在質(zhì)量組成的三個(gè)方面缺一不可。在認(rèn)識(shí)灰鑄鐵內(nèi)在質(zhì)量概念之后，在生產(chǎn)實(shí)踐中，要在以下兩個(gè)環(huán)節(jié)精細(xì)操作，以確 保其質(zhì)量，這就是熔煉出優(yōu)質(zhì)的鐵水和采用最佳的孕育工藝。 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark0 o Current Document 待續(xù)：優(yōu)質(zhì)的鐵水質(zhì)量和最佳的孕育工藝是保證灰鑄鐵內(nèi)在質(zhì)量的基礎(chǔ)（二） HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 優(yōu)質(zhì)的鐵水質(zhì)量和最佳的孕育工藝是保證灰鑄鐵內(nèi)在質(zhì)量的基礎(chǔ)（二）作者：中國(guó)鑄造協(xié)會(huì) 馬敬仲【接上：優(yōu)質(zhì)的鐵水質(zhì)量和最佳的孕育工藝是保證灰鑄鐵內(nèi)在質(zhì)量的基礎(chǔ)（一）】三.優(yōu)質(zhì)的鐵

27、水質(zhì)量是保證灰鑄鐵內(nèi)在質(zhì)量的基礎(chǔ)鐵水質(zhì)量是由三個(gè)指標(biāo)組成的，這就是鐵水溫度、化學(xué)成分及純凈度。在這三個(gè)指標(biāo)中，鐵水溫度占著主導(dǎo)作用，它的高低直接影響著化學(xué)成分和純凈度。鐵水溫度鐵水的過(guò)熱溫度多少比較合適，國(guó)內(nèi)外學(xué)者皆有不同的看法。但有二點(diǎn)是相同的，第 一是存在一個(gè)臨界溫度，只有高于這一臨界溫度， 隨著溫度的提高，鐵水則大幅度地減少氧化，減少Si、Mn燒損，并使石墨細(xì)化，基體組織致密，鑄鐵強(qiáng)度提高，硬度下降，彈性模 數(shù)有少許提高，成熟度 RG提高，相對(duì)硬度 RH下降，品質(zhì)系數(shù) Qi提高，如圖9、圖10所示:圖g就激坦度對(duì)骯撞鼻度的骷嗝l-C ? C- ft* 1-( a*圖10俵索溫度與力學(xué)性幡

28、及防常飆蛉累*At. i *2同代表工,九醇* /九，/磷XW*第二就是如果鐵水過(guò)熱太高，則會(huì)導(dǎo)致石墨分布形狀的惡化，過(guò)冷度過(guò)大，極易出現(xiàn)自由滲碳體，導(dǎo)致力學(xué)性能的下降，尤其低碳當(dāng)量的鐵水對(duì)太高的過(guò)熱敏感性更大，性能下降更明顯，因此對(duì)鐵水溫度過(guò)熱也要有一個(gè)上限。生產(chǎn)實(shí)踐中，鐵水過(guò)熱的臨界溫度及過(guò)熱的上限范圍是與鑄鐵牌號(hào)即碳硅量的高低密 切聯(lián)系的。牌號(hào)越高，碳硅量越低，過(guò)熱溫度范圍也越高。從 HT250至HT350 ,國(guó)外工業(yè) 發(fā)達(dá)國(guó)家灰鑄鐵的出鐵溫度為15001550 c，國(guó)內(nèi)有建議14601500 c，也有建議1480 -1520 C。從實(shí)踐效果和節(jié)能角度考慮，筆者認(rèn)為14801520 c比

29、較合適，表十列出了孕育鑄鐵的出鐵溫度的范圍。表十 孕育鑄鐵的出鐵溫度牌號(hào)鐵水的出鐵溫度CHT25014801500HT30014901510HT35014901520對(duì)灰鑄鐵過(guò)熱溫度的選擇，涉及到鑄件質(zhì)量和節(jié)約能源兩方面的問(wèn)題。實(shí)踐證明，把 鐵水溫度控制在14801520 C,即能保證鑄件質(zhì)量，同時(shí)節(jié)約能源，這是因?yàn)椋汉线m的過(guò)熱溫度減少了鐵水的氧化及硅、鎰的燒損。理論計(jì)算表明，鐵水中的 C、Si與鐵水溫度之間存在著一定的關(guān)系，當(dāng)鐵水過(guò)熱到某一臨界溫度時(shí)，鐵水可避免氧化，SiO2、MnO可以被還原，如圖11所示：上看根據(jù)鐵水的C、Si含量，通過(guò)圖11確定理想的鐵水過(guò)熱溫度，如C=3.3% , S

30、i=1.7% ,則查出臨界溫度1418 C,過(guò)熱溫度為1468 C ,圖12的過(guò)熱溫度之所以要高出臨界溫度 50 C , 這是因?yàn)闆_天爐內(nèi)達(dá)不到臨界溫度的平衡條件。由圖11看出，隨著C、Si含量降低，過(guò)熱溫度越高， 可以說(shuō)1480 c是HT250HT350 灰鑄鐵最低的過(guò)熱溫度。高溫鐵水在實(shí)際生產(chǎn)中具有著巨大的實(shí)際意義:沖天爐熔煉的鐵水溫度越高，滲C率也越高，在同等強(qiáng)度下提高了碳當(dāng)量，提高了鑄造性能；高溫優(yōu)質(zhì)鐵水由于減少了氧化，大幅度減少了因氧化造成的廢品，并顯著地減少了硅、鎰燒損，這是下降成本，節(jié)約能源的最重要措施，鐵水的含氧量與渣中的含氧量有著密 切的關(guān)系，如表十一所示：表H一 渣中FeO

31、與鐵水中含氧量渣中FeO (%5.65.657.208.3411.3014.35鐵水中含氧量（PPM4047728695110美國(guó)資料指出，鑄鐵的合適的含氧量為1020PPM,日本為2030PPM,這樣低的鐵水含氧量是與他們的高溫鐵水有著密切聯(lián)系的。我國(guó)據(jù)不完全測(cè)定，灰鑄鐵含氧量在40110PPM的范圍內(nèi)，國(guó)內(nèi)鑄造企業(yè)在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，在節(jié)約焦碳與鐵水質(zhì)量的選擇中， 吃了大虧，表十二顯示了我國(guó)鑄造企業(yè)鐵水嚴(yán)重氧化硅、鎰燒損狀況。表T單位鐵焦比渣中FeO硅燒損鎰燒損（%）某機(jī)床廠(chǎng)A99.58.243.1236.4578682025某重型機(jī)器廠(chǎng)1081129378.6672034 38某機(jī)床廠(chǎng)B

32、1011.426281113 19.630 3321從能源上說(shuō)，一噸焦炭相當(dāng)3508度電，而煉一噸硅鐵需 8900度電，一噸鎰鐵需7000度電，因節(jié)約焦炭而損失硅鐵、鎰鐵得不償失，而鐵水氧化造成的廢品損失更是嚴(yán)重。某廠(chǎng)生產(chǎn)4M16缸體時(shí)，渣中FeO為1015%時(shí)，缸體廢品率達(dá)50% ,當(dāng)鐵水溫度達(dá)至1480 C,渣中FeO為57%時(shí)，缸體幾乎消除了廢品。節(jié)約焦炭不能以犧牲鐵水溫度為代價(jià)，而應(yīng)采用富氧送風(fēng)、預(yù)熱送風(fēng)等一系列措施來(lái)獲得高溫鐵水。某廠(chǎng)采用熱風(fēng)后，鐵水溫度14801500 Co不僅Si、Mn燒損減少，而且多加了廢鋼，在同樣的碳當(dāng)量下下降了成本。更重要 的是鐵水合適的過(guò)熱溫度，使石墨細(xì)化

33、，石墨減少，鐵水中的雜質(zhì)得一定穩(wěn)定的純化，從而 顯著地提高了鐵水的接受孕育的能力，為孕育打下了良好的基礎(chǔ)。在生產(chǎn)HT250350灰鑄鐵時(shí)，強(qiáng)調(diào)沖天爐的出鐵溫度為14801520 C,在任何情況下是不為過(guò)的，它是優(yōu)質(zhì)鐵水的首要條件。(2)化學(xué)成分合理地選擇化學(xué)成分，是保證灰鑄鐵最佳的內(nèi)在質(zhì)量的基本條件，具體要求如下：碳、硅含量選擇：HT250至HT350灰鑄鐵都是高強(qiáng)度孕育鑄鐵，孕育作用大小在很大程度上取決原鐵水的過(guò)冷度， 而影響鐵水過(guò)冷的主要因素是兩個(gè)，一是鐵水溫度，過(guò)熱溫度,見(jiàn)圖 13。二是碳當(dāng)量，碳當(dāng)量越低，過(guò)冷度越大。同閭，min圖強(qiáng)過(guò)熱密攫對(duì)鑄院的結(jié)晶過(guò)冷度大小的影喧碳當(dāng)量多少合適呢？

34、其原則是未孕育的原鐵水凝固后應(yīng)是白口與麻口組織，即碳是以部分或全部滲碳體出現(xiàn)， 孕育后全部為珠光體細(xì)灰口組織。 因此在孕育鑄鐵熔制時(shí)主要是掌 握兩個(gè)環(huán)節(jié)，一是選擇C、Si含量使孕育前鐵水為白口或麻口， 或石墨呈D、E型過(guò)冷石墨。二是經(jīng)過(guò)孕育后成為細(xì)珠光體與A型石墨。一般情況下 HT250至HT350牌號(hào)的灰鑄鐵，C為2.83.3% , Si為1.01.7% ,表十三是孕育鑄鐵的化學(xué)成分。表十三孕育鑄鐵的化學(xué)成分牌號(hào)C%Si%Mn%P%孕育前孕育后HT2503.13.31.2 丁1.41.5 /-1.70.81.00.2HT3003.03.21.1，1.21.4 /-1.71.01.20.2HT

35、3502.83.10.8 丁1.01.3 /-1.51.21.40.2在實(shí)際生產(chǎn)中，如果金相組織中基體為細(xì)珠光體，石墨細(xì)小，并呈A型分布說(shuō)明二個(gè)環(huán)節(jié)控制得較好。若發(fā)現(xiàn)有 2540%過(guò)冷石墨說(shuō)明C、Si含量選擇基本正確，孕育作用不 夠，應(yīng)加強(qiáng)孕育，如發(fā)現(xiàn)孕育充分，但仍出現(xiàn)較多的過(guò)冷石墨，甚至出現(xiàn)部分滲碳體，則說(shuō) 明C、Si量過(guò)低，應(yīng)適當(dāng)上調(diào)，如稍加孕育，就石墨粗大，說(shuō)明C、Si量過(guò)高，應(yīng)適當(dāng)下調(diào)。 在實(shí)踐中通過(guò)金相分析來(lái)調(diào)整二個(gè)環(huán)節(jié)是十分必要的。近代灰鑄鐵對(duì)化學(xué)成分的理解又有了新的進(jìn)步，一是高的鐵水溫度，高碳當(dāng)量的概念；二是在配料中增加廢鋼量，通過(guò)高溫、高滲碳，在同樣的碳當(dāng)量下獲得高強(qiáng)度的概念；

36、三是在適當(dāng)?shù)奶籍?dāng)量下，將 Si/C比的概念由0.40.5提高到0.650.75 ,則同樣的碳當(dāng)量下， 能提高強(qiáng)度與彈性模數(shù)，降低硬度，降低白口傾向；四是準(zhǔn)確而穩(wěn)定的化學(xué)成分，以最小的波動(dòng)值來(lái)保證鑄件質(zhì)量的一致性的概念，成分波動(dòng)如表十四所示：表十四 鐵水成分的波動(dòng)范圍化學(xué)成分CSiMnPs波動(dòng)范圍（%）0.050.10.10.023PPM,易產(chǎn)生氫氣孔。氧含量 60PPM,則鐵水氧化 開(kāi)始嚴(yán)重，硅、鎰燒損增加。氮含量100PPM,易產(chǎn)生氮?dú)饪祝?140PpM時(shí)更為顯著。表十五顯示了鐵水中，氫、氧、氮對(duì)鑄鐵性能的影響。表十五 鐵水中氣體對(duì)鑄鐵性能的影響氣體要求含量（PPM對(duì)灰鑄鐵性能的影響氫3PP

37、M時(shí)，易產(chǎn)生氫氣孔，導(dǎo)致鐵水流動(dòng)性下降，機(jī)械性能下降鐵水中氫（cm3/100g） 0.8 4.1 氫含量（cm3/100g） 1.15 4.3螺旋長(zhǎng)度（mm 530 390 抗拉強(qiáng)度 Mpa 229 187氧60.鐵水氧化，產(chǎn)生非金屬夾雜物，機(jī)械性能下降.產(chǎn)生CO皮卜氣孔氮100PPM易形成裂紋狀的氮?dú)饪自阼F水的氣體含量要求中，避免鐵水氧化是最重要的。這就是生產(chǎn)中我們?yōu)槭裁匆?鐵水溫度要高于避免鐵水氧化的臨界過(guò)熱溫度，要求渣中FeO500025 30隨流孕育0.5 1.0孕育劑的放置硅、鐵等孕育劑極易吸潮，不宜破碎后長(zhǎng)期存放，應(yīng)鐵桶封存，用時(shí)再打開(kāi)，目前不 少工廠(chǎng)孕育劑隨意堆放，吸濕、氧化、

38、污染嚴(yán)重，往往使孕育作用大減，故孕育劑存放必須 桶裝加蓋。孕育劑的烘烤孕育劑需經(jīng)300500 c預(yù)熱后使用，未經(jīng)預(yù)熱的硅鐵易從大氣中吸收水汽，造成鑄件 針孔，對(duì)瞬時(shí)孕育細(xì)粒孕育劑使用時(shí)再打開(kāi)，發(fā)現(xiàn)受潮也要預(yù)熱。 注意鐵水的含硫量，為保證孕育時(shí)有足夠的結(jié)晶核心，鐵水的含S宜在0.050.06%范圍內(nèi)，低于此值，孕育效果降低，應(yīng)及時(shí)調(diào)整鐵水成分。 在進(jìn)行出鐵槽孕育時(shí)，在化學(xué)成分確定后還要重視鐵水中Si含量與孕育劑加入 Si量的比例關(guān)系。實(shí)踐證明，在一定的碳當(dāng)量下，如孕育后鐵水的終硅量不變，原鐵水Si較低，孕育Si量較多者強(qiáng)度好，硬度低，孕育效果顯著，見(jiàn)表十八：表十八 終硅量不變，孕育硅與原有硅量不

39、同對(duì)孕育鑄鐵力學(xué)性能的影響孕育硅量/鐵水總硅量%O不孕育255075原后硅2.171.51.000.5硅%孕育硅00.581.151.57終硅量2.172.072.152.07碳3.07 3.093.10 3.113.043.04 3.06抗拉強(qiáng)度MPa258272296303334333338341硬度HBS228228223223217217217217在實(shí)踐中，當(dāng)碳當(dāng)量在 3.33.5%時(shí)，孕育硅終硅量 5060%為宜，碳當(dāng)量3.63.8% 時(shí)，其比例2535%為宜，最佳的比例仍要每個(gè)工廠(chǎng)實(shí)踐確定。不過(guò)有一點(diǎn)是可以肯定的，原鐵水的硅量不宜過(guò)高，原鐵水的硅僅能作為鐵水成份起石墨化作用，孕育

40、劑中的硅所起的石墨化作用為原鐵水硅的 34倍。瞬時(shí)孕育的劑量不再上述的規(guī)律內(nèi)。孕育溫度的選擇眾多的試驗(yàn)證明，高的過(guò)熱溫度下，較低的孕育溫度則會(huì)取得較好的孕育效果。如鐵水過(guò)熱溫度為1470 C時(shí)，1350 C孕育溫度比1470 C的孕育效果要好。A類(lèi)石墨增多，D型 石墨減少，如圖14所示。石墨長(zhǎng)度也比 1470 c孕育的短，如圖15所示：13M KOO *用 學(xué)界和曉芒混度（Xj國(guó)14孕自配度對(duì)A、D室石墨含吊的胎響圖15孕育和港灣溫度對(duì)石墨長(zhǎng)度的齡響生產(chǎn)實(shí)踐證明，最近發(fā)展很快的澆口杯孕育，隨流孕育，型內(nèi)孕育等瞬時(shí)孕育工藝皆獲得極佳的孕育效果， 也直接證明了較低的孕育溫度效果為佳。當(dāng)然其條件是必須保證孕育劑熔化和吸收。因此一般隨流孕育的溫度最低也要1340 C,孕育劑粒度以 0.31.0 mm為宜。高溫孕育效果差，主要原因是：孕育后仍有較高的溫度，則孕育后至鐵水凝固的溫差 大，凝固時(shí)間長(zhǎng)，前者導(dǎo)致鐵水的過(guò)冷度增加，后者使孕育衰退加劇，從而削弱了孕育效果。采用澆注時(shí)的瞬時(shí)孕育工藝，需考慮澆 注溫度的高低。采用澆注時(shí)孕育的澆注溫度如表十九所示：表十九孕育鑄鐵的澆注溫度鑄鐵牌號(hào)HT250HT300HT350澆注溫度C13