球化包芯线对球墨铸铁组织和性能的影响

■孙升，郭亮，张俊勇，张守全

球化包芯线对球墨铸铁组织和性能的影响

■孙升，郭亮，张俊勇，张守全

主要研究了采用喂线变质处理工艺生产球墨铸铁时，不同种类的球化包芯线对球墨铸铁性能和金相组织的影响。

一、 概述

冲入法工艺由于其简便易行的特点，在国内得到最为广泛的应用。但是随着社会的发展和行业竞争的加剧，铸造行业生产成本压力和环境污染问题越来越突出，铸造行业必须向“绿色铸造”方向转型发展。与此同时，冲入法球化处理工艺的不足也引起了人们的重视。喂线法作为一种自动化程度高、成本低、环境友好的球墨铸铁变质处理方法，得到了国内外许多铸造厂家和学者的青睐。

球化剂种类对球墨铸铁球化效果影响很大，本文使用相同的孕育包芯线，在保持其他控制参数基本一致的前提下，采用三种不同的球化包芯线对铁液进行喂线处理，主要研究了球化包芯线对球墨铸铁组织和性能的影响。

二、原材料及试验方法

试验采用3t/h中频感应电炉进行铁液熔化，用到的主要原材料有生铁、废钢、球墨铸铁回炉料，其主要化学成分见表1。

变质处理采用喂线法，孕育包芯线和球化包芯线的主要参数见表2。喂线时保证包芯线从浇包中心部位进入铁液，喂线速度为25m/min，孕育线加入长度为吨铁液18m，球化线加入长度按表3进行控制，当wS＞0.035%时进行脱硫处理。喂线处理后铁液的化学成分见表4。浇注前对铁液进行瞬时孕育，增加孕育效果，改善石墨形态。瞬时孕育剂采用粒度为0.3～0.7mm的硅钡孕育剂，化学成分与孕育包芯线中的芯粉相同。

试验时浇注的试块为最厚断面上附铸两个U70试块的阶梯试块（见图1）。按规范要求从U70试块上取样进行性能和金相的检测，性能检测采用标准的φ14mm抗拉试棒。

表1　原材料的主要化学成分（质量分数）　　 （%）

表2　包芯线的主要参数

表3　球化线加入长度

表4　球化处理后铁液的化学成分（质量分数）　（%）

三、试验结果与分析

1. 石墨形态

图2为分别采用方案1～4进行喂线变质处理后U70试块的石墨形态照片。图2a为采用方案1进行喂线处理后的石墨组织，球化线的芯粉成分为钇基重稀土球化剂，从图中可以看出石墨球圆整度很好，石墨数量多，绝大部分石墨球尺寸比较一致，但是存在少量石墨球聚集的现象，并且石墨球分布不均匀，有些区域石墨球数量较少。图2b为采用方案2的石墨形态照片，石墨数量较少，形态较差，出现大量异形石墨，并且分布不均匀。图2c为采用方案3后的石墨形态，采用此方案处理的铁液石墨球圆整度好，球径小、石墨球数量很多，并且分布很均匀。图2d为采用方案4后的石墨形态照片。此方案采用与方案3相同的包芯线，但是没进行二次孕育，从照片上可以看出，石墨球数量较多，分布不太均匀，大部分石墨球的球形很好，但是存在少量异形石墨。

通过对比可以发现，采用Q3球化包芯线处理铁液后石墨形态最好，不仅石墨球的圆整度最好，并且石墨球数量也最多，达到了200个/mm2以上。通过图2c与图2d对比可以发现，二次孕育可以明显改善石墨球圆整度和分布状况，增加石墨球数量。图2b石墨形态很差，则是由于Q2包芯线中轻稀土含量太高造成的，同时也说明试验中熔化的铁液纯净度较高，只需要很少的稀土元素就能中和铁液中干扰元素的不利影响，而Q3球化包芯线的稀土含量只有0.8%，球化效果最佳。

2. 力学性能

表5为采用不同的试验方案喂线处理后的性能结果。从表中可以看出方案2的抗拉强度、屈服强度和试块硬度明显高于其他三种方案，伸长率比其他方案低很多，主要是由于方案2采用的Q2球化包芯线稀土含量太高，处理后的球墨铸铁石墨形态最差，白口倾向大，基体组织中珠光体含量偏高造成的。经过腐蚀后组织的观察，方案2的珠光体含量达到15%，而其他方案的珠光体含量只有5%。方案1和方案3抗拉强度、屈服强度及试块硬度基本一致，但是方案3的伸长率比方案1高24.0%，主要是由于方案3的石墨分布优于方案1。方案4的抗拉强度和伸长率比方案3略低，主要是石墨形态差造成的。

图1　试验试块

图2　采用不同球化包芯线球化处理后U70试块的石墨形态

表5　喂线处理后性能结果

四、结语

（1） 采用喂线变质处理工艺必须根据铁液的质量合理选择球化包芯线，才能保证良好的球化效果。

（2） 原铁液较纯净时，采用低稀土的球化包芯线能够生产出石墨球数量多，圆整度非常好的球墨铸铁。

（3） 喂线变质处理工艺和二次孕育有机结合使用能产生良好的效果，得到石墨形态和性能优良的球墨铸铁。

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孙升、郭亮、张守全，（宁夏）共享装备有限公司。张俊勇，宁夏共享集团股份有限公司。