林艷茹，李艷琴

自感應(yīng)電爐被使用以來(lái) ，由于熔煉工藝不成熟，使得材質(zhì)質(zhì)量很不穩(wěn)定，主要表現(xiàn)在抗拉強(qiáng)度和鑄件實(shí)體硬度常達(dá)不到技術(shù)要求，且碳當(dāng)量低，鑄件加工性能差，鑄造性能低，對(duì)于鑄造工藝設(shè)計(jì)的要求高，使得生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜化。為此，提高CE值，一方面，為了與灰鑄鐵的發(fā)展趨勢(shì)相吻合，即發(fā)展高碳當(dāng)量、高強(qiáng)度灰鑄鐵，另一方面為了滿足客戶對(duì)改善鑄件加工性能的要求。對(duì)鑄造工藝的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程來(lái)說(shuō)，CE值的提高，在一定程度上簡(jiǎn)化了工藝設(shè)計(jì)，降低了過(guò)程操作的復(fù)雜程度。

1.提高CE值對(duì)力學(xué)性能的影響

決定灰鑄鐵性能的主要因素為石墨和金屬基體。C E（CE=C+1/3Si）值的提高，C、Si的含量增加（C、Si是促進(jìn)石墨化元素），石墨的數(shù)量增加，形狀由細(xì)片狀逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楹衿瑺?，石墨尺寸也變大。鑄鐵中存在一定數(shù)量的石墨，使金屬基體承受負(fù)荷的有效面積減少，而且在承受負(fù)荷時(shí)造成應(yīng)力集中，使金屬基體的強(qiáng)度不能正常發(fā)揮，降低鑄鐵的強(qiáng)度。C、Si含量的提高，使得鐵素體量增加，在一定程度上珠光體量相對(duì)減少，基體中的鐵素體強(qiáng)度低，而珠光體有較高的強(qiáng)度和硬度，所以基體的強(qiáng)度隨珠光體量的增加而提高。因此，碳當(dāng)量的提高，必然會(huì)使鑄件抗拉強(qiáng)度和硬度下降。在熔煉過(guò)程控制中，為了避免因CE值的提高而影響到鑄件力學(xué)性能，可以考慮采取以下措施：改變爐料配比；對(duì)熔煉鐵液進(jìn)行精煉；強(qiáng)化孕育處理；低合金化處理。

2.實(shí)施過(guò)程

（1）改變爐料配比 主要是針對(duì)廢鋼所占比例進(jìn)行階段性的調(diào)整，灰鑄鐵的力學(xué)性能隨廢鋼在爐料中的比例增加而增加，廢鋼比例的增加，必然會(huì)使生鐵和回爐料（廢品、澆冒口系統(tǒng)、碎鐵屑）的比例減少，考慮到我公司內(nèi)大量的回爐料急需消耗掉，因而在增大廢鋼所占比例同時(shí)，也適當(dāng)增加了回爐料的加入量，這樣在很大程度上降低了生鐵的比例。具體調(diào)整實(shí)施過(guò)程見(jiàn)表1。

通過(guò)爐料配比的調(diào)整，保證了鑄件的性能，提高了碳當(dāng)量，增加了回爐料的使用量，在很大程度上降低了成本。

穩(wěn)定GB和GC鐵級(jí)的爐料配比見(jiàn)表2。

（2）對(duì)熔煉鐵液進(jìn)行精煉 鐵液過(guò)熱溫度的高低直接影響到鐵液成分及純凈度。鐵液溫度的提高有利于鑄造性能的改善，更主要的是在一定范圍內(nèi)提高鐵液的溫度，能使石墨細(xì)化，組織基體致密，抗拉強(qiáng)度提高。對(duì)于孕育鑄鐵來(lái)說(shuō)，過(guò)熱的鐵液既能純化鐵液，又能提高過(guò)冷度，以及在孕育情況下加入大量的人工結(jié)晶核心，迫使鑄鐵在受控的條件下進(jìn)行共晶凝固，從而達(dá)到真正孕育的目的。因此在過(guò)程控制中，我們將鐵液的過(guò)熱溫度提高到1510～1520℃，并在該溫度下靜置5～10min，對(duì)鐵液進(jìn)行精煉。

表1 爐料配比調(diào)整 (%)

（3）強(qiáng)化孕育處理 孕育處理的目的在于促進(jìn)石墨化，降低白口傾向，降低端面敏感性；控制石墨形態(tài)，消除過(guò)冷石墨；適當(dāng)增加共晶團(tuán)數(shù)和促進(jìn)細(xì)片狀珠光體的形成，從而改善鑄鐵的強(qiáng)度和其他性能。而我們?cè)趯?shí)際過(guò)程控制中，對(duì)孕育處理進(jìn)行了逐步的完善，強(qiáng)化了孕育效果。

①爐料中的鐵料對(duì)孕育處理的影響及控制。爐料中的鐵料主要為新生鐵、廢鋼、回爐料、切屑。其中鑄造生鐵中含碳、硅高，有粗大的石墨片。在目前的熔煉溫度和保溫時(shí)間內(nèi)，原鑄造生鐵中的石墨片不可能完全消溶，這些未溶凈的石墨就是共晶石墨的現(xiàn)成基底，粗大石墨的性狀就遺傳給鑄鐵，會(huì)大大抵消孕育的作用。因此在過(guò)程控制中，應(yīng)對(duì)生鐵的加入量逐漸降低，以消除原生鐵的遺傳性，改善孕育效果。

②鐵液溫度對(duì)孕育的影響及控制。鐵液溫度對(duì)孕育的影響包括鐵液的過(guò)熱溫度和孕育處理溫度兩方面。在一定的范圍內(nèi)提高鐵液的過(guò)熱溫度并保持一定時(shí)間，可以使鐵液中殘存未溶的石墨質(zhì)點(diǎn)完全溶入鐵液中，以消除生鐵的遺傳影響，充分發(fā)揮孕育劑的作用，提高鐵液的受孕育能力。過(guò)程控制中，對(duì)過(guò)熱溫度提高到1510～1520℃，對(duì)孕育處理溫度控制在1420～1450℃。孕育劑量根據(jù)白口大小控制在0.4%～0.5%。

③孕育劑的粒度對(duì)孕育效果的影響及控制。孕育劑的粒度是孕育劑狀況的重要指標(biāo)，對(duì)孕育效果有很大影響。粒度過(guò)細(xì)，易于分散或被氧化進(jìn)入熔渣而失去作用。粒度太大，孕育劑熔化或溶解不盡，不僅不能充分發(fā)揮孕育作用，反而會(huì)造成偏析、硬點(diǎn)、過(guò)冷石墨等缺陷。因而對(duì)孕育劑的粒度盡量控制在2～5mm，以保證孕育效果。

④孕育工藝對(duì)孕育的影響及控制。過(guò)程控制中孕育工藝主要在孕育槽孕育，這樣對(duì)一包澆注的鑄件，基本可以在孕育衰退前澆注結(jié)束。但對(duì)于較大的鑄件或兩澆包澆注的鑄件，則不能滿足要求，因而采用了晚期孕育方法：即澆注鑄件之前，在澆包中進(jìn)行浮硅孕育（孕育量為0.1%），這樣可減小或不存在孕育衰退，提高了孕育效果。

（4）合金化處理 對(duì)部分要求高的鑄件，可采用合金化處理，即向普通鑄鐵中加入少量的合金元素，以提高灰鑄鐵的力學(xué)性能。由于合金元素的加入，在一定程度上細(xì)化了石墨，使基體中鐵素體的量減少甚至消失，珠光體則在一定的程度上得到細(xì)化，且其中的鐵素體由于有一定量的合金元素而得到固溶強(qiáng)化，因而使鑄鐵具有較高的強(qiáng)度。在熔煉過(guò)程控制中，對(duì)合金的加入，主要是針對(duì)客戶要求淬火的件或?qū)к壿^厚大的件，合金隨鐵液流沖入。主要加入的合金元素及加入量為：wCu＝0.4%～0.7%，wSn＝0.06%～0.08%，wCr＝0.08%～1.2%。

這樣在一定程度上保證了由于CE值的提高造成性能的下降，而且對(duì)淬火件來(lái)說(shuō)，提高了淬火時(shí)的淬透性，保證了淬硬層深度。

（5）對(duì)微量元素的分析控制 微量元素對(duì)灰鑄鐵的組織和性能有顯著的影響，它不但影響鑄鐵的凝固特性，在一定程度上影響固態(tài)轉(zhuǎn)變。在過(guò)程控制中，我們重點(diǎn)對(duì)鑄鐵影響較大的Pb、Ti、N作了分析控制。

Pb：少量的鉛就能限制灰鑄鐵共晶團(tuán)的生長(zhǎng)。因?yàn)殂U在石墨和固態(tài)鐵中的溶解度很小，在凝固時(shí)，鉛富集生長(zhǎng)于石墨-奧氏體共晶團(tuán)周圍，這樣既改變了石墨結(jié)晶的生長(zhǎng)表面，又阻礙了碳原子向石墨上的擴(kuò)散。

Ti：灰鑄鐵中的鈦使A型石墨的數(shù)量減少，產(chǎn)生D型石墨和基體鐵素體化，白口深度增加。爐料中鈦的來(lái)源主要是生鐵中鈦的含量（0.12%左右）。通過(guò)對(duì)爐料配比的調(diào)整，在很大程度上降低了生鐵的比例，也就降低了鐵液中的鈦含量。

N：氮作為灰鑄鐵的微合金元素，對(duì)改善灰鑄鐵的石墨形態(tài)和基體組織方面發(fā)揮了積極作用。氮使灰鑄鐵的共晶團(tuán)細(xì)化，使基體中珠光體量增加，珠光體、鐵素體晶粒細(xì)化，但對(duì)珠光體的分散度沒(méi)有影響；以間隙方式固溶于鐵素體和滲碳體中的氮原子對(duì)灰鑄鐵起微合金化作用，可提高其顯微硬度。但灰鑄鐵中的氮含量超過(guò)120ppm（120×10-6）以后，易于形成氮?dú)饪住＿^(guò)程控制中氮的涉入主要是增碳劑中的氮。氮的吸收很不穩(wěn)定，容易超過(guò)臨界含量，造成氮?dú)饪兹毕荨?/p>

表2 爐料配比 （%）

3.實(shí)施效果

（1）通過(guò)對(duì)以上措施的不斷試驗(yàn)和應(yīng)用，使CE值得到提高，改善了鑄件的加工性能。

（2）由于CE值的提高，提高了鑄鐵的鑄造性能，簡(jiǎn)化了鑄造工藝設(shè)計(jì)，降低了操作和控制過(guò)程的復(fù)雜程度。

（3）降低了熔煉成本，由于爐料配比的調(diào)整，降低了生鐵的加入量，提高了回爐料加入量，消耗了公司常年積累的大量回爐料。20140320