陳鵬輝，柯志敏

（1.廣東中天創(chuàng)展球鐵有限公司，廣東 英德 513042；2.廣東省高性能大型鑄件制造及模擬工程技術(shù)研究中心，廣東 英德 513042）

射臺(tái)前板鑄件的技術(shù)要求：牌號(hào)為QT500-14，抗拉強(qiáng)度大于500 MPa，屈服強(qiáng)度大于360 MPa，延伸率大于12%；金相組織檢驗(yàn)符合GB/T9441《球墨鑄鐵金相檢驗(yàn)》的要求，鑄件本體和附鑄試塊的球化級(jí)別不低于3 級(jí)，并且射臺(tái)前板鑄件不允許出現(xiàn)冷隔、夾砂、氣孔、砂眼、縮孔、粗晶、疏松等缺陷，還需要珩磨處理，所以要求高。射臺(tái)前板鑄件（見圖1）主要壁厚為92 mm，重量2 150 kg.

對(duì)于QT500-14，一般的熔煉工藝是很難實(shí)現(xiàn)的，即便能獲得所需要的力學(xué)性能往往也要加入很多的合金和苛刻的球化孕育工藝，這樣的熔煉工藝的安全系數(shù)是比較低的，還增加了鑄件的生產(chǎn)成本。通過查閱固溶強(qiáng)化球鐵的相關(guān)理論知識(shí)以及經(jīng)過多次的試驗(yàn)，最終確定應(yīng)用高硅固溶強(qiáng)化的生產(chǎn)工藝來生產(chǎn)QT500-14 牌號(hào)的射臺(tái)前板鑄件。

圖1 射臺(tái)前板鑄件

隨著對(duì)固溶強(qiáng)化球墨鑄鐵研究的不斷深入，加之高硅固溶球鐵具有較高抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度以及較高的延伸率，同時(shí)，該類型球墨鑄鐵相較與其他普通球墨鑄鐵具有抗拉強(qiáng)度與硬度更均勻、切削性能更好、能減小產(chǎn)品壁厚，減輕鑄件重量，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品輕量化，節(jié)約成本等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)受到了業(yè)界的廣泛關(guān)注，然而該工藝在國內(nèi)卻應(yīng)用的比較少。

1 鑄造工藝要求

1.1 造型方面

樹脂砂型選用高強(qiáng)度、發(fā)氣量低的呋喃樹脂，其主要指標(biāo)：含氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于2.0%，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%以下；砂型（芯）強(qiáng)度σb≥10 kg/cm2；砂箱剛性好，鑄型吃砂量要夠大，保證鑄型整體剛性。

1.2 澆注系統(tǒng)

固溶強(qiáng)化球墨鑄鐵由于硅高的緣故，比較容易形成夾渣熔渣，形成夾渣缺陷的趨勢(shì)要高于普通的球鐵。為了減少夾渣熔渣缺陷優(yōu)先采用半封閉底注式澆注系統(tǒng)，工藝簡圖如圖2 所示，同時(shí)由于凝固階段的枝晶使得液體在內(nèi)部流動(dòng)阻礙大，影響鑄件補(bǔ)縮，加上高硅固溶球墨鑄鐵中C 含量偏低，石墨化膨脹的總量也偏少，所以要適當(dāng)增加冒口和采用熱冒口工藝來增強(qiáng)鑄件液態(tài)補(bǔ)縮效果。

圖2 射臺(tái)前板鑄件工藝示意圖

2 熔煉工藝要求

2.1 爐料的選擇

高硅固溶強(qiáng)化球墨鑄鐵鐵液中Si 含量高，為此可以適當(dāng)放寬化學(xué)成分中穩(wěn)定碳化物和珠光體形成元素的含量，從原材料的角度來說，就是可以適當(dāng)增加優(yōu)質(zhì)廢鋼用量或使用全部優(yōu)質(zhì)廢鋼的合成鑄鐵熔煉工藝，減少生鐵用量，避免危害元素的含量，但由于該類型材料夾渣熔渣缺陷傾向很大，所以要確保原材料干燥無銹。

2.2 化學(xué)成分的選擇

2.2.1 硅（Si）

硅是石墨化元素，是Fe-C 合金中能夠封閉奧氏體區(qū)的元素，使鐵碳合金能在較高的溫度下進(jìn)行共晶和共析轉(zhuǎn)變，有利于碳原子的和鐵原子的擴(kuò)散，也有利于滲碳體的分解，促進(jìn)石墨化；硅含量增加，鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、硬度呈上升趨勢(shì)，通過圖3 與圖4，綜合上述，將ω（Si）控制在3.5%～3.7%.

2.2.2 碳（C）與碳當(dāng)量（CE）

CE 值對(duì)鐵水流動(dòng)性起著重要的作用，所以應(yīng)適當(dāng)增加CE 來提高鐵水的流動(dòng)性。確定CE 值在4.4%～4.6%，因?yàn)棣兀⊿i）選值在3.5%～3.7%，所以設(shè)定的ω（C）在3.25%～3.40%之間。

2.2.3 錳（Mn）

圖3 含Si 量與抗拉強(qiáng)度的關(guān)系

圖4 含Si 量與延伸率的關(guān)系

錳少量固溶于鐵素體，大部分溶入共析碳化物和滲碳體中，以復(fù)合碳化物的形態(tài)存在，加強(qiáng)了碳化物的形成，因此是阻礙石墨化的元素，錳也是偏析傾向特別顯著的元素，對(duì)球墨鑄鐵的韌性影響很大，所以設(shè)定ω（Mn）低于0.25%.

根據(jù)高硅固溶球墨鑄鐵的理論以及生產(chǎn)試驗(yàn)，以及對(duì)球鐵件的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，最終設(shè)定鑄態(tài)QT500-14 射臺(tái)前板鑄件化學(xué)成分如表1 所示。

表1 射臺(tái)前板鑄件化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

2.3 球化及孕育處理

2.3.1 球化處理

選擇堤壩式球化包，沖入法的球化處理方式，選用含鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%～6%，稀土質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.4%～0.6%的混合稀土球化劑，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%～1.4%，使用爐前碳硅分析儀檢測(cè)原鐵水碳硅成分，并根據(jù)分析儀所測(cè)結(jié)果調(diào)整原鐵水碳、硅成分為ω（C）3.25%～3.40%，ω（Si）2.2%～2.5%，并將鐵水溫度升溫至1 440 ℃～1 460 ℃左右時(shí)出水球化。

2.3.2 孕育處理

因?yàn)榍蚧幚砗箬F液的過冷度大，加之以廢鋼+增碳的熔煉工藝所產(chǎn)生的自發(fā)晶核少、鐵液過冷度大、石墨化能力差等不足，為了得到高的延伸率、細(xì)小、圓整度好的石墨球和延緩孕育衰退保證球化效果，確定孕育處理工藝為：在包底加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%～0.6%的孕育劑（一次孕育），出水過程加入0.4%～0.6%的孕育劑（二次孕育），澆注過程使用專用漏斗加入粒度為0.2 mm～0.7 mm 的硫氧孕育劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%～0.15%（三次孕育）。

3 試樣制備

生產(chǎn)3 件射臺(tái)前板鑄件，分別取3 塊附鑄試塊，3 塊附鑄試塊的編號(hào)分別為Y30-1、Y30-2、Y30-3，附鑄試塊尺寸為180 mm×70 mm×35 mm，將其加工成如圖5 的試棒尺寸，檢查力學(xué)性能和金相組織，并對(duì)試塊進(jìn)行濕法分析，獲取各試塊的化學(xué)成分，力學(xué)性能采用WA-600KD 型電液式萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試；金相在XJG-05 大型顯微鏡檢查組織；用TH110 里氏硬度計(jì)測(cè)量鑄件本體硬度。

圖5 拉伸試棒尺寸

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

經(jīng)檢測(cè)各單鑄試塊化學(xué)成分如表2 所示，各附鑄試塊力學(xué)性能如表3 所示，每個(gè)試驗(yàn)各選取一組拉伸試棒，附鑄試塊Y30-1、Y30-2、Y30-3 上截取φ20 mm×15 mm 在XJG-05 大型顯微鏡檢查組織，金相組織圖片如圖6、圖7、圖8 所示，依照表4 歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN-GJS-500-14 中力學(xué)性能的要求和表5客戶對(duì)于QT500-14 的力學(xué)性能要求，具體試樣金相檢測(cè)結(jié)果見表6.

從附鑄試塊的力學(xué)性能來看，射臺(tái)前板鑄件的三塊單鑄試塊的力學(xué)性能均滿足QT500-14 的技術(shù)要求，抗拉強(qiáng)度均大于500 MPa、試塊硬度也符合鑄件的硬度要求，而且屈服強(qiáng)度也有相應(yīng)增加，在保證強(qiáng)度的前提下獲得大于14%的延伸率；從金相組織來判定，射臺(tái)前板鑄件的三塊附鑄試塊球化劑別均為2 級(jí)，石墨大小都是6 級(jí)，基體組織均為100%的鐵素體，鑄態(tài)下完全符合牌號(hào)為QT500-14 射臺(tái)前板鑄件的力學(xué)性能和金相基體組織要求。

表2 附鑄試塊主要元素的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

表3 附鑄試塊力學(xué)性能

表4 歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN-GJS-500-14 中力學(xué)性能的要求

表5 客戶對(duì)于QT500-14 的力學(xué)性能要求

圖6 附鑄試塊Y30-1 金相組織

圖7 附鑄試塊Y30-2 金相組織

圖8 附鑄試塊Y30-3 金相組織

表6 附鑄試塊金相基體組織評(píng)價(jià)結(jié)果

三件射臺(tái)前板鑄件機(jī)加工珩磨處理后沒有發(fā)現(xiàn)縮松縮孔、氣孔、夾渣等缺陷。

5 結(jié)論

射臺(tái)前板鑄件對(duì)力學(xué)性能、金相組織要求高，而且還需要機(jī)加工后珩磨處理，要在鑄態(tài)下實(shí)現(xiàn)牌號(hào)QT500-14 也是相當(dāng)困難的，即便在高合金強(qiáng)孕育情況下能實(shí)現(xiàn)，但也要大大增加生產(chǎn)成本，而且工藝穩(wěn)定性也較差。本文通過高硅固溶強(qiáng)化工藝，調(diào)整鐵水化學(xué)成分、加強(qiáng)孕育、保證球化效果等熔煉工藝來實(shí)現(xiàn)射臺(tái)前板鑄件QT500-14 高強(qiáng)度、高延伸率以及高硬度的要求，并在力學(xué)性能合格的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)金相組織合格，為高強(qiáng)度高延伸率鑄件的生產(chǎn)提供了新的工藝方法。