怎样提高球墨铸铁材质的铁素体含量

　　研究表明不同温度下不同基体组织对低温冲击韧性有较大的影响，塑性较高的铁素体球铁能获得较高的冲击韧性指标  

　　  4.1.1 化学成份  

　　  降低促进或稳定珠光体形成元素如：Mn、V、Zr、Nb、Ti、Cr、Mo、W、Cu、Pb、Sb 等元素，其中值 得一提的两个元素，一个是锰，它对球墨铸铁的冲击韧性和脆性转变温度都有特别不利的影响，每提高 0.1% 的锰含量，球铁的脆性转变温度提高 10℃～12℃，所以，尽量选择低锰生铁和废钢作为原材料；另一个元素 是 Cu，他虽然是中性元素，提高珠光体含量的作用不明显，但是，随着含 Cu 量的增加，球墨铸铁的脆性转 变温度升高，并且冲击韧度也下降。 

　　  适量提高铁素体形成元素，如：C、Si、Ca、Ba、Al、Bi 等元素，其中值得一提的是 Si 元素，众所周知，Si 是强烈促进石墨化元素，有利于提高铁素体含量，但 Si 量增加，冲击韧性明显下降，Si 含量每提高 01.% 脆性转变温度就提高 5.5℃～6℃，含 Si 量在 4%左右的球墨铸铁，虽具有全部的铁素体基体，但脆性很大， 就是常温下也难于在有冲击载荷的条件下使用，因此，具有低温冲击性能要求的球铁中 Si 含量一般控制在 1.6～2.0%。 

　　4.1.2 降低铸件随型冷却速度  

　　  一定成份的球铁，改变其共晶阶段冷却速度，可在较大范围内改变其基体组织，也就是说铸件随型冷却速度愈慢，其基体组织中铁素体含量愈高，铸件越厚，冷却速度越慢，铁素体含量越高。但应防止出现晶粒及石墨球粗大；造型材料不同，导热能力不同，导致随型铸件冷却速度也不同，应选用干型砂或树脂砂等导热较慢的造型材料，同时应适当放宽铸型厚度（俗称加大吃砂量），尽量减少或不用冷铁，对于薄壁件来说，适当提高浇铸温度的措施来减缓铸件冷却速度，尽量延长开箱时间，有条件的可将随型铸件集中摆放，减缓散热。 

　　  4.1.3 热处理  

　　  从图4、图 5 可看出，通过热处理工艺后，提高了铁素体含量，延伸率、冲击韧性都得到了较大幅度的提高，通过退火处理部分元素在高温下能得以扩散，铸件基体组织的晶格变细、晶粒细化，铁素体量和性能得以稳定提高。同时，通过热处理的方法，可适当放宽对原辅材料中部分元素的苛刻要求。对于达不到要求的或中小铸件可通过热处理的措施来祢补。

　　  4.2 细化晶粒、增加共晶团数量  

　　  随着材料晶粒尺寸的增大，材料的断裂应力显着降低，当晶粒尺寸大于某一临界尺寸时，既出现脆性断裂，细化及减小晶粒尺寸可降低脆性转变温度，从而提高球墨铸铁低温冲击韧性指标。 

　　  4.2.1 合成铸铁熔炼工艺  

　　  采用废钢和回炉球铁作为主要原料，采用石墨增 C，硅铁或碳化硅增 Si 的方式熔炼球铁铁液。由于 C、 Si 的熔点比铁液的温度高，主要是靠扩散溶解的方式进入铁液，在铁液中存在着大量的[C]的微晶，这种微晶 是先共析或共晶石墨很好的外来形核基底，有利于细化晶粒。 

　　                                                      

　　4.2.2 多次孕育  

　　  孕育的实质是脱氧、脱硫形成外来晶粒，其目的是增加石墨形核能力，细化晶粒，增加石墨球数量，增加铁素体含量，经过三次孕育，尤其是浇铸过程中采用 0.3～1mm 的含 Ba 孕育剂进行瞬时孕育，孕育量虽 少，但孕育效果显着。 

　　4.3 净化铁液，减少晶粒内部、

　　晶粒间的夹渣及夹杂物  

　　  材料断裂往往是穿晶或沿晶断裂，材料晶粒内部或晶粒间有夹杂或夹杂物，削弱了材料的键合力，在冲击载荷作用下，经常形成为裂纹源，或裂纹传播的途径，降低材料的耐低温冲击能力。 

　　  4.3.1 铁液预处理  

　　  4.3.1.1 脱氧、脱硫处理  

　　  对于采用冲天炉--电路双联熔炼的厂家，可采取摇包方式冲入方式或气动脱硫方式进行脱硫，使原铁液 中的硫含量降至 0.02%一下，不过，现在用的脱硫剂大部分为 CaO 或 CaC2 成份，这种脱硫剂脱氧能力较 差，能适当辅助以一些脱氧元素如 Ca、Ba、Al 等元素就更好。对于采用电炉直接熔炼也有必要采取铁水的 脱氧、脱硫处理。

　　  4.3.1.2 铁液的过热及静置  

　　  提高铁液熔炼温度，可以使原材料中带入的夹杂物，以及在熔炼过程中形成的夹渣及夹杂物上浮至铁液表面，尤其是对于采用废钢增碳工艺更要适当提高熔炼温度≥1500℃，增加保温时间，不然，碳不能完全溶 到铁液中，形成夹渣。对球化后的铁液进行 1～3min 的静置，有利于活泼金属如 Mg、Ba、Al、Fe 的氧化物 及硫化物上浮，从而净化铁液。 

　　  4.3.1.3 多覆盖 勤扒渣  

　　  多覆盖有利于熔炼过程，浇铸过程中减少铁液和空气的接触时间，降低铁液中的氧含量；勤扒渣，有利于聚集在熔炼过程或球化过程中形成的残存氧化物、硫化物，从而使铁--渣分离，保证进入型腔前的铁液得 到良好的净化。 

　　  4.3.1.4 铁液过滤  

　　  结合浇铸系统在型上或型内设置一个带有过滤器的集渣包，一是阻止固、液态渣的通过；二是有利于铁液平稳注入型腔，减少二次氧化渣的形成；三是在集渣包中上浮一些集渣物，尽量减少一次渣进入型腔。 

　　4.4 降低晶界偏析元素  

　　  Mn、Sb、Sn、As、Ti 等元素为晶界偏析元素，应尽量降低其含量。  

　　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，应尽量降低其含量  

　　4.6 专用球化剂、孕育剂

　　  用于生产耐低温冲击球铁的球化剂、孕育剂应注意如下三原则：

　　  一是：高的稳定的球化及孕育效果：这一方面取决于球化剂本身的成分稳定，主要元素如 Mg、Re、Ca、 Ba 等偏差范围应小于±0.3%；另一方面是铁水质量的稳定，如出铁温度，S、O 含量的稳定；再次就是操作 工艺的稳定，如出铁速度及除铁位置的控制，防止出铁过慢使铁水直冲球化剂。

　　  二是：较强的墨化能力，Mg、Re 是主要的球化元素，同时也是较强的白口形成元素。应以 Mg 为主， 辅以 Re 元素，同时合理搭配 Ca、Ba、Bi 等墨化能力较强的元素。 

　　  三是：较低的形渣能力，一方面应尽量减少球化剂、孕育剂中的渣含量，如 MgO、稀土的氧化物及其他 的外来渣。同时，球化剂、孕育剂中的 Ca、Ba 含量要适中，因为它们具有较强的形渣能力。

　　  5.一对矛盾的化解  

　　  球化剂、孕育剂中 Mg、Re、Ca、Ba 等元素的含量及其加入量与球化效果及低温冲击性能存在着一定 的矛盾，加入铁水中的 Mg、Re、Ca、Ba 等元素过量，会造成上述元素的残留铁水中的量偏高，其氧化、硫化渣较高势必影响冲击性能。但也不能因噎废食，上述元素过低也会影响球化效果及基体组织，达不到效果。应针对不同的铁水质量，铸件大小、形状、壁厚、浇注时间等条件选用恰到好处的专用球化剂、孕育剂及其配套工艺措施。

　　  6.结语   

　　总的来说，只要控制好铁水的冶金质量，控制适量的 C、Si、Mn、Ca、Ba、Re、等元素的含量，尽量降低其他元素的含量，选用特制球化剂、孕育剂及配套工艺，严格工艺过程，完善各项参数的检测手段。那么，稳定生产耐低温冲击球铁铸件并不是一件十分困难的事情。 

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