王敏剛，郭 敏，宮顯輝，李 飛，劉 海，衛(wèi) 蓉

（陜西柴油機(jī)重工有限公司，陜西興平713105）

大噸位厚大斷面球墨鑄鐵件一般指鐵水重量不小于10噸，主要壁厚不小于100mm。其凝固時(shí)間?一般超過半個(gè)小時(shí)，心部區(qū)域球化率一般僅有Ⅵ+Ⅴ=30%～50%，且經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)反白口現(xiàn)象，為了提高厚大斷面球墨鑄鐵球化率我們進(jìn)行了一系列試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)內(nèi)容

試驗(yàn)采用3噸中頻爐熔煉，爐料采用高純生鐵，低合金碳素廢鋼同材質(zhì)回爐料等。熔煉時(shí)先加入生鐵，待生鐵熔清后加廢鋼回爐料等，待鐵水熔清后，升溫至1420～1440℃取樣分析，化學(xué)成分如表1所示。澆包為堤壩式3噸澆包，采用沖入法球化，出鐵水3噸。

表1 原鐵水化學(xué)成分 ωB/%

試驗(yàn)用如圖1所示的階梯試樣，三個(gè)階梯體積由小到大分別為：200mm×200mm×200mm、300mm×300mm×300mm、500mm×500mm×500mm，開放式頂注澆注系統(tǒng)，直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道面積比為1：1.5：2，阻流截面為直澆道截面積為2826mm2。

圖1 試驗(yàn)用模具工裝

2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)采用3噸中頻爐，原鐵水微量元素總和小于0.05%，其中鈦含量小于0.02%，以下三種方案化學(xué)成分基本相同。

方案一：采用1.2%復(fù)合稀土球化劑，稀土含量約1%，球化坑依次裝入球化劑，粒度：20～30mm，0.1%的低硫增碳劑；粒度：2～5mm，0.2%高鈣鋇孕育劑；粒度：2～7mm，再覆蓋約0.3%的矽鋼片，最后蓋壓鐵板。球化溫度1460～1480℃，澆注溫度1370～1380℃，待球化反應(yīng)基本結(jié)束時(shí)加入隨流孕育，0.4%的高鈣鋇，粒度：5～7mm，瞬時(shí)孕育劑使用硫氧鈰孕育劑：0.2%，粒度0.2～0.7mm，澆注時(shí)加入。

方案二：球化坑最低部裝入0.008%的純銻，粒度：10～30mm，其余與方案一相同。

方案三：采用稀土含量約0.5%球化劑,球化內(nèi)坑裝入0.005%的純銻，其余與方案一相同。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 方案一結(jié)果分析

試塊解剖之后發(fā)現(xiàn)：200mm厚心部區(qū)域石墨球多且小,但局部石墨球不圓甚至出現(xiàn)蠕蟲狀石墨，如圖2所示；300mm厚心部區(qū)域出現(xiàn)了大范圍的碎塊狀石墨，其余區(qū)域石墨球多且小，如圖3所示；500mm厚心部石墨球長大且大多為碎塊狀、團(tuán)狀，蠕蟲狀，經(jīng)腐蝕出現(xiàn)了約10%的珠光體組織，球化率僅為40%，如圖4所示。在生產(chǎn)鐵素體球墨鑄鐵時(shí)使用復(fù)合稀土球化劑、高鈣鋇孕育劑及硫氧鈰孕育劑會(huì)產(chǎn)生多且細(xì)小的石墨球，但當(dāng)鑄件壁厚增大，石墨球會(huì)畸變，過量的稀土將導(dǎo)致碎塊石墨的增多。由于偏析作用尤其稀土中的鈰的富集，會(huì)產(chǎn)生碎塊狀石墨[2]。

圖2 方案一200mm厚心部石墨形態(tài)

圖3 方案一300mm厚心部石墨形態(tài)

圖4 方案一500mm厚心部石墨形態(tài)

3.2 方案二結(jié)果分析

試塊解剖后發(fā)現(xiàn)：200mm厚心部區(qū)域石墨呈球團(tuán)狀，石墨球少且大并出現(xiàn)約10%珠光體，如圖5所示；300mm厚心部區(qū)域出現(xiàn)了蠕蟲狀和釘狀石墨，珠光體含量進(jìn)一步增多約25%，如圖6所示；500mm厚心部出現(xiàn)了大量的釘狀石墨，珠光體含量高達(dá)60%，球化率僅為30%，如圖7所示。在沒有鈰和其他微量元素的情況下，加入0.002%銻，可使200mm斷面球墨鑄鐵的心部位的石墨球非常圓整。但銻不僅是反球化元素還是珠光體形成元素，過量的銻會(huì)使石墨球變差并產(chǎn)生珠光體，當(dāng)壁厚增加，冷卻緩慢，稀土和銻都會(huì)富集，過量的稀土?xí)夯螒B(tài)，過量的銻不僅會(huì)產(chǎn)生大量的珠光體還會(huì)產(chǎn)生釘狀石墨[2]，圖6、圖7中的釘狀石墨就是銻富集過量產(chǎn)生的。

圖5 方案二200mm厚心部石墨形態(tài)

圖6 方案二300mm厚心部石墨形態(tài)

圖7 方案二500mm厚心部石墨形態(tài)

圖8 方案三200mm厚心部石墨形態(tài)

3.3 方案三結(jié)果分析

試塊解剖后發(fā)現(xiàn)：200mm厚心部區(qū)域石墨球多且圓，無珠光體組織，如圖8所示；300mm厚心部區(qū)域出現(xiàn)了少量了球團(tuán)狀石墨，石墨球進(jìn)一步長大，珠光體含量約5%，如圖9所示；500mm厚心部出現(xiàn)了團(tuán)狀石墨，石墨球長大且大石墨球表面長出小的芽狀石墨，珠光體含量高達(dá)40%，但球化率到達(dá)了80%，如圖10所示。減少稀土和銻的含量，可有效的減少稀土和銻的不良作用。少量的稀土可以抵消鐵水中微量反球化元素的作用，一定量的銻可以有效的消除碎塊狀石墨。在厚大斷面球墨鑄鐵中，可與Ce一起加入適量的Sb、Bi等微量元素。銻和鉍本來是干擾球化的元素，這時(shí)不但不會(huì)干擾石墨球化，反而能消除碎塊狀石墨[2]。

圖9 方案三300mm厚心部石墨形態(tài)

4 結(jié)論

（1）使用復(fù)合稀土球化劑、高鈣鋇孕育劑及硫氧鈰孕育劑在壁厚不小于200mm時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的碎塊狀石墨。

圖10 方案三500mm厚心部石墨形態(tài)

（2）添加0.008%的銻可以有效的消除碎塊狀石墨，但壁厚在200mm以上時(shí)會(huì)產(chǎn)生珠光體，壁厚在300mm以上時(shí)還會(huì)產(chǎn)生大量的釘狀石墨。

（3）使用高純爐料低稀土球化劑添加0.005%的銻可以消除壁厚200mm～500mm的試塊中的碎塊狀石墨，且石墨形態(tài)良好，球化率達(dá)到了≥80%。