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1、大型铸铁件铁液处理探讨 张文和,丁 俊,聂富荣, （ 南京铸峰国际贸易有限公司 南京 210002 ）摘要：凝固时间长是厚壁铸件多种缺陷的根源，灰铸铁件厚壁芯部晶粒粗大；球墨铸铁件芯部石墨球数减少，容易出现变态石墨、晶间碳化物等现象。成分偏析、磷共晶、微量元素，严重影响球墨铸铁的质量。正确的铁液处理有助于避免这些不利因素。 关键词：大型铸铁件;石墨畸变；冶金质量； Study Melts Treating of Heavy Casting ZHANG Wen-he, DING Jun, NIE Fu-rong, （ Nanjing Zhufeng International Trading C
2、o.，Ltd Nanjing China 210002 )Abstract: There are many defects of Thick-wall casting, it roots in long freeze,. grain growth of center gray iron casting and reduce the number of graphite nodule, appear deteriorative graphite, and carbide of intercrystalline in ductile iron. Quality of ductile iron ar
3、e affected by segregation of composition, phosphide, trace elements . It is helpfully that using rational treatment technique of melted iron, avoid harmful factors. Key words: heavy casting iron; graphite distortion; metallurgical quality;1、前言矿山冶金、重型机床、水利风力、热核能源等国民经济重要部门飞速发展，带动大型铸铁件的需求日益增加。2008年5月22
4、日世界上迄今最大的铸件，一万八千五百吨油压机520吨上横梁铸钢件在洛阳诞生，彰显国内大型铸件的生产水平。大型铸铁件几十乃至百吨以上，通常被用作基础结构件，其中灰铸铁件必须具备高强度，而球墨铸铁件多为高韧性铁素体型。轴类铸件一般在十吨以内，材质是承受小能量多次冲击的高强度低韧性珠光体球墨铸铁，另外集中专题讨论针对性会更强。凝固时间长是厚壁铸件多种缺陷的根源。冷却缓慢的灰铸铁件，芯部晶粒粗大，强度低于外表面；球墨铸铁件芯部石墨球数减少，石墨化困难，容易生成珠光体，并出现变态石墨、晶间碳化物等现象，导致力学性能下降。Si和Cu偏析共晶团内，致使晶界贫化促成碳化物，恶化力学性能；共晶团边界的磷共晶，降
5、低韧性增加脆性；微量干扰元素富集在最后凝固区域，形成晶间组织，强度和韧性随之降低。风力发电设备的大型球铁铸件，一般要求接近100%的铁素体基体，对-20甚至-40低温冲击性能要求很高，否则极易发生脆性断裂。在低温受载情况下，铸铁脆性断裂形式有解理断裂、穿晶脆性断裂和沿晶断裂。材料的韧脆性能与铸铁的主要成分、微量元素、铁液处理、铸造及热处理工艺密切相关。铸铁件的显微缩松、奥氏体枝晶、石墨和夹杂物形貌对断裂产生重大影响。基于大型铸铁件的这些特点，认真探讨其铁液处理的经验和原理，以避免大型铸件由于铁液处理不当带来的损失。2、铸铁铁液的制备2.1铸铁的牌号：大型铸铁件要承受较大的载荷，承受高弯曲力和高
6、拉力，因此灰铸铁多采用牌号HT250-HT350，球墨铸铁基础结构铸件多采用牌号QT350-QT450。最近，球墨铸铁力学性能的新国标正在审定报批，其等效采用国际标准增加QT350-22和QT350-22L。表2、表3是欧洲EN1563：1997标准的球墨铸铁单铸试棒和附铸试棒的技术要求。 灰铸铁厚壁铸件附铸试棒的力学性能1 表1铸铁牌号铸件壁厚/mm30单铸试棒/M Pa*铸件硬度HBS50附铸试棒/M Pa实体试棒/M PaHT25080-150250241180165150-300165150HT30080-150300262210195150-300195180HT35080-1503
7、50277240225150-300215205*铸件硬度参照JIS G 55011995同等牌号灰铸铁规定的硬度值。 欧洲标准球墨铸铁力学性能（单铸试棒）1 表2 性能牌号抗拉MPa屈服MPa伸长率%最小冲击吸收功试验温度/三次均值/J单个值/JEN-GJS-350-22-LT35022022-402129EN-GJS-350-22-RT2351714EN-GJS-400-18-LT40025018-202129EN-GJS-400-18-RT2351411EN-GJS-400-1515EN-GJS-450-10450310 10注：表中LT表示低温，RT表示室温。大型铸件如不要求低温冲击性
8、能，材质可以采用QT450-10，。近年来发展起来的风力发电设备的大型球墨铸铁件，材质要求QT350-22L在-40，QT400-18L在-20有冲击韧性要求。高端球铁铸件甚至有-60的冲击韧性要求。欧洲标准球墨铸铁力学性能（附铸试棒）1 表3 性能牌号相关壁厚t/mmb/MPas/MPa% 最小冲击吸收功试验温度/三次均值/J单个值/JEN-GJS-350-22U-LT3035033032022021020022181530t60-40212960t200107EN-GJS-350-22U-RT30350330320220220210221815235171430t6060t2001512E
9、N-GJS-400-18U-LT3040039037024023022018151230t60-20212960t200107EN-GJS-400-18U-RT3040039037025025024018151230t60235141160t200129EN-GJS-400-15U3040039037025025024015141130t6060t200EN-GJS-450-10U304503101030t60供需双方商定60t200表中附铸试棒的力学性能与铸件壁厚关系很大，这一点对讨论大型球墨铸铁件尤为重要。2.2 HT250-HT350的铁液：缓慢冷却的厚壁铸件晶粒粗大，力学性能差。通常共
10、晶和过共晶成分灰铸铁晶粒十分粗大，只有亚共晶成分灰铸铁，随亚共晶程度增大晶粒越趋细小，因此铸件化学成分影响力学性能。高强度灰铸铁推荐化学成分见表4。 孕育铸铁推荐化学成分（%）* 4 表4C SiMnPS废钢加入量（%）孕育前孕育后HT2503.0-3.21.3-1.51.5-1.80.8-1.00.120.1030-50HT3002.9-3.11.1-1.41.3-1.70.9-1.040-60HT3502.8-3.01.0-1.21.2-1.61.0-1.350-80*本表数据略有改动提高灰铸铁力学性能的办法：低合金化是向铸铁中加入含量小于3%的合金元素，改善基体组织，增加和细化珠光体。铸
11、铁中初生奥氏体枝晶数直接影响骨架结构，非合金灰铸铁的初生奥氏体，枝晶排列的方向性强，二次枝晶不发达，共晶期间形成奥氏体+石墨的共晶团；加入合金的铸铁，奥氏体枝晶分枝程度高，二次枝晶发达，细化二次枝晶间距，从结构上提高力学性能。生产中常常选用两种以上的合金元素配合使用，抵消一种合金强烈反石墨化作用。通常合金的组合有Cu+Cr+Mo，Cu+Mo，Cr+Mo，Cr+Mo+Ni等。1灰铸铁件孕育的作用是消除白口和获得相对细小的A型石墨；改善石墨形态、消除铸件厚壁的中心部位的粗大晶粒。灰铸铁通常用硅钡孕育剂，但用CaSi孕育处理获得的共晶团数比BaSi多很多，厚壁灰铸铁件多采用CaSi孕育合金。铸铁中共
12、晶团数多导致共晶晶粒细小，可以适度提高灰铸铁的力学性能。灰铸铁合金元素的加入与作用1 表5元素加入量（%） 作 用Cu1.5增加稳定珠光体，弱石墨化、弱细化石墨，细化珠光体作用甚微。Cr1.0促成短小无方向分布枝晶，稳定珠光体，细化石墨，提高力学和耐热性。Mo1.0细化珠光体、细化石墨，强化铸铁作用大，P-Mo易四元共晶脆性大。V0.3反石墨化作用强，大量增加细化共晶奥氏体枝晶，细化珠光体、石墨，Sn0.04-0.1增加并细化珠光体，细化石墨，晶界易形成FeSn2,铁素体球铁慎用。Ni3.0促进形成分枝少、短胖状奥氏体，促进石墨化，增加并细化珠光体，Sb0.03强烈促进形成珠光体，增加大断面球墨铸铁石墨球数，增加铸铁硬度。Ti0.3促进初生奥氏体数量最大，增加细化奥氏体枝晶，促进获得D型石墨。S0.1增加石墨核心有利孕育，但粗化奥氏体枝晶，阻碍石墨化作用大于V。对有致密性要求的铸件Cr0.35%。 灰铸铁的孕育与铁液加入合金元素产生合金化提高力学性能的情况不同。孕育剂的种类很多，大型灰铸铁件推荐使用孕育剂见表6。 介绍几种大型铸铁件常用孕育剂4 表6硅钡孕育剂硅钙孕育剂稀土孕育剂应用广，效果优，价格便宜大量增加共晶团数用于灰铁比锶孕育剂好用于球铁效果是75FeSi三倍具有很强的抗孕育衰退能力石墨化效果好减少白口倾向改善铸件壁厚敏感性促进获得均匀分布A型石墨常用于超厚壁高强度灰铸
