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1、RQTSi5 中硅耐热球墨铸铁生产实践在工业生产中有些铸件常在高温下工作,如各种炉子的配件、石油化工、冶金设备等等附件，由于它们受到高温的作用，容易发生破坏，为提高其寿命，要求铸铁在高温下具有抵抗破坏的性能。长期以来较为重要的耐热零件是采用高合金钢制造，生产难度大，且成本也高，而用廉价的普通灰铸铁代替合金钢虽成本低，但耐热效果又不如合金钢好，于是就出现了具有抗氧化、抗生长性能的耐热铸铁。我国国家标准 GB9437-88耐热铸铁件 中有铬系、硅系和铝系三种类型的耐热铸铁和耐热球球铁，它们都具有不同的耐热效果和不同的用途。国内虽有少量生产但生产的厂家不多，因此这类耐热铸铁常常用普通灰铸铁代替，效果
2、差，寿命低，不能满足需求，因而耐热铸铁有一定的市场。我厂是专业铸造厂，只生产普通灰铸铁，有一些客户需要耐热铸铁，我厂又不能满足，只能到别处去做或改为普通灰铸铁代替，这和专业铸造厂的称呼不相称。为适应改革开放新的形势，扩大我厂产品的品种，提高经济效益，工厂提出开发中硅耐热球铁的任务，经研究决定在本厂退火炉门、炉框以及熔铝坩埚等铸件上进行中硅耐热球铁试生产，现小结如下：一、 铸铁的高温破坏铸铁在高温时比较容易破坏的原因是氧化与生长两者之故。1、 铸铁的氧化在高温下铸铁氧化开始是在铸铁表面很快产生一层氧化膜，这层膜在 570以上从外向内形成 Fe2O3 以及 Fe3O4及 FeO 三层，这三层厚度之
3、比约为 1：10：100，可以看出氧化层中主要是大量的 FeO,若和 Fe2O3 及 Fe3O4比较起来 FeO 的结晶不完整，比重小，故很容易为铁原子或氧原子所穿透，因而氧化加剧了。如果在铸铁中加入一些铝、硅和铬等元素，能在铸铁表面产生一层致密的具有优良保护性的 Ai2O3 、SiO 2和Cr2O3氧化膜，这层膜起到了保护作用使氧不易透过，减轻了进一步的氧化，提高了铸铁的抗氧化能力。2、 铸铁的生长铸铁的生长是随高温及时间的增加，铸铁的体积有了不可逆转的增长，体积膨胀，然而当温度重新降下来时，体积不能复原，发生比重下降，强度下降，变形龟裂等现象，使铸件破坏。其原因是加热时氧通过铸件上的微孔、
4、裂纹及石墨片深入到铸铁的内部，氧化了铁、硅、锰等元素，该氧化物的比重小于铁，因此体积发生了不可逆的增长，即内部氧化是生长的重要原因。中硅球铁之所以具有好的耐热性能， 正是由于它含硅量高，在高温下铸件表面形成较坚实的 SiO2 膜，隔绝了氧进一步的氧化，也正由于石墨成为球状，石墨之间相互不连续，孤立存在，氧不可能通过球装石墨深入到内部氧化，因此抗生长性也很好，从下表1 中可知中硅球铁在 900时的生长量和氧化增重量都比中硅铸铁及普通灰口铸铁小，因而耐热效果好。表 1 普通灰口铸铁、中硅铸铁和中硅球墨铸铁的耐热性能铸铁种类 在 900时的生长(%) 在 900时氧化增重(克/米2小时)普通灰口铸铁
5、45 1820中硅铸铁 0210。84 3.68.7中硅球墨铸铁不长大 4.55.50.7 0.1 0.0393-131 炉RQTSi 实际成分2.96 5.04 0.56 0.057 0.0145 0.053 0.048从表 2 可知：93-131 炉的 RQSi5 实际成分全部达到 GB9437-88 国家标准的规定，其中 Si 含量达到标准中间值，也同时符合选定 Si 含量4.75.3%的范围内，其性能应该是达到预期要求的。2 机械性能（见表 3）实际机械性能和标准机械性能对比表 表 3种类 抗拉强度b(N/mm) 硬度 HBGB9437-88 RQTSi5 标准机械性能 370 228
6、30293-131 炉 RQTSi5 标准机械性能 565 272从表 3 中可知：93-131 炉的 RQTSi5 实际机械性能全部达到 GB9437-88 家标准的规定，其铸件本体硬度为 HB250-265 也符合标准规定。3 金相(见图 2)从图 2 可看出：93-131 炉 RQTSi5 铸态铁素体含量在 85%以上，球化率23 级，石墨大小 6 级，磷共晶等级硬相 0.5%.五、 使用效果用 RQTSi5 铁水浇注了加热炉门、炉框及熔铝坩锅，经使用，在 800左右的空气介质中的耐使用寿命比普通灰口铸铁高 12 倍，经济效益显著，但发现以下情况：1 有色金属铸造手册规定熔化铝合金的铸铁
7、坩锅采用 RQTSi5中硅耐热球铁制造是一种较合适的材料，我们用这材料浇注成了坩锅进行试用，发现在其外部与空气介质、火焰接触的表面，抗氧化、抗变形和抗生长的效果很好，比普通灰口铸铁的耐热效果好得多，但在其内部与铝液接触部分侵蚀非常严重，如图 3 所示，其侵蚀程度比 HT200 普通灰铁制造的坩锅还要严重。分析其原因：众所周知，硅与铝在液态时可相互溶解，溶解度极大，见图 4-铝-硅二元合金状态图。在 800时铝液可溶解 30%左右的硅。中硅球铁的硅含量在 5%左右，是 HT200 含硅量1.5%的三倍多，高含量的硅容易在高温下溶解到铝液中去，这就是中硅球铁坩锅在熔炼铝合金时内壁侵蚀速度比 HT2
8、00 普通灰口铁要快、侵蚀程度严重的主要原因。因此，中硅球铁耐热效果好，但不耐铝液侵蚀。 图 3 熔铝坩埚内壁侵蚀示意图图 4 铝-硅二元合金状态图2.中硅球铁件在加热时如生温速度很快或将冷的铸件突然放到高温中,铸件承受不了热冲击,很容易断裂.分析其原因,由于中硅球铁含硅量高,造成了脆性转变温度升高,从室温刚开始加热时是在脆性范围内,受不了热冲击而造成断裂的缘故.根据相关资料介绍,含硅 4.1%的球墨铸铁脆性转变温度为 150,而含 5%硅的球铁就更高了.一般低硅球铁则低于-40,差距 23 百度.只有缓慢加热超过脆性转变温度后才很少出现断裂现象.因此中硅球铁不适用于加热速度快、热冲击大的铸件
9、，如钢锭模等铸件。 六、 小结1 含硅量 5%左右的 RQTSi5 中硅球铁铸成的铸件，在空气介质中耐热温度达 800以上，使用寿命比 HT200 普通灰口铁提高 1倍。2 生产中硅球铁的关键在于硅含量是否能控制在范围以内，因此在冲天炉熔炼过程及处理过程中，必须严格炉料管理，控制配料成分，控制出铁量和严格球化及孕育处理，才能准确控制含硅量。3 由于中硅球铁虽在空气介质中耐热效果好，但由于硅高不能承受铝液的侵蚀（耐热但不耐铝液侵蚀） ，因此该材料不适合作为熔化铝合金的坩锅材料。4 由于中硅球铁含硅量大，使球铁的脆性转变温度大大高于室温，不能承受热冲击，容易断裂，因此中硅球铁不能用于受热冲击大的铸件，如钢锭模等。本项目主要参加人员：卜根福、朱万柳、徐诒昕、张棣、李顺平执笔：卜根福
