陳樹平

（天津開發(fā)區(qū)第三大街盛泰公寓8門902號，天津300457）

稀土和其形成的碳化物在球墨鑄鐵中的遺留性

陳樹平

（天津開發(fā)區(qū)第三大街盛泰公寓8門902號，天津300457）

針對部分鑄造企業(yè)生產(chǎn)的球鐵鑄件存在著機加工時鑄件硬度偏高的情況進行了研究，認為造成球墨鑄鐵硬度偏高的原因是：球化劑中的稀土元素在球墨鑄鐵中形成的碳化物，通過回爐料反復(fù)重熔造成多次積累遺留的后果。通過調(diào)整球鐵回爐料的成分和加入比例，可以徹底解決球鐵鑄件機加工時的硬度偏高狀況。

球墨鑄鐵；球化劑；硬度

許多工廠在生產(chǎn)球墨鑄鐵的過程中往往會遇到這樣一個時段，剛剛開始生產(chǎn)球鐵鑄件時，鑄件在進行機械加工時，不會出現(xiàn)硬度過高的情況，而在生產(chǎn)了一段時間后，機加工反饋球鐵鑄件硬度高了，嚴重時還會出現(xiàn)因為球鐵鑄件硬度高、機加工困難，造成機加工廠家批量退貨的情況。

1 球鐵鑄件機加工時的硬度偏高原因分析

通過多年的生產(chǎn)經(jīng)驗認為，球鐵鑄件硬度偏高是稀土元素在球墨鑄鐵中形成的碳化物在回爐料中反復(fù)重熔造成的多次積累，形成了過多的碳化物。也不排斥鎂元素形成的碳化物積累遺留的可能性。表1為球墨鑄鐵試樣檢測數(shù)據(jù)。

從表1可以看出球鐵中稀土元素質(zhì)量分數(shù)高、碳化物數(shù)量高時硬度即偏高。表2為球鐵生產(chǎn)實際回爐料配比對球鐵性能的影響。從表2可以看出球鐵回爐料加入量大時，球鐵中碳化物增多，當回爐料少于35%時，球墨鑄鐵的各項性能良好，隨著球鐵回爐料的增加，球墨鑄鐵的有些性能指標在下降。說明：球墨鑄鐵中稀土元素在回爐料中的不斷積存會造成球墨鑄鐵的機械性能下降，造成球墨鑄鐵中的碳化物的增多使鑄件的硬度增加，降低了鑄件的機加工性能。

表1 球墨鑄鐵試樣檢測數(shù)據(jù)

表2 球墨鑄鐵回爐料對性能的影響

表3為球鐵生產(chǎn)中加入的合金元素鎂和稀土的物理性能，通過對兩元素的物理性質(zhì)來分析，球鐵回爐料最終造成球墨鑄鐵性能下降和硬度偏高的主要因素，可能是稀土元素。

鎂元素從其物理性質(zhì)上來考量，有可能在球鐵爐料重熔時由于溶液的溫度超過了鎂元素的沸點，殘留在回爐料中的鎂元素被沸騰蒸發(fā)了，不會再起作用了，近而不會影響球鐵鑄件的機械性能和加工性能了，但也不排除回爐料中鎂元素形成的碳化物在重熔的過程中未被分解，仍然有極少量的碳化物繼續(xù)影響著鑄件的質(zhì)量，但它不會是影響球墨鑄鐵質(zhì)量的主要因素。

再從稀土元素的物理性質(zhì)上來分析。目前球化劑中的稀土元素多數(shù)是稀土系中的C e元素。它的密度是6.7 g/cm3.沸點是3 443℃；從C e元素的物理性質(zhì)上來分析，由于C e元素的沸點高達3 443℃，所以球鐵爐料在重熔的過程中溶液溫度是達不到那么高的，固C e元素沒有被沸騰蒸發(fā)掉，除少量被燒損外其余基本上殘存了下來。

C e元素是強烈的促進碳化物生成的物質(zhì)，（起到凈化鐵水的C e元素除外）多余稀土量不論是它本身的促進作用，還是形成的碳化物直接遺留的作用，都將會影響到新形成的球墨鑄鐵中的碳化物數(shù)量。

因此初步認為球鐵回爐料中的稀土元素的積累和遺留的過量部分，是影響球墨鑄鐵機械性能和機械加工性能的主要原因。

表3 球鐵生產(chǎn)中加入的合金元素的物理性能

2 解決措施

根據(jù)經(jīng)驗，降低和減少稀土元素對球墨鑄鐵不利影響的方法如下：

1）采用稀土含量較低的球化劑。

2）在球鐵的生產(chǎn)過程中盡量減少其他合金元素的使用。

3）重熔的球鐵回爐料加入量應(yīng)≤35%.

目前尚有一些企業(yè)的球鐵回爐料較多，按35%的配料使用還有剩余。

建議：努力提高企業(yè)的技術(shù)水平和管理水平，降低廢品率，減少澆注系統(tǒng)的鐵水用量，將產(chǎn)品的出品率提高到65%以上。

圖7 球墨鑄鐵鑄件表面層能譜分析圖

根據(jù)前面的研究結(jié)果，現(xiàn)設(shè)計一組試驗，即選用低硫固化劑，使得型砂中S質(zhì)量分數(shù)＜0.15%.用此低S含量的型砂進行生產(chǎn)驗證，并按照以上同樣的方法測試表面層的厚度，測得表面層厚度只有0.60mm，表面層的厚度得到大幅降低。

按照此低S含量的型砂、芯砂連續(xù)生產(chǎn)多件球墨鑄鐵件，并檢測其表面層的厚度，均低于1.0mm，甚至在一些非燃氣輪機球鐵件上未檢測出表面層的存在。因此，燃氣輪機球墨鑄鐵件表面層問題得到了很好的解決。

4 結(jié)論

綜上所述，在用樹脂砂生產(chǎn)燃氣輪機球墨鑄鐵件時采用低S固化劑可使表面層的厚度從原來的2.0mm～3.0mm之間，降低到1.0mm以內(nèi)，較好地解決了燃氣輪機球墨鑄鐵件表面層的問題。

［1］趙彥輝,周繼揚.球墨鑄鐵件的表層片狀石墨組織缺陷［J］.鑄造, 1999（2）：47-50.

［2］彭凡,付龍.大型燃氣輪機鑄件鑄造技術(shù)綜述［G］//2013中國第六屆高層論壇論文集.312-317.

［3］曾大新,毛高波.樹脂自硬砂型對球鐵件表面組織的影響［J］.現(xiàn)代鑄鐵,1997（1）：18-20.

［4］王澤華.球鐵鑄件表層出現(xiàn)球化石墨衰退的原因及其對策［J］.機床車輛工藝,1990（1）：6-9.

TG255

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1674-6694（2015）06-0042-02

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2015.06.014

2015-08-09

陳樹平（1954-），男，主要從事鑄造熔煉工作。