我國生產(chǎn)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(chǎn)，澆注重量大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對鑄件質(zhì)量性能要求很高，往往熔煉過程中出現(xiàn)的一些鑄造缺陷特別是縮松缺陷會導(dǎo)致鑄件報廢，造成重大的經(jīng)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(chǎn)品力學(xué)性能的同時，還要避免出現(xiàn)石墨漂浮和縮松類缺陷，實屬不易。

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

設(shè)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(shè)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(chǎn)的厚大件球墨鑄鐵產(chǎn)品，具有相當(dāng)?shù)拇硇裕O(shè)置冒口和澆道系統(tǒng)，采用底注澆注，澆注重量 500kg。

熔煉澆注方案設(shè)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(shè)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(xué)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(nèi)預(yù)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(nèi)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(nèi)預(yù)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(nèi)預(yù)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(xué)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(nèi)預(yù)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(nèi)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(nèi)預(yù)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(nèi)預(yù)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(xué)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(nèi)預(yù)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(nèi)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(nèi)預(yù)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(nèi)預(yù)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(shè)備檢測爐前不同化學(xué)成分的冷卻曲線，得到如 LET（液相轉(zhuǎn)變溫度），CE（實際碳當(dāng)量），G1、G2、G3 不同區(qū)間值。

試驗結(jié)果與討論
第一種方案結(jié)果與討論

根據(jù)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(jié)果曲線

曲線 3：第一爐方案 B 結(jié)果曲線 
曲線 4：第一爐方案 C 結(jié)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(qū)間仍然較大為 34%，LET-ST 石墨析出時間為 115秒，結(jié)合其化學(xué)成分，得知其碳當(dāng)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(qū)間為36%， LET-ST 石墨析出時間為 129 秒，結(jié)合其化學(xué)成分，得知其碳當(dāng)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(qū)間為 32%。LET-ST 石墨析出時間為 139 秒，其化學(xué)成分碳當(dāng)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(shù)越多；LET-ST 值為石墨析出時間，在生產(chǎn)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(qū)間為鐵水奧氏體析出區(qū)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(dāng)量。當(dāng)碳當(dāng)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(jié)果與討論

根據(jù)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(jié)果曲線

曲線 7：第二爐方案B 結(jié)果曲線
曲線 8：第二爐方案C 結(jié)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(qū)間為 20%， LET-ST 石墨析出時間為 146 秒，結(jié)合其化學(xué)成分，得知其碳當(dāng)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(qū)間為 24%， LET-ST 石墨析出時間為 146 秒，結(jié)合其化學(xué)成分，得知其碳當(dāng)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(qū)間為 33%， LET-ST 石墨析出時間為 144 秒，結(jié)合其化學(xué)成分，得知其碳當(dāng)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(jié)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(jié)果曲線

曲線 11：第三爐方案B 結(jié)果曲線
曲線 12：第三爐方案C 結(jié)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(jié)合其化學(xué)成分，得知其碳當(dāng)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(jié)合其化學(xué)成分，得知其碳當(dāng)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(jié)合其化學(xué)成分，得知其碳當(dāng)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(jié)論

使用合適的碳當(dāng)量值

通過第一爐和第二爐鐵水調(diào)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(diào)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(dāng)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(xiàn)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(yù)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(zhì)量要求的球墨鑄鐵件。

應(yīng)用結(jié)論進行生產(chǎn)

使用小樣試驗結(jié)論進行球墨鑄鐵厚壁件生產(chǎn)，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(chǎn)，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(jié)
1.球墨鑄鐵厚壁件，屬于球墨鑄鐵生產(chǎn)中較難控制的產(chǎn)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(chǎn)中容易出現(xiàn)缺陷而報廢，造成經(jīng)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(xué)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(shè)備 EPIC 檢測鐵水的收縮傾向，確定了合適的化學(xué)成分和適當(dāng)?shù)那蚧杏幚矸椒ǎ軌颢@得收縮傾向最小的鐵水。

3.根據(jù)小樣工藝試驗的到的數(shù)據(jù)運用于實際生產(chǎn)中，形成清晰穩(wěn)定的生產(chǎn)方案，進行球墨鑄鐵厚壁件生產(chǎn)，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(chǎn)鑄件質(zhì)量良好，符合質(zhì)量要求。

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