怎樣提高球墨鑄鐵材質(zhì)的鐵素體含量
研究表明不同溫度下不同基體組織對(duì)低溫沖擊韌性有較大的影響，塑性較高的鐵素體球鐵能獲得較高的沖擊韌性指標(biāo)
4.1.1 化學(xué)成份
降低促進(jìn)或穩(wěn)定珠光體形成元素如：Mn、V、Zr、Nb、Ti、Cr、Mo、W、Cu、Pb、Sb 等元素，其中值 得一提的兩個(gè)元素，一個(gè)是錳，它對(duì)球墨鑄鐵的沖擊韌性和脆性轉(zhuǎn)變溫度都有特別不利的影響，每提高 0.1% 的錳含量，球鐵的脆性轉(zhuǎn)變溫度提高 10℃～12℃，所以，盡量選擇低錳生鐵和廢鋼作為原材料；另一個(gè)元素 是 Cu，他雖然是中性元素，提高珠光體含量的作用不明顯，但是，隨著含 Cu 量的增加，球墨鑄鐵的脆性轉(zhuǎn) 變溫度升高，并且沖擊韌度也下降。
適量提高鐵素體形成元素，如：C、Si、Ca、Ba、Al、Bi 等元素，其中值得一提的是 Si 元素，眾所周知，Si 是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化元素，有利于提高鐵素體含量，但 Si 量增加，沖擊韌性明顯下降，Si 含量每提高 01.% 脆性轉(zhuǎn)變溫度就提高 5.5℃～6℃，含 Si 量在 4%左右的球墨鑄鐵，雖具有全部的鐵素體基體，但脆性很大， 就是常溫下也難于在有沖擊載荷的條件下使用，因此，具有低溫沖擊性能要求的球鐵中 Si 含量一般控制在 1.6～2.0%。
4.1.2 降低鑄件隨型冷卻速度
一定成份的球鐵，改變其共晶階段冷卻速度，可在較大范圍內(nèi)改變其基體組織，也就是說鑄件隨型冷卻速度愈慢，其基體組織中鐵素體含量愈高，鑄件越厚，冷卻速度越慢，鐵素體含量越高。但應(yīng)防止出現(xiàn)晶粒及石墨球粗大；造型材料不同，導(dǎo)熱能力不同，導(dǎo)致隨型鑄件冷卻速度也不同，應(yīng)選用干型砂或樹脂砂等導(dǎo)熱較慢的造型材料，同時(shí)應(yīng)適當(dāng)放寬鑄型厚度（俗稱加大吃砂量），盡量減少或不用冷鐵，對(duì)于薄壁件來說，適當(dāng)提高澆鑄溫度的措施來減緩鑄件冷卻速度，盡量延長(zhǎng)開箱時(shí)間，有條件的可將隨型鑄件集中擺放，減緩散熱。
4.1.3 熱處理
從圖4、圖 5 可看出，通過熱處理工藝后，提高了鐵素體含量，延伸率、沖擊韌性都得到了較大幅度的提高，通過退火處理部分元素在高溫下能得以擴(kuò)散，鑄件基體組織的晶格變細(xì)、晶粒細(xì)化，鐵素體量和性能得以穩(wěn)定提高。同時(shí)，通過熱處理的方法，可適當(dāng)放寬對(duì)原輔材料中部分元素的苛刻要求。對(duì)于達(dá)不到要求的或中小鑄件可通過熱處理的措施來禰補(bǔ)。
4.2 細(xì)化晶粒、增加共晶團(tuán)數(shù)量
隨著材料晶粒尺寸的增大，材料的斷裂應(yīng)力顯著降低，當(dāng)晶粒尺寸大于某一臨界尺寸時(shí)，既出現(xiàn)脆性斷裂，細(xì)化及減小晶粒尺寸可降低脆性轉(zhuǎn)變溫度，從而提高球墨鑄鐵低溫沖擊韌性指標(biāo)。
4.2.1 合成鑄鐵熔煉工藝
采用廢鋼和回爐球鐵作為主要原料，采用石墨增 C，硅鐵或碳化硅增 Si 的方式熔煉球鐵鐵液。由于 C、 Si 的熔點(diǎn)比鐵液的溫度高，主要是靠擴(kuò)散溶解的方式進(jìn)入鐵液，在鐵液中存在著大量的[C]的微晶，這種微晶 是先共析或共晶石墨很好的外來形核基底，有利于細(xì)化晶粒。
4.2.2 多次孕育
孕育的實(shí)質(zhì)是脫氧、脫硫形成外來晶粒，其目的是增加石墨形核能力，細(xì)化晶粒，增加石墨球數(shù)量，增加鐵素體含量，經(jīng)過三次孕育，尤其是澆鑄過程中采用 0.3～1mm 的含 Ba 孕育劑進(jìn)行瞬時(shí)孕育，孕育量雖 少，但孕育效果顯著。
4.3 凈化鐵液，減少晶粒內(nèi)部、
晶粒間的夾渣及夾雜物
材料斷裂往往是穿晶或沿晶斷裂，材料晶粒內(nèi)部或晶粒間有夾雜或夾雜物，削弱了材料的鍵合力，在沖擊載荷作用下，經(jīng)常形成為裂紋源，或裂紋傳播的途徑，降低材料的耐低溫沖擊能力。
4.3.1 鐵液預(yù)處理
4.3.1.1 脫氧、脫硫處理
對(duì)于采用沖天爐--電路雙聯(lián)熔煉的廠家，可采取搖包方式?jīng)_入方式或氣動(dòng)脫硫方式進(jìn)行脫硫，使原鐵液 中的硫含量降至 0.02%一下，不過，現(xiàn)在用的脫硫劑大部分為 CaO 或 CaC2 成份，這種脫硫劑脫氧能力較 差，能適當(dāng)輔助以一些脫氧元素如 Ca、Ba、Al 等元素就更好。對(duì)于采用電爐直接熔煉也有必要采取鐵水的 脫氧、脫硫處理。
4.3.1.2 鐵液的過熱及靜置
提高鐵液熔煉溫度，可以使原材料中帶入的夾雜物，以及在熔煉過程中形成的夾渣及夾雜物上浮至鐵液表面，尤其是對(duì)于采用廢鋼增碳工藝更要適當(dāng)提高熔煉溫度≥1500℃，增加保溫時(shí)間，不然，碳不能完全溶 到鐵液中，形成夾渣。對(duì)球化后的鐵液進(jìn)行 1～3min 的靜置，有利于活潑金屬如 Mg、Ba、Al、Fe 的氧化物 及硫化物上浮，從而凈化鐵液。
4.3.1.3 多覆蓋 勤扒渣
多覆蓋有利于熔煉過程，澆鑄過程中減少鐵液和空氣的接觸時(shí)間，降低鐵液中的氧含量；勤扒渣，有利于聚集在熔煉過程或球化過程中形成的殘存氧化物、硫化物，從而使鐵--渣分離，保證進(jìn)入型腔前的鐵液得 到良好的凈化。
4.3.1.4 鐵液過濾
結(jié)合澆鑄系統(tǒng)在型上或型內(nèi)設(shè)置一個(gè)帶有過濾器的集渣包，一是阻止固、液態(tài)渣的通過；二是有利于鐵液平穩(wěn)注入型腔，減少二次氧化渣的形成；三是在集渣包中上浮一些集渣物，盡量減少一次渣進(jìn)入型腔。
4.4 降低晶界偏析元素
Mn、Sb、Sn、As、Ti 等元素為晶界偏析元素，應(yīng)盡量降低其含量。
4.5 降低氧化物、硫化物形成元素
Ca、Ba、Al、Mg、稀土元素易形成氧化物、硫化物，應(yīng)盡量降低其含量
4.6 專用球化劑、孕育劑
用于生產(chǎn)耐低溫沖擊球鐵的球化劑、孕育劑應(yīng)注意如下三原則：
一是：高的穩(wěn)定的球化及孕育效果：這一方面取決于球化劑本身的成分穩(wěn)定，主要元素如 Mg、Re、Ca、 Ba 等偏差范圍應(yīng)小于±0.3%；另一方面是鐵水質(zhì)量的穩(wěn)定，如出鐵溫度，S、O 含量的穩(wěn)定；再次就是操作 工藝的穩(wěn)定，如出鐵速度及除鐵位置的控制，防止出鐵過慢使鐵水直沖球化劑。
二是：較強(qiáng)的墨化能力，Mg、Re 是主要的球化元素，同時(shí)也是較強(qiáng)的白口形成元素。應(yīng)以 Mg 為主， 輔以 Re 元素，同時(shí)合理搭配 Ca、Ba、Bi 等墨化能力較強(qiáng)的元素。
三是：較低的形渣能力，一方面應(yīng)盡量減少球化劑、孕育劑中的渣含量，如 MgO、稀土的氧化物及其他 的外來渣。同時(shí)，球化劑、孕育劑中的 Ca、Ba 含量要適中，因?yàn)樗鼈兙哂休^強(qiáng)的形渣能力。
5.一對(duì)矛盾的化解
球化劑、孕育劑中 Mg、Re、Ca、Ba 等元素的含量及其加入量與球化效果及低溫沖擊性能存在著一定 的矛盾，加入鐵水中的 Mg、Re、Ca、Ba 等元素過量，會(huì)造成上述元素的殘留鐵水中的量偏高，其氧化、硫化渣較高勢(shì)必影響沖擊性能。但也不能因噎廢食，上述元素過低也會(huì)影響球化效果及基體組織，達(dá)不到效果。應(yīng)針對(duì)不同的鐵水質(zhì)量，鑄件大小、形狀、壁厚、澆注時(shí)間等條件選用恰到好處的專用球化劑、孕育劑及其配套工藝措施。
6.結(jié)語(yǔ)
總的來說，只要控制好鐵水的冶金質(zhì)量，控制適量的 C、Si、Mn、Ca、Ba、Re、等元素的含量，盡量降低其他元素的含量，選用特制球化劑、孕育劑及配套工藝，嚴(yán)格工藝過程，完善各項(xiàng)參數(shù)的檢測(cè)手段。那么，穩(wěn)定生產(chǎn)耐低溫沖擊球鐵鑄件并不是一件十分困難的事情。
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