鑄態(tài)低溫高韌性球墨鑄鐵件生產(chǎn)三要素不可缺

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展以及國外高端鑄件的引入和吸收，各領域出現(xiàn)的高性能、高效率、高可靠性的設備對鑄件的質量要求日益提高。低溫沖擊球墨鑄鐵材料由于在低溫下具備較高的沖擊韌度，在風電、高鐵等領域得到了廣泛的應用。近年來該領域不斷發(fā)展，行業(yè)內外對鑄件的質量要求逐漸達成一致，致力于發(fā)展-40℃甚至-50℃條件下的高韌性球墨鑄鐵，鑄件的質量優(yōu)劣對設備的安全、質量、壽命有著決定性的影響。我公司是河南柴油機重工有限責任公司與上海711研究所合資組建的專業(yè)鑄鐵制造公司，一直秉承把提高產(chǎn)品的品質與質量放在首位的原則，把質量的穩(wěn)定性與一致性作為管理的重中之重。我公司生產(chǎn)的齒輪箱體材料為ENGJS400-18LT，屬于典型的薄壁球鐵殼類鑄件，其尺寸精度、重量、內部質量等要求非常高，在鑄造工藝方面存在一定難度，鑄態(tài)下達到-40℃沖擊韌度更是難點中的難點。1.鑄件要求毛坯結構如圖1所示，材質為ENGJS-400-18LT，重量260/280kg。技術要求見表1。圖１毛坯結構

表1鑄件技術要求

2.影響因素低溫環(huán)境下服役的球墨鑄鐵的韌性受生產(chǎn)過程中很多因素的影響，包括其化學成分、鑄造工藝、熔煉、球化、孕育處理工藝及熱處理制度等，這些因素決定了鑄件最終的組織和力學性能。（1）球墨鑄鐵組織對沖擊韌度的影響

實際生產(chǎn)應用中，在碳含量一定的情況下，球化率和石墨球數(shù)對沖擊性能影響顯著，其關系如圖2、圖3所示。同時，圓整的石墨球可以改善球墨鑄鐵的沖擊韌度，而石墨體積分數(shù)增加或石墨球數(shù)增多均可使脆性轉變溫度下降，并提高上限沖擊吸收能量。因此，在實際生產(chǎn)中必須嚴格控制球化處理和孕育工藝，要控制原材料（生鐵、廢鋼、回爐料等）中的微量元素含量，特別是要限制反球化及干擾元素的含量。圖4顯示球墨鑄鐵的基體組織對其沖擊性能有明顯的影響。由圖4可知，隨著珠光體體積分數(shù)的增加，沖擊性能降低，因此要保證低溫高韌性球墨鑄鐵為全鐵素體基體。

（2）球墨鑄鐵化學成分對沖擊韌度的影響

在工藝條件一定的情況下，球墨鑄鐵的化學成分對組織及會產(chǎn)生決定性的作用，從而決定其性能。C對球墨鑄鐵V形缺口沖擊性能的作用主要體現(xiàn)在對上限沖擊吸收能量的影響，上限沖擊吸收能量隨球墨鑄鐵碳含量的增加而下降，原因在于球墨鑄鐵斷裂是通過在石墨球上形成的空位及其聚集生長而進行的，碳含量高會使球數(shù)增加及尺寸增大，因而空位生長及其聚集過程中的塑性形變降低，導致斷裂過程塑性形變能減少，表現(xiàn)為上限沖擊吸收能量的下降。但是，碳含量過低會使塑—脆轉變溫度區(qū)間向高溫方向移動，反而影響低溫沖擊吸收能量。綜合考慮碳含量，確定wC＝3.70%～3.80%較為合適。Si對球墨鑄鐵沖擊性能的影響有雙重性。由于Si強烈改變塑—脆性轉變溫度，要獲得優(yōu)越的低溫韌性，需要盡可能降低球墨鑄鐵的Si量，但Si量減少，會降低鐵素體球墨鑄鐵的抗拉強度和屈服強度。綜合考慮，確定wSi終＝1.80%～2.00%。Mn可增加偏析傾向，促進基體中碳化物和珠光體的形成，對韌性十分不利，尤其對低溫球墨鑄鐵的沖擊吸收能量有嚴重的損害，此外Mn量高還增加球墨鑄鐵退火熱處理的難度。因此需要限制Mn量，一般上限為Mn≤0.2%。S、P均為有害元素，P既顯著升高塑—脆性轉變溫度，又強烈降低球墨鑄鐵的上限沖擊功。為此，降低P量是生產(chǎn)低溫高韌性球墨鑄鐵的關鍵因素之一，因此需要限制wS、wP量，一般上限為0.02%。Ni可以作為低溫球墨鑄鐵的鐵素體強化元素,wNi＝0.4%～0.6%較為合適。3.熔煉工藝的設計（1）原材料的選用

生鐵選用高純生鐵，其化學成分為：wSi＜0.4%、wMn＜0.2%、wP＜0.03%、wS＜0.02%，其他有害元素總量（質量分數(shù)）不超過0.2%，其中包括球化干擾元素（Ti、As、V、Sb、Bi）和促進碳化物生成元素（Cr、W、Pb、Sn）。廢鋼為優(yōu)質碳素廢鋼，主要是沖壓的邊角料壓塊。（2）鐵液化學成分的選擇

見表2。（3）球化及孕育處理

1t球化包，球化溫度控制在1450～1480℃，三明治沖入法處理，球化劑選用Lamet5841，粒度4～25mm，加入量為1.2%～1.4%。其上覆蓋0.6%高鈣鋇孕育劑，粒度3～8mm。再覆蓋部分除過油的鑄鐵屑，球化完畢，扒凈熔渣。澆注溫度控制在1360～1380℃，隨流瞬時孕育采用粒度0.2～0.7mm隨流孕育劑，加入量0.1%。4.生產(chǎn)實踐

5t/h中頻感應點爐熔煉20爐次的控制結果見表3。5.結語（1）高質量的原輔材料是生產(chǎn)高標準鑄態(tài)下低溫高韌性球墨鑄鐵件第一要素。（2）合理的化學成分是生產(chǎn)高標準鑄態(tài)下低溫高韌性球墨鑄鐵