我國生產的大型球墨鑄鐵件一般選用呋喃樹脂砂作為造型材料，單件生產，澆注重量大，結構較復雜，對鑄件質量性能要求很高，往往熔煉過程中出現的一些鑄造缺陷特別是縮松缺陷會導致鑄件報廢，造成重大的經濟損失，特別是 QT400-18AR 材料，強度高，延伸率高，還有沖擊值要求。這類厚大件在保證產品力學性能的同時，還要避免出現石墨漂浮和縮松類缺陷，實屬不易。

通過設計小樣實驗，采用埃肯公司分析設備，研究化學成分、澆注溫度對壁厚為 180mm 的實體小樣產生石墨漂浮、縮松等缺陷的影響。進而應用于生產球墨鑄鐵厚壁件，獲得良好品質的鑄件。

設備、材料準備

自用高純生鐵，純凈低錳廢鋼，高鎂球化劑，75#FeSi 孕育劑；埃肯低鎂球化劑，孕育劑；1.5 噸中頻熔煉爐，500kg 球化包，500kg 中間包。埃肯 EPIC 熱分析儀，碳硫分析儀，光譜儀。

設計實體小樣木模

尺寸 600mm×400mm×180mm，進行工藝試制。使用 180mm 壁厚，覆蓋公司日常生產的厚大件球墨鑄鐵產品，具有相當的代表性，設置冒口和澆道系統，采用底注澆注，澆注重量 500kg。

熔煉澆注方案設計

采用 1.5t 熔煉中頻爐，熔化 1.5t 鐵水，每次球化孕育 500kg，澆注 1 箱小樣試驗件。1 爐共澆注 3 箱試驗件。設計不同的熔煉澆注方案如下：

第一種方案

爐料配比：生鐵 85%，低錳廢鋼 15%；化學成分控：

采用球化孕育處理方案：

首先出鐵 500kg 到中間包，球化包內預埋 1.3-1.5%高鎂球化劑、0.3-0.4%孕育劑和 0.8%覆蓋劑，倒包進行球化處理，球化處理完成后包內表面投入隨流孕育劑完全搗開后，取樣使用 EPIC 儀器進行分析檢測。

球化包內預埋 1.2%埃肯球化劑、0.8-1.0%覆蓋劑、0.4%的玻璃碎，直接出鐵到球化包，同時投入 0.5%的埃肯孕育劑。球化完成后，表面撒入的埃肯隨流孕育劑，取樣使用 EPIC 儀器進行分析檢測。

球化包內預埋 1.2%埃肯球化劑、0.8-1.0%覆蓋劑、0.4%的玻璃碎，直接出鐵到球化包，同時投入 0.5%的埃肯孕育劑。球化完成后，表面撒入的埃肯隨流孕育劑，取樣使用 EPIC 儀器進行分析檢測。

第二種方案

爐料配比：生鐵 65%，低錳廢鋼 35%；化學成分控制：

采用球化孕育處理方案：

直接出鐵 500kg 到中間包，球化包內預埋 1.2%埃肯球化劑、0.8-1.0%覆蓋劑和 0.4%玻璃碎，直接出鐵到球化包，同時投入 0.5%的埃肯孕育劑，球化處理完成后包內表面投入埃肯隨流孕育劑，完全搗開，取樣使用 EPIC 儀器進行分析檢測。

直接出鐵 500kg 到中間包，球化包內預埋 0.95%埃肯低鎂球化劑、0.65%埃肯覆蓋劑、0.2%的廢鋼片和 0.1%的除渣劑，直接出鐵到球化包。球化完成后，表面撒入埃肯隨流孕育劑，完全搗開，取樣使用 EPIC 儀器進行分析檢測。

直接出鐵 500kg 到中間包，球化包內預埋 1.2%埃肯球化劑、0.3%覆蓋劑、 0.2%的埃肯孕育劑、0.5%的廢鋼片和 0.1%的除渣劑，直接出鐵到球化包，同時投入 0.35%的埃肯孕育劑。球化完成后，表面撒入埃肯隨流孕育劑，完全搗開，取樣使用 EPIC 儀器進行分析檢測。

第三種方案

爐料配比：生鐵 65%，廢鋼 35%；化學成分控制：

采用球化孕育處理方案：

直接出鐵 500kg 到中間包，球化包內預埋 1.2%埃肯低鎂球化劑、0.8%覆蓋劑和 0.1%除渣劑，直接出鐵到球化包，同時投入 0.55%的埃肯孕育劑，球化處理完成后包內表面投入埃肯隨流孕育劑，完全搗開，取樣使用 EPIC 儀器進行分析檢測。

直接出鐵 500kg 到中間包，球化包內預埋 1.2%埃肯低鎂球化劑、0.8%埃肯覆蓋劑、0.1%的除渣劑，直接出鐵到球化包，同時投入 0.55%的埃肯孕育劑。球化完成后，表面撒入的埃肯隨流孕育劑，完全搗開，取樣使用 EPIC 儀器進行分析檢測。

直接出鐵 500kg 到中間包，球化包內預埋 1.2%埃肯低鎂球化劑、0.3%覆蓋劑、0.2%的埃肯孕育劑和 0.1%的除渣劑，直接出鐵到球化包，同時投入 0.35%的埃肯孕育劑。球化完成后，表面撒入的埃肯隨流孕育劑，完全搗開，取樣使用EPIC 儀器進行分析檢測。

實驗檢測方法與分析方法

通過碳硫檢測儀檢測鐵水的碳、硫含量，光譜分析儀檢測合金如 P、Mn、Cu元素的含量；通過埃肯 EPIC 設備檢測爐前不同化學成分的冷卻曲線，得到如 LET（液相轉變溫度），CE（實際碳當量），G1、G2、G3 不同區間值。

試驗結果與討論
第一種方案結果與討論

根據不同處理方法，檢測得到的 EPIC 圖像如下:

曲線 1：第一爐原鐵水灰口試樣曲線
曲線 2：第一爐方案A 結果曲線

曲線 3：第一爐方案 B 結果曲線 
曲線 4：第一爐方案 C 結果曲線   

    
①從曲線1和2 中我們可以看到，第一爐方案 A 球化工藝處理后 LET 值上升，說明其液相線溫度提高，但 G1 區間仍然較大為 34%，LET-ST 石墨析出時間為 115秒，結合其化學成分，得知其碳當量是第一爐三個方案中最高的。

②從曲線1和3 中我們可以看到，LET 值由1132 升高到1146℃，G1 區間為36%， LET-ST 石墨析出時間為 129 秒，結合其化學成分，得知其碳當量是第一爐三個方案中最低的。

③從曲線1和4 中我們可以看到，LET 值由 1132 升高的 1140，G1 區間為 32%。LET-ST 石墨析出時間為 139 秒，其化學成分碳當量是第一爐三個方案中中間值。

④LET 值越高，鐵水形核潛力越高，同等條件下鑄件白口傾向越小，石墨球數越多；LET-ST 值為石墨析出時間，在生產厚大件過程中，一般要求這個值越大越好，說明在整個凝固過程中都有石墨析出，有利于利用石墨自膨脹效果抵消部分收縮；G1 區間為鐵水奧氏體析出區間，G1 越大說明鐵水縮松縮孔傾向越大。影響 G1 值為兩個方面，一方面是鐵水的孕育效果和形核能力，另一方面是鐵水的碳當量。當碳當量相同時，孕育效果越好 G1 值越低，收縮傾向越小。

⑤因此看來，處理后的鐵水第一爐中方案 C 最好，方案 B 次之，方案 A 最差。

第二種方案結果與討論

根據不同處理方法，檢測得到的 EPIC 圖像如下：

曲線 5：第二爐原鐵水灰口試樣曲線
曲線 6：第二爐方案A 結果曲線

曲線 7：第二爐方案B 結果曲線
曲線 8：第二爐方案C 結果曲線

①從曲線 5 和曲線 6 可以看出，LET 值由 1149 降低至 1141℃，G1 區間為 20%， LET-ST 石墨析出時間為 146 秒，結合其化學成分，得知其碳當量是第二爐三個方案中最高的。事后分析，原鐵水灰口曲線 LET 值較低是因為添加了硅鐵和石墨化增碳劑，造成鐵水瞬時形核能力強。

②從曲線 5 和曲線 7 可以看出，LET 值由 1149 降低至 1139℃，G1 區間為 24%， LET-ST 石墨析出時間為 146 秒，結合其化學成分，得知其碳當量是第二爐三個方案中中等的。LET 值降低原因同上。

③從曲線 5 和曲線 8 可以看出，LET 值由 1149 降低至 1138℃，G1 區間為 33%， LET-ST 石墨析出時間為 144 秒，結合其化學成分，得知其碳當量是第二爐三個方案中最低的。

④總體看來，形核能力最強的第二爐方案 A，其 LET 值較高，收縮傾向最小也是第二爐方案 A，G1 值最小。說明 CE 值增高能降低收縮傾向并增強形核能力。

第三種方案結果與討論

曲線 9：第三爐原鐵水灰口試樣曲線
曲線 10：第三爐方案A 結果曲線

曲線 11：第三爐方案B 結果曲線
曲線 12：第三爐方案C 結果曲線

①從曲線 9 和曲線 10 可以看出，LET 值從 1147 降低至 1145℃，G1 值為 6%， LET-ST 石墨析出時間為 172.8 秒，結合其化學成分，得知其碳當量是第三爐三個方案中最低的。

②從曲線 9 和曲線 11 可以看出，LET 值從 1147 降低至 1146℃，G1 值為 10%， LET-ST 石墨析出時間為 182.7 秒，結合其化學成分，得知其碳當量是第三爐三個方案中最高的。

③從曲線 9 和曲線 10 可以看出，LET 值從 1147 降低至 1146℃，G1 值為 9%， LET-ST 石墨析出時間為 194.4 秒，結合其化學成分，得知其碳當量是第三爐三個方案中中等的。

④第三種方案整體 G1 值均偏低，說明此方案熔煉的鐵水收縮傾向最低，綜合看來三包鐵水差別不大，相對來說，第三爐方案 A 效果最好。

小樣試驗結論

使用合適的碳當量值

通過第一爐和第二爐鐵水調整爐料配比，第二爐的原鐵水 LET 值比第一爐有提升，G1 值比第一爐小。通過第二爐和第三爐調整爐料配比，用塊狀廢鋼代替純凈低錳廢鋼，LET 值接近，而在增碳后 G1 值顯著降低，所以提高碳量能夠提高原鐵水形核能力，降低縮松傾向，與廢鋼種類改變不大。

使用恰當球化孕育處理工藝

通過第一爐 A 方案和 B 方案、C 方案比較得到，本廠自用球化劑和孕育劑，采用現有的處理方法，其鐵水的收縮傾向和形核能力均較差；通過第二爐方案 A、方案 B 和方案 C 得出，球化劑用量 1.2%，孕育劑使用量 0.5 的時候，處理效果最好，預先埋入和出鐵時投入差別不大；通過第三爐方案 A、B、C 對比得到，三種處理方案效果并無明顯差別，引起變化原因是原鐵水的 CE 值。

總之采用高 CE 值（C3.7-3.9，Si2.1-2.4），使用埃肯球化劑孕育劑，用量球化劑 1.2%，埃肯孕育劑 0.5%及隨流孕育劑可以得到高形核能力、低縮松傾向的鐵水，更容易獲得滿足質量要求的球墨鑄鐵件。

應用結論進行生產

使用小樣試驗結論進行球墨鑄鐵厚壁件生產，方案如下：
熔化重量 20t，爐料配比生鐵 65%，廢鋼 35%，埃肯球化劑 1.2%，埃肯孕育劑 0.5%+隨流孕育劑，原鐵水 C3.7-3.9，Si2.2-2.5，Mn≤0.3，P≤0.05，S＜0.02，進行生產，取鑄件上附鑄試棒進行檢測，對鑄件本體進行解剖和觀察。

解剖后加工面檢查，加工后無石墨漂浮和縮松缺陷，方案成功。

總結

1.球墨鑄鐵厚壁件，屬于球墨鑄鐵生產中較難控制的產品，具有壁厚大，冷卻慢，含有 Mg 等元素，縮松傾向大的特性，生產中容易出現缺陷而報廢，造成經濟損失。特別是 QT400-18AR 牌號鑄件，其性能要求：抗拉性能 Rm≥390；屈服強度 Re≥240；延伸率 A≥18；沖擊平均值 KV2≥14，最小沖擊值 KV2≥11，要求較高。

2.通過小樣工藝試驗，對不同化學成分，不同球化孕育處理方式，對澆注的小樣試驗件進行試驗。由埃肯公司設備 EPIC 檢測鐵水的收縮傾向，確定了合適的化學成分和適當的球化孕育處理方法，能夠獲得收縮傾向最小的鐵水。

3.根據小樣工藝試驗的到的數據運用于實際生產中，形成清晰穩定的生產方案，進行球墨鑄鐵厚壁件生產，通過檢驗其附鑄試棒和解剖加工表面觀察，確定方案有效，生產鑄件質量良好，符合質量要求。

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