（濰柴重機(jī)股份有限公司 濱海鑄造廠，山東 濰坊 261001）

關(guān)鍵字：耐熱鑄鐵；化學(xué)成分；性能檢測

鑄鐵長時間在高溫條件下使用，表面會形成氧化層，并且隨著時間的延長氧化層厚度增加，減弱材質(zhì)的力學(xué)性能。同時，高溫條件下使用的鑄鐵還會出現(xiàn)生長的現(xiàn)象，即鑄件的尺寸會出現(xiàn)不可逆的變大。這兩方面原因會導(dǎo)致鑄件力學(xué)性能急劇下降。發(fā)動機(jī)排氣管、渦輪增壓器殼體等鑄件長時間在高溫條件下工作，多采用耐熱鑄鐵進(jìn)行生產(chǎn)，耐熱鑄鐵在高溫下具備一定的抗氧化和抗聲場的能力，并且因?yàn)槠涑杀据^低，在制造業(yè)中被廣泛應(yīng)用。

1 耐熱鑄鐵機(jī)理

1.1 抗氧化性

影響鑄鐵抗氧化性的主要因素是石墨形態(tài)和合金元素。

有研究表明，灰鑄鐵中石墨呈片狀結(jié)構(gòu)，共晶團(tuán)相互連接，是氧進(jìn)入鑄鐵內(nèi)部的天然通道，所以灰鑄鐵的氧化速度很快。而球墨鑄鐵當(dāng)中石墨球是封閉的，沒有氧進(jìn)入的通道，因此球墨鑄鐵的氧化速度極低。

鑄鐵氧化表面形成的氧化膜，其致密性、穩(wěn)定性決定了其能否阻止氧進(jìn)入金屬內(nèi)部，在鑄鐵中加入某些合金元素使氧化膜成分發(fā)生變化，會形成復(fù)雜化合物。如果加入的元素含量足夠高，復(fù)雜化合物會連續(xù)分布，氧很難通過這層致密氧化膜進(jìn)行擴(kuò)散，此時鑄鐵的抗氧化能力會顯著提升。常用合金元素中硅元素就具備這樣的作用[1]。

1.2 抗生長性

長期在高溫條件下工作的鑄鐵件，其尺寸會出現(xiàn)不可逆的變大，這種現(xiàn)象被稱為鑄鐵的生長。主要由內(nèi)部氧化引起，氧通過石墨與基體的間隙滲入金屬內(nèi)部發(fā)生氧化反應(yīng)，氧化物體積變大造成鑄件膨脹。其次，高溫下游離滲碳體的分解及石墨在奧氏體中反復(fù)溶解析出等原因也會造成鑄鐵的生長[1]。

綜上所述，改善石墨形態(tài)，使石墨呈球狀以及加入適當(dāng)?shù)暮辖鹪乜商岣哞T鐵的抗氧化性和生長[1-5]。

2 選定耐熱鑄鐵牌號

我廠產(chǎn)品主要為船用、發(fā)電設(shè)備用柴油機(jī)機(jī)體、缸蓋，生產(chǎn)的鑄鐵牌號涵蓋灰鑄鐵、球墨鑄鐵及蠕墨鑄鐵，此前沒有生產(chǎn)耐熱鑄鐵的經(jīng)歷。此次接到耐熱鑄鐵排氣管的生產(chǎn)計(jì)劃，對各類耐熱鑄鐵牌號進(jìn)行對比，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)條件，最終選定中硅鉬球墨鑄鐵QTRSi4Mo，硅系耐熱鑄鐵成本低，鑄造性能較好，生產(chǎn)工藝易于掌握。

3 化學(xué)成分選擇

參考有關(guān)資料，制定耐熱鑄鐵終成分范圍見表1.

碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)選擇3.50%～3.80%是兼顧正常球墨鑄鐵鑄件的生產(chǎn)任務(wù)，該成分范圍內(nèi)，現(xiàn)有球鐵牌號球化率穩(wěn)定在90%以上，球徑4～6 級，可滿足耐熱鑄鐵金相要求。

前文中提到，硅元素可在鑄鐵表面形成連續(xù)致密的氧化膜阻擋氧滲入鑄鐵內(nèi)部，這正是選擇QTRSi4Mo 牌號的原因。并且硅是石墨化元素，可以使基體組織形成單一的鐵素體，并起到固溶強(qiáng)化的作用。硅的孕育作用可有效增加石墨球數(shù)量，減小石墨球尺寸。

鉬元素可以提高耐熱鑄鐵的高溫強(qiáng)度，提高材料的熱穩(wěn)定性。鑒于本次生產(chǎn)的8250 機(jī)體排氣管工作溫度在600 ℃左右，鉬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)選定在0.5%～0.6%.

其他元素按照現(xiàn)有球墨鑄鐵控制范圍，硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.020%以下、磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.040%以下。

4 生產(chǎn)過程

4.1 熔化原鐵水

使用ABP6100kW 中頻感應(yīng)電爐進(jìn)行熔煉，以Q10 生鐵、廢鋼及我廠QT900-2 牌號回爐料為原材料，升溫至1 520 ℃～1 540 ℃后高溫靜置。

4.2 球化處理

爐前加入鉬鐵，0.3%～0.4%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硅鋇孕育劑配合75 硅鐵將鐵水硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)調(diào)整至3.5%～3.6%，吊運(yùn)至球化站進(jìn)行喂線法球化處理。

共進(jìn)行兩次生產(chǎn)，為兼顧正常生產(chǎn)任務(wù)，兩次工藝差別較大：第一次爐內(nèi)剩余2 t 鐵水，將爐內(nèi)鐵水硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)調(diào)整至3.0%～3.2%，爐前加入硅鋇孕育劑與75 硅鐵，溫度1 520 ℃出鐵；第二次鐵水熔化完畢立即生產(chǎn)，原鐵水硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.2%～1.5%，需加入大量的75 硅鐵，為防止硅鐵、鉬鐵等材料熔化不良，將出鐵溫度調(diào)整至1 540 ℃.直讀光譜儀檢測兩次生產(chǎn)硅元素、鉬元素含量均在制定的成分范圍內(nèi)。

4.3 澆注

此次澆注的排氣管壁厚在7 mm～8 mm，將澆注溫度定在1 420 ℃～1 430 ℃，使用硅鋯孕育劑進(jìn)行隨流孕育。澆注Y 型Ⅱ類單鑄試塊進(jìn)行力學(xué)性能檢測。

5 單鑄試塊力學(xué)性能檢測結(jié)果與分析

目前我廠并無相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)任務(wù)，力學(xué)性能檢測項(xiàng)目僅依據(jù)《GB/T9437-2009 耐熱鑄鐵件》、《GB/T9441-2009 球墨鑄鐵金相檢驗(yàn)》制定，屈服強(qiáng)度、延伸率及珠光體含量范圍等性能未進(jìn)行檢測。

5.1 力學(xué)性能檢測

表2 Y 型試塊力學(xué)性能

力學(xué)性能檢測結(jié)果見表2，檢測結(jié)果符合《GB/T9437-2009 耐熱鑄鐵件》國家標(biāo)準(zhǔn)。表3 為《GB/T9437-2009 耐熱鑄鐵件》國家標(biāo)準(zhǔn)中對QTRSi4Mo 力學(xué)性能的規(guī)定。

表3 QTRSi4Mo 力學(xué)性能要求

5.2 金相檢測

圖1 Y 型試塊金相圖

圖1 為Y 型試塊金相圖。球化2 級，石墨大小6級，珠光體含量15%，珠光體含量略高但仍以鐵素體為主。

排氣管、渦輪增壓器殼體等零部件形狀復(fù)雜，要求材質(zhì)在具備良好高溫性能的同時還應(yīng)具備較好的鑄造性能。QTRSi4Mo 材質(zhì)作為中硅鉬球墨鑄鐵，具有良好的高溫性能與鑄造性能，適用于熱負(fù)荷在600 ℃～700 ℃的柴油發(fā)動機(jī)，符合我廠產(chǎn)品的需求。

6 總結(jié)

耐熱鑄鐵在工業(yè)上早已廣泛應(yīng)用，我廠一直沒有相關(guān)的產(chǎn)品，因此起步較晚。此次驗(yàn)證生產(chǎn)的QTRSi4Mo 牌號耐熱鑄鐵僅進(jìn)行有限的檢測，待有正式產(chǎn)品時，再根據(jù)鑄件的具體要求對工藝進(jìn)行改進(jìn)。