铸态高强度高塑性球墨铸铁的技术要点

铸态高强度高塑性球墨铸铁的技术要点 1、生产铸态高强度高塑性球铁是一个系统工程。每一道工序都要有一个明确的 目标，并加以严格的控制，不能单一的靠合金化来调节珠光体和铁素体的比例， 来细化珠光体和强化基体。不然就算合金加入量大，也生产不出来这种高端铸件， 性能不会稳定。要从炉料开始，注意熔化工艺、球化工艺和孕育工艺，和传统球 铁工艺相比。要特别注意炉料中有害微量元素的控制，提升球化等级，加强孕育 进行预处理，使铸件没有影响性能的内部缺陷。尤其是影响伸长率的缩松。文献 16 很好地说明了这一问题。他们在生产 QT700-10 时，配料中的合金化程度是非 常低的，Cu 的加入量只有 0.2-0.4%,而 No.7 为 0.73-0.78%.他们的性能结果基 本是相同的。当然 No.8 是采用铁型覆砂，而 No.7 与粘土砂生产，前者在生产上 有优势，但前者不靠合金化，而是追求球化级别和晶粒细化达到极致来提升球铁 的机械性能的思路是可取的。这也是我在前面向大家介绍，并要大家关注球化率、 球数、纯净度等的原因。 2、关于采用高纯生铁的问题，如果我们生产低温球铁，高 Si 球铁和大锻面高端 球铁在配料中，采用高纯生铁的思路可以说是正确的，国外也是这样做的。但对 于铸态高强度、高塑性球铁来讲，是否一定要强调用高纯生铁，我想是不一定。 我上面列举的 9 家生产铸态 QT800-5 和 QT700-10 的企业中，只有北京菲美德一 家公司是采用了高纯生铁，其他公司大都采用优质 Q10,或 Q12 生铁，而 No.9 采 用自行车车架钢管废料，很少用生铁，只要控制。应当都能满足问题。尤其是轻 量化，薄壁化后的铸件！大都壁厚在 20mm 以下，在加强孕育球数增加后，合金 元素，尤其是一些正偏析元素，在晶界偏析影响程度减轻，因此用优质的 Z10
或 Z12 铸造生铁是有可能的。 3、关于铁素体比例问题，文献 6 指出，为了保证 QT800-5 的伸长率，该铸态球 铁的铁素体比例应当控制在 10-20%范围内是适当的，全是大部分企业，在生产 QT800-5 时维持了这一比例。但也有的企业铁素体量只有 5-10%,如江苏万力机械 股份有限公司。他们的珠光体含量大都在 95%.虽然伸长率可能也合格，但处在 合格的底限，因此维持铁素体在 10-20%在大概率下是正确的，应当坚持。但从 上述 9 家企业中，可以看到在成分差不多的情况下伸长率还是有很大差别的。 QT800-5 来看，波动范围在 5.4 至 9 之间。因此，我想对比较难以控制的伸长率 来说，除了注意控制铁素体含量外，还必须要特别注意的是提高铁液的纯净度， 减少或不用容易形成碳化物，且容易偏析至晶界的那些元素，上表中伸长率较低 的两家企业，除了加 Cu 外，都是加了钼的，可能是造成伸长率低的原因。 4、关于 Cu、Sn、Sb 铜、锡、锑都是珠光体形成元素，单独加铜、加锡、加锑都 能获得 100%的珠光体，对于特定壁厚的铸件冷却速度近似于一定时，也可以找 出这些元素的合金加入量与铸件中的珠光体的体积份数的关系，因此从提高珠光 体量来增加铸件强度和调节珠光体和铁素体的比例来看好像并无太大的困难。但 经验证明，在铸态高强度高塑性的球铁中，单独使用这些元素的作用远不如铜加 锡，铜加锑，或者铜加锡加锑的好。如文献［22]指出，加了铜的球铁，由于锡 的加入，改变了铜的组织偏析状态，铜元素在基体内分布变得很均匀，从而改变了组织的均匀性，提高了铸件的力学性能，No.9 的河北清河诚铸机械 配件厂从 2017 年开始试制 QT800-5,用在为青岛博泰汽车零部件有限公司生产卡 车悬架，由于伸长率不稳定，并且屈服强度低于客户要求的 550Mpa,而被拒收。 一直到 2020 年元月，在铁水包内加入 0.003%的锑后，增加了球数，减少了球墨 直径，提高了球化率，从而提高了机械性能，使组织得以均匀化，而得以满意地 解决单加铜的组织不均匀导致伸长率不稳定，屈服强度低的问题。文献［23]指
出，铜、锡都有稳定珠光体的作用，单独加时，锡比铜强，同时加入铜和锡的作 用极大，如单加 1%的铜时，抗拉强度为 65kg/m ㎡,比不增加铜提升了 56%,而加 入 2%铜时，则增加了 58%,当同时加入铜和锡时，可达到 77.8kg/m ㎡,即增加了 86%，HB 增加了 66%，伸长率可达 2.5-6%。就球化率而言，在有稀土元素存在时， 看不到这些元素的不良影响，但加锑后，石墨球径变小了，利用 X 光射线显微分 析，发现锑的铸态球铁中，在晶界上可看到偏析，所以锑的加入使冲击值大为降 低，单加铜和锡，看不到这类偏析，所以才认为铜加锡更为理想一些，但如果铸 件发现石墨球径大，球数小时，加少量的锑是有益处的。 5、关于 Ni 和 Mo 镍和钼都促进珠光体从而能增加球铁的强度。但镍主要是用在 低温球铁上，来代替一部分硅，而钼常用在奥铁体球铁上，用来增加厚断面的淬 透性。我认为在生产铸态高强度高塑性这种球铁中，似乎没有必要加入镍和钼， 一是他们价格昂贵，可有可无的情况下，根本没有加的必要性。二是钼是碳化物 形成的元素，并且是正偏析元素，偏析系数很大，它容易在晶界上形成碳化物而 严重影响塑性，韧性和使铸件产生缩松，而它的促进球光体的作用又低于 Cu 和 Sn，所以从上表 No.3No.6 中可看出，加钼和加镍的球铁，性能上并没有比其他 没有加这类元素的好，所以国外也有文献指出，镍和钼尽量不加。