硫氧孕育剂加入量对球铁组织性能的影响

陈鹏辉 ，柯志敏

（1.广东中天创展球铁有限公司，广东英德 513000；2.广东省高性能大型铸件制造及模拟工程技术研究中心，广东英德 513000）

新型孕育剂在高品质球铁中使用日益广泛，硫氧孕育剂就是其中之一，其在硅铁孕育剂的基础上加入铈（Ce）、钙（Ca）、硫（S）、氧（O），成分见表2所示，采用这种孕育剂可以获得更多的石墨球数、更高的延伸率以及良好的加工性能。本文以齿轮座铸件为例，在加入0.1%、0.15%、0.2%硫氧孕育剂随流孕育的情况下，通过对齿轮座对应的附铸试块进行力学性能测试和金相组织分析，探讨硫氧孕育剂（粒度为0.2～0.7 mm）加入量对球铁力学性能和金相组织的影响。

齿轮座铸件的技术要求：牌号为EN-GJS-400-18C-RT，抗拉强度 350 MPa～400 MPa，屈服强度大于230 MPa,延伸率大于18%；金相组织检验符合GB/T9441《球墨铸铁金相检验》的要求，铸件本体和试块的球化级别不低于3级，并且齿轮座铸件不允许出现冷隔、夹砂、气孔、砂眼、缩孔、粗晶、疏松等缺陷。齿轮座铸件（见图1）平均壁厚为100mm，重量 2000kg。

图1 齿轮座铸件图

1 试验条件和方法

按20%～30%高纯生铁+70%～80%打包冲压边角料+优质增碳剂，用5吨中频感应电炉熔化。原铁水取光谱分析，调整原铁水成分满足下列要求：ω（C）3.60%～3.80%，ω（Si）0.9%～1.0%，ω（Mn）0.2%～0.3%，ω（P）≤0.05%，ω（S）≤0.01%，ω（Cr）≤0.1%，然后，在1440～1450℃出水球化。选用镧系轻稀土球化剂A，加入量控制在1.15%，在铁水成分、球化剂、球化温度等条件不变的前提下，改变硫氧孕育剂的加入量，球化剂成分如表1所示。孕育剂成分和孕育方式分别如表2和表3所示，试验方案如下。

试验1：一次孕育0.4%的75SiFe压在包底；二次孕育0.4%的高钙钡孕育剂，在球化过程中加入；三次孕育为硫氧孕育剂（粒度为0.2～0.7 mm），该孕育剂是通过专用的漏斗在浇注过程中加入，加入量为0.1%。浇注2件铸件，并取铸件的附铸试块，附铸试块编号分别标识为2018-01；2018-02。

试验2：一次孕育0.4%的75SiFe压在包底；二次孕育0.4%的高钙钡孕育剂，在球化过程中加入；三次孕育为硫氧孕育剂（粒度为0.2～0.7 mm），该孕育剂是通过专用的漏斗在浇注过程中加入，加入量为0.15%，浇注2件铸件，并取铸件的附铸试块，附铸试块编号分别标识为2018-03，2018-04。

试验3：一次孕育0.4%的75SiFe压在包底；二次孕育0.4%的高钙钡孕育剂，在球化过程中加入；三次孕育为硫氧孕育剂（粒度为0.2～0.7 mm），该孕育剂是通过专用的漏斗在浇注过程中加入，加入量为0.2%,浇注2件铸件，并取铸件的附铸试块，附铸试块编号分别标识为2018-05，2018-06。

表1 球化剂A化学成分

表2 孕育剂的化学成分 ωB/%

表3 渣灌孕育处理方式及其加入量

2 试样制备

浇注的6件齿轮座铸件分别取附铸试块，附铸试块尺寸为180mm×70mm×85mm，加工取得试块85mm方向上的20mm后，将其加工成如图2的试棒尺寸，检查力学性能和金相组织，并对试块进行湿法分析，获取各试块的化学成分。采用WA-600KD型电液式万能试验机测试力学性能；采用XJG-05大型显微镜检查ø20mm×15mm组织；用TH110里氏硬度计测量试块硬度。

图2 拉伸试棒尺寸

3 试验结论及分析

经检测各附铸试块力学性能结果如表4所示，各附铸试块化学成分如表5所示，每个试验各选取一组拉伸试棒，附铸试块2018-01、2018-03、2018-05上截取ø20mm×15mm试样在XJG-05大型显微镜检查其组织，并对各试验的金相组织进

行对比分析，金相组织图片如图3、图4、图5所示，具体试样检测结果见表6。

3.1 硫氧孕育剂随流孕育加入量对力学性能的影响

从表4和表5可以看出，硫氧孕育剂加入量依次增加，附铸试块终硅相应增加，在其他化学成分相当的情况下，附铸试块中硫氧孕育剂加入0.1%的抗拉强度、屈服强度、硬度最大，延伸率最小；附铸试块中硫氧孕育剂加入0.2%的抗拉强度、屈服强度、硬度最小，而延伸率最大；硫氧孕育剂加入量从0.1%、0.15%、0.20%抗拉强度、屈服强度、硬度依次降低，而延伸率依次增加。

3.2 硫氧孕育剂随流孕育加入量对基体组织的影响

由表6附铸试块金相组织检测结果和附铸试块 2018-01、2018-03、2018-05 对应的图 3、图 4、图5的金相图可以看出：加入量为0.10%硫氧孕育剂所得到附铸试块2018-01的球化率、石墨球墨数、基体中铁素体含量都要低于加入量为0.15%和0.20%硫氧孕育剂的附铸试块2018-03、2018-05，而硫氧孕育剂加入量为0.20%的附铸试块石墨球数、铁素体含量最多，球化率也最高。

表4 附铸试块力学性能

表5 附铸试块化学成分

表6 附铸试块金相组织检测结果

3.3 结论分析

硫氧孕育剂随流孕育是一种后孕育处理，可以强化孕育效果，改善金相组织，细化石墨，提高力学性能，加之在球铁生产中一般认为硫、氧为消耗球化剂、产生熔渣的有害元素，但硫氧孕育剂为使阻碍球状化的有害元素无害化，调整了Ca、Ce的含量，Ce对S和O亲和力非常强，溶入铁水的S、O会与Ce、Ca反应，其中的这些元素可以化合成稳定的氧化物、硫化物和硫氧化物，为石墨提供有效的非均质结晶核心，使基体中的石墨形态得到改善，石墨球数增加，随着硫氧孕育剂加入量的增大，终硅含量增加，促使基体中铁素体含量增加，从而改善力学性能。

4 结论

（1）随着硫氧孕育剂的增加强化了孕育效果，细化了石墨，提高了球化率和球化级别，加上硫氧孕育剂中元素化合可以有效增加铁水中异质核心，可以有效增加石墨球数，从而增加基体中铁素体含量。

（2）球铁随着硫氧孕育剂加入量的增加，抗拉强度、屈服强度、硬度相应降低，随着终硅的增加和随流孕育的强化孕育的作用延伸率随之增大。

图3 附铸试块2018-01金相组织

图4 附铸试块2018-03金相组织

图5 附铸试块2018-05金相组织