低溫球墨鑄鐵材料的案例
化學(xué)成分、熔煉、球化處理，QT400-18AL（-50℃）低溫沖擊材料生產(chǎn)技術(shù)關(guān)鍵解析
隨著高鐵、風(fēng)電行業(yè)的快速發(fā)展,人們對(duì)球墨鑄鐵低溫沖擊鑄件性能指標(biāo)要求越來(lái)越高，QT400-18AL（-20℃）低溫球墨鑄鐵材料已被各國(guó)列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。QT400-18AL（-40℃）低溫球墨鑄鐵材料在近幾年內(nèi)也越來(lái)越多被引用到產(chǎn)品要求內(nèi)，國(guó)內(nèi)也有部分鑄造廠家能夠生產(chǎn)此材料要求的鑄件。隨著產(chǎn)品的發(fā)展，QT400-18AL（-50℃）低溫球墨鑄鐵材料的研究和應(yīng)用也逐漸成為鑄造行業(yè)技術(shù)攻關(guān)主要課題之一。
生產(chǎn)QT400-18AL(-50℃)低溫沖擊材料,在保證抗拉強(qiáng)度≥400MPa、屈服強(qiáng)度≥250MPa、伸長(zhǎng)率≥18%達(dá)到要求前提下進(jìn)行-50℃(-52℃保溫10min以上）低溫沖擊試驗(yàn),要求三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)夏比試樣沖擊吸收能量平均值KV≥12J，單個(gè)試樣沖擊吸收能量KV≥9J。若想得到較高的沖擊吸收能量材料必須是合適的化學(xué)成分、較好的球化等級(jí)、較多的石墨球數(shù)、較高地鐵素體含量及伸長(zhǎng)率。
一、化學(xué)成分的選擇與控制
化學(xué)成分的選擇與控制是生產(chǎn)QT400-18AL(-50℃)低溫沖擊材料鑄件關(guān)鍵點(diǎn)之一，化學(xué)成分直接影響鑄件的金相組織及物理性能，因此我們深入研究了各種化學(xué)元素在球墨鑄鐵中的作用，通過(guò)試驗(yàn)找出了高性能指標(biāo)相應(yīng)各種化學(xué)元素的合適范圍并加以控制。
1.化學(xué)成分的選擇確定
結(jié)合各元素的作用和國(guó)內(nèi)外原材料狀況以及生產(chǎn)QT400-18AL（-40℃）低溫沖擊鑄件的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),確定生產(chǎn)QT400-18AL（-50℃）低溫沖擊鑄件的化學(xué)成分范圍。
展開(kāi) 福利分享：QT400-18AL（-50℃）低溫沖擊材料生產(chǎn)技術(shù)關(guān)鍵數(shù)據(jù)
隨著高鐵、風(fēng)電行業(yè)的快速發(fā)展,人們對(duì)球墨鑄鐵低溫沖擊鑄件性能指標(biāo)要求越來(lái)越高，QT400-18AL（-20℃）低溫球墨鑄鐵材料已被各國(guó)列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。QT400-18AL（-40℃）低溫球墨鑄鐵材料在近幾年內(nèi)也越來(lái)越多被引用到產(chǎn)品要求內(nèi)，國(guó)內(nèi)也有部分鑄造廠家能夠生產(chǎn)此材料要求的鑄件。隨著產(chǎn)品的發(fā)展，QT400-18AL（-50℃）低溫球墨鑄鐵材料的研究和應(yīng)用也逐漸成為鑄造行業(yè)技術(shù)攻關(guān)主要課題之一。
生產(chǎn)QT400-18AL(-50℃)低溫沖擊材料,在保證抗拉強(qiáng)度≥400MPa、屈服強(qiáng)度≥250MPa、伸長(zhǎng)率≥18%達(dá)到要求前提下進(jìn)行-50℃(-52℃保溫10min以上）低溫沖擊試驗(yàn),要求三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)夏比試樣沖擊吸收能量平均值KV≥12J，單個(gè)試樣沖擊吸收能量KV≥9J。若想得到較高的沖擊吸收能量材料必須是合適的化學(xué)成分、較好的球化等級(jí)、較多的石墨球數(shù)、較高地鐵素體含量及伸長(zhǎng)率。
一、化學(xué)成分的選擇與控制
化學(xué)成分的選擇與控制是生產(chǎn)QT400-18AL(-50℃)低溫沖擊材料鑄件關(guān)鍵點(diǎn)之一，化學(xué)成分直接影響鑄件的金相組織及物理性能，因此我們深入研究了各種化學(xué)元素在球墨鑄鐵中的作用，通過(guò)試驗(yàn)找出了高性能指標(biāo)相應(yīng)各種化學(xué)元素的合適范圍并加以控制。
1.化學(xué)成分的選擇確定
結(jié)合各元素的作用和國(guó)內(nèi)外原材料狀況以及生產(chǎn)QT400-18AL（-40℃）低溫沖擊鑄件的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),確定生產(chǎn)QT400-18AL（-50℃）低溫沖擊鑄件的化學(xué)成分范圍。
展開(kāi) QT400-18AL（-50℃）低溫沖擊材料生產(chǎn)中6步關(guān)鍵數(shù)據(jù)解析
隨著高鐵、風(fēng)電行業(yè)的快速發(fā)展,人們對(duì)球墨鑄鐵低溫沖擊鑄件性能指標(biāo)要求越來(lái)越高，QT400-18AL（-20℃）低溫球墨鑄鐵材料已被各國(guó)列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。QT400-18AL（-40℃）低溫球墨鑄鐵材料在近幾年內(nèi)也越來(lái)越多被引用到產(chǎn)品要求內(nèi)，國(guó)內(nèi)也有部分鑄造廠家能夠生產(chǎn)此材料要求的鑄件。隨著產(chǎn)品的發(fā)展，QT400-18AL（-50℃）低溫球墨鑄鐵材料的研究和應(yīng)用也逐漸成為鑄造行業(yè)技術(shù)攻關(guān)主要課題之一。
生產(chǎn)QT400-18AL(-50℃)低溫沖擊材料,在保證抗拉強(qiáng)度≥400MPa、屈服強(qiáng)度≥250MPa、伸長(zhǎng)率≥18%達(dá)到要求前提下進(jìn)行-50℃(-52℃保溫10min以上）低溫沖擊試驗(yàn),要求三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)夏比試樣沖擊吸收能量平均值KV≥12J，單個(gè)試樣沖擊吸收能量KV≥9J。若想得到較高的沖擊吸收能量材料必須是合適的化學(xué)成分、較好的球化等級(jí)、較多的石墨球數(shù)、較高地鐵素體含量及伸長(zhǎng)率。
一、化學(xué)成分的選擇與控制
化學(xué)成分的選擇與控制是生產(chǎn)QT400-18AL(-50℃)低溫沖擊材料鑄件關(guān)鍵點(diǎn)之一，化學(xué)成分直接影響鑄件的金相組織及物理性能，因此我們深入研究了各種化學(xué)元素在球墨鑄鐵中的作用，通過(guò)試驗(yàn)找出了高性能指標(biāo)相應(yīng)各種化學(xué)元素的合適范圍并加以控制。
1.化學(xué)成分的選擇確定
結(jié)合各元素的作用和國(guó)內(nèi)外原材料狀況以及生產(chǎn)QT400-18AL（-40℃）低溫沖擊鑄件的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),確定生產(chǎn)QT400-18AL（-50℃）低溫沖擊鑄件的化學(xué)成分范圍。
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生產(chǎn)QT400-18AL(-50℃)低溫沖擊材料,在保證抗拉強(qiáng)度≥400MPa、屈服強(qiáng)度≥250MPa、伸長(zhǎng)率≥18%達(dá)到要求前提下進(jìn)行-50℃(-52℃保溫10min以上）低溫沖擊試驗(yàn),要求三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)夏比試樣沖擊吸收能量平均值KV≥12J，單個(gè)試樣沖擊吸收能量KV≥9J。若想得到較高的沖擊吸收能量材料必須是合適的化學(xué)成分、較好的球化等級(jí)、較多的石墨球數(shù)、較高地鐵素體含量及伸長(zhǎng)率。
一、化學(xué)成分的選擇與控制
化學(xué)成分的選擇與控制是生產(chǎn)QT400-18AL(-50℃)低溫沖擊材料鑄件關(guān)鍵點(diǎn)之一，化學(xué)成分直接影響鑄件的金相組織及物理性能，因此我們深入研究了各種化學(xué)元素在球墨鑄鐵中的作用，通過(guò)試驗(yàn)找出了高性能指標(biāo)相應(yīng)各種化學(xué)元素的合適范圍并加以控制。
1.化學(xué)成分的選擇確定
結(jié)合各元素的作用和國(guó)內(nèi)外原材料狀況以及生產(chǎn)QT400-18AL（-40℃）低溫沖擊鑄件的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),確定生產(chǎn)QT400-18AL（-50℃）低溫沖擊鑄件的化學(xué)成分范圍。
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隨著高鐵、風(fēng)電行業(yè)的快速發(fā)展,人們對(duì)球墨鑄鐵低溫沖擊鑄件性能指標(biāo)要求越來(lái)越高，QT400-18AL（-20℃）低溫球墨鑄鐵材料已被各國(guó)列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。QT400-18AL（-40℃）低溫球墨鑄鐵材料在近幾年內(nèi)也越來(lái)越多被引用到產(chǎn)品要求內(nèi)，國(guó)內(nèi)也有部分鑄造廠家能夠生產(chǎn)此材料要求的鑄件。隨著產(chǎn)品的發(fā)展，QT400-18AL（-50℃）低溫球墨鑄鐵材料的研究和應(yīng)用也逐漸成為鑄造行業(yè)技術(shù)攻關(guān)主要課題之一。
生產(chǎn)QT400-18AL(-50℃)低溫沖擊材料,在保證抗拉強(qiáng)度≥400MPa、屈服強(qiáng)度≥250MPa、伸長(zhǎng)率≥18%達(dá)到要求前提下進(jìn)行-50℃(-52℃保溫10min以上）低溫沖擊試驗(yàn),要求三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)夏比試樣沖擊吸收能量平均值KV≥12J，單個(gè)試樣沖擊吸收能量KV≥9J。若想得到較高的沖擊吸收能量材料必須是合適的化學(xué)成分、較好的球化等級(jí)、較多的石墨球數(shù)、較高地鐵素體含量及伸長(zhǎng)率。
一、化學(xué)成分的選擇與控制
化學(xué)成分的選擇與控制是生產(chǎn)QT400-18AL(-50℃)低溫沖擊材料鑄件關(guān)鍵點(diǎn)之一，化學(xué)成分直接影響鑄件的金相組織及物理性能，因此我們深入研究了各種化學(xué)元素在球墨鑄鐵中的作用，通過(guò)試驗(yàn)找出了高性能指標(biāo)相應(yīng)各種化學(xué)元素的合適范圍并加以控制。
1.化學(xué)成分的選擇確定
結(jié)合各元素的作用和國(guó)內(nèi)外原材料狀況以及生產(chǎn)QT400-18AL（-40℃）低溫沖擊鑄件的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),確定生產(chǎn)QT400-18AL（-50℃）低溫沖擊鑄件的化學(xué)成分范圍。
展開(kāi) 原材料的選擇、熔煉工藝的制定、溫度的掌握，如何控制鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵件質(zhì)量？
鑄態(tài)鐵素體基體球墨鑄鐵的生產(chǎn)有很多方面要加以注意，否則難以達(dá)到客戶要求。例如原材料的選擇、熔煉工藝的制定、溫度的控制、爐前球化孕育處理。通過(guò)幾年的摸索，對(duì)于生產(chǎn)球墨鑄鐵有了自己的一些經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)加以介紹。
1、生產(chǎn)的基本條件
1.1熔煉設(shè)備 鑄態(tài)鐵素體球鐵對(duì)原鐵水的質(zhì)量要求是：化學(xué)成分穩(wěn)定，符合設(shè)計(jì)要求；好的冶金質(zhì)量，潔凈，無(wú)氧化現(xiàn)象；高的出鐵溫度（一般1500-1550℃）。
1.2造型設(shè)備 球墨鑄鐵凝固時(shí)有石墨析出，膨脹量大，生產(chǎn)上可利用這一特點(diǎn)，采用剛性鑄型，避免鑄型脹大，獲得致密、無(wú)縮孔，無(wú)宏觀縮松的鑄件。
2、原材料的控制
2.1鑄造生鐵 生鐵應(yīng)高碳低硅、低磷低硫。干擾元素少。但如含有干擾元素，就導(dǎo)致球化不良。對(duì)石墨片粗大、渣氣孔較多的生鐵也就盡量不用或少用。選定生鐵時(shí)，首先要根據(jù)球鐵的基體要求及回爐料用量來(lái)確定生鐵的硅量(定牌號(hào))。其次，根據(jù)韌性要求和熱處理與否限定錳量(定分組)。生鐵中的磷硫量則越少越好。磷的分級(jí)和硫的分類，各種生鐵的界定量不太一樣。球鐵用生鐵有特級(jí)磷(P≤0.05%)和特類硫(S≤0.02%)。煉鋼生鐵有特類硫(S≤0.02%)，但磷一般較高。鑄造生鐵沒(méi)有特級(jí)磷和特類硫，其一級(jí)磷和一類硫分別為≤0.06%和≤0.03%。
因鐵礦來(lái)源的不同，生鐵中常含有Cu、Cr、Mo、Ti、Sn、Al、Pb、Bi、Te、Cd、Zn、As和Sb等微量元素。其中As、Pb、Zn、Ti、Bi、Sb、Cd和Te等超過(guò)一定含量，或干擾球化，或生晶界脆性相，或生硬質(zhì)點(diǎn)，從而影響著球化成敗、球鐵的韌性和切削加工性。這些干擾元素的作用很復(fù)雜，它們共存時(shí)，有倍增效應(yīng)或抵消作用，機(jī)理有待進(jìn)一步研究。
展開(kāi) 球墨鑄鐵經(jīng)驗(yàn)匯總：原材料選擇、熔煉工藝制定、溫度控制、爐前球化孕育處理
鑄態(tài)鐵素體基體球墨鑄鐵的生產(chǎn)有很多方面要加以注意，否則難以達(dá)到客戶要求。例如原材料的選擇、熔煉工藝的制定、溫度的控制、爐前球化孕育處理。通過(guò)幾年的摸索，對(duì)于生產(chǎn)球墨鑄鐵有了自己的一些經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)加以介紹。
1、生產(chǎn)的基本條件
1.1熔煉設(shè)備 鑄態(tài)鐵素體球鐵對(duì)原鐵水的質(zhì)量要求是：化學(xué)成分穩(wěn)定，符合設(shè)計(jì)要求；好的冶金質(zhì)量，潔凈，無(wú)氧化現(xiàn)象；高的出鐵溫度（一般1500-1550℃）。
1.2造型設(shè)備 球墨鑄鐵凝固時(shí)有石墨析出，膨脹量大，生產(chǎn)上可利用這一特點(diǎn)，采用剛性鑄型，避免鑄型脹大，獲得致密、無(wú)縮孔，無(wú)宏觀縮松的鑄件。
2、原材料的控制
2.1鑄造生鐵 生鐵應(yīng)高碳低硅、低磷低硫。干擾元素少。但如含有干擾元素，就導(dǎo)致球化不良。對(duì)石墨片粗大、渣氣孔較多的生鐵也就盡量不用或少用。選定生鐵時(shí)，首先要根據(jù)球鐵的基體要求及回爐料用量來(lái)確定生鐵的硅量(定牌號(hào))。其次，根據(jù)韌性要求和熱處理與否限定錳量(定分組)。生鐵中的磷硫量則越少越好。磷的分級(jí)和硫的分類，各種生鐵的界定量不太一樣。球鐵用生鐵有特級(jí)磷(P≤0.05%)和特類硫(S≤0.02%)。煉鋼生鐵有特類硫(S≤0.02%)，但磷一般較高。鑄造生鐵沒(méi)有特級(jí)磷和特類硫，其一級(jí)磷和一類硫分別為≤0.06%和≤0.03%。
因鐵礦來(lái)源的不同，生鐵中常含有Cu、Cr、Mo、Ti、Sn、Al、Pb、Bi、Te、Cd、Zn、As和Sb等微量元素。其中As、Pb、Zn、Ti、Bi、Sb、Cd和Te等超過(guò)一定含量，或干擾球化，或生晶界脆性相，或生硬質(zhì)點(diǎn)，從而影響著球化成敗、球鐵的韌性和切削加工性。這些干擾元素的作用很復(fù)雜，它們共存時(shí)，有倍增效應(yīng)或抵消作用，機(jī)理有待進(jìn)一步研究。 為了控制干擾元素，需對(duì)生鐵中微量元素總量(∑T)加以限制。
展開(kāi) 灰鑄鐵和球墨鑄鐵凝固：?jiǎn)栴}描述之鑄鐵凝固過(guò)程中的生核
鑄鐵件的最終性能，主要決定于其在凝固過(guò)程中形成的組織，例如：灰鑄鐵的熱性能就受其組織中石墨的形態(tài)、尺寸和數(shù)量的影響，力學(xué)性能則取決于初生奧氏體枝晶的數(shù)量、石墨的形態(tài)和共晶團(tuán)的尺寸；球墨鑄鐵的力學(xué)性能則取決于石墨球的數(shù)量、形態(tài)，以及基體組織的特點(diǎn)。
灰鑄鐵、球墨鑄鐵的凝固過(guò)程包括：初生相（奧氏體、石墨）的析出，共晶轉(zhuǎn)變和剩余殘液的凝固。
共晶轉(zhuǎn)變的末期，共晶晶粒與共晶晶粒之間、共晶晶粒與初生奧氏體枝晶之間互相銜接，剩余的低熔點(diǎn)殘液處于晶粒之間的晶界部位，最后凝固。這種殘液在鑄鐵中所占的體積分?jǐn)?shù)雖然很小，但是，其中富集了多種偏析元素和夾雜物，它的凝固狀態(tài)可以使鑄鐵件中產(chǎn)生多種晶界缺陷，如磷共晶、晶界碳化物、晶界非金屬夾雜物、畸形石墨、晶間縮松等，對(duì)鑄件質(zhì)量的影響很大。生產(chǎn)過(guò)程中影響剩余殘液性質(zhì)的因素也很多，諸如：鑄鐵化學(xué)成分的選定，熔煉用各種原材料的質(zhì)量，熔煉過(guò)程的控制，鐵液的后處理工藝等等。因此，要討論剩余殘液的凝固，決不是一兩個(gè)段落所能說(shuō)得清楚的，這里只能暫且按下不說(shuō)了。
到目前為止，我們對(duì)鑄鐵凝固過(guò)程的認(rèn)識(shí)仍然是不夠充分的，很有必要進(jìn)一步的探索和研究。
一、鑄鐵凝固過(guò)程中的生核
鑄鐵是一種碳含量比較高的Fe-C合金，除碳以外，還含有多種其他合金元素。一般低合金鑄鐵中的碳，可以以石墨或Fe3C的形態(tài)析出。
高溫的鐵液中，石墨的自由能比Fe3C低得多，較易于直接自鐵液中析出。當(dāng)然，鑄鐵中的碳也可自固態(tài)的奧氏體中脫溶析出。從熱力學(xué)方面的分析看來(lái)，‘Fe-石墨’系二元相圖是穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，所以稱之為Fe-C合金的穩(wěn)定系。相對(duì)而言，F(xiàn)e-Fe3C二元相圖就是Fe-C合金的介穩(wěn)定系。
要了解鑄鐵的凝固過(guò)程，當(dāng)然要參照Fe-C合金相圖。
展開(kāi) 灰鑄鐵和球墨鑄鐵凝固：?jiǎn)栴}描述之鑄鐵的共晶轉(zhuǎn)變和生核
實(shí)際上，在灰鑄鐵中，Al對(duì)石墨的析出和成長(zhǎng)有重要的作用，可以使共晶轉(zhuǎn)變的過(guò)冷度降低，共晶團(tuán)數(shù)增加，且有利于A型石墨的形成。通常，宜將Al含量控制在0.005～0.01％之間。保持這樣的Al含量，既可以有上述正面作用，又不至于誘發(fā)針孔缺陷。
因此，孕育劑中有一定的Ca、Al含量，是至關(guān)重要的。
3、球墨鑄鐵的共晶轉(zhuǎn)變
球墨鑄鐵的共晶轉(zhuǎn)變，雖然也是先析出石墨，隨即析出奧氏體，但是，石墨在共晶凝固過(guò)程中的主導(dǎo)作用不如灰鑄鐵中那樣明顯，石墨球與奧氏體也不像灰鑄鐵中那樣，在共同與液相接觸的條件下共生、共長(zhǎng)。
球墨鑄鐵的共晶轉(zhuǎn)變過(guò)程中，石墨球自接近共晶成分的液相中生核，而且有一個(gè)長(zhǎng)大的過(guò)程。石墨球長(zhǎng)大到一定的尺寸，周圍的液相中的碳當(dāng)量很低，從而奧氏體在石墨的表面上生核、長(zhǎng)大，逐漸形成一個(gè)包圍石墨球的‘暈圈’，阻斷了石墨與液相的接觸。石墨的長(zhǎng)大只能由石墨-奧氏體界面處鐵原子向外擴(kuò)散、碳原子通過(guò)奧氏體暈圈向石墨擴(kuò)散，長(zhǎng)大的速度比灰鑄鐵中的石墨片低得多。
由于石墨球脫離了與液相的接觸，不具備與奧氏體協(xié)同生長(zhǎng)的條件，不能是說(shuō)是正常的共晶轉(zhuǎn)變，而球墨鑄鐵又是在共晶溫度附近由液相析出石墨和奧氏體，所以，通常都將其稱之為“離異共晶（Divorced eutectic）”，其共晶轉(zhuǎn)變的過(guò)程參見(jiàn)圖5。
圖5 球墨鑄鐵共晶轉(zhuǎn)變過(guò)程的示意圖
大連理工大學(xué)的周繼揚(yáng)教授，用彩色金相技術(shù)，對(duì)球墨鑄鐵的離異共晶進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)的研究，提出了另一種觀點(diǎn)，認(rèn)為：石墨和奧氏體可以自液相中于不同的位置、在不同的時(shí)間分別析出，因而，球墨鑄鐵的共晶轉(zhuǎn)變可能有多種形態(tài)。
共晶轉(zhuǎn)變時(shí)，奧氏體可以在石墨球界面上生核、長(zhǎng)大，也可以在石墨球的界面外依托其它的異質(zhì)晶核生核、長(zhǎng)大。
有一個(gè)石墨球和奧氏體組成的共晶晶粒，也有包圍幾個(gè)石墨球的奧氏體晶粒。
展開(kāi) 灰鑄鐵和球墨鑄鐵凝固：?jiǎn)栴}描述之鑄鐵中的初生奧氏體枝晶
出于力學(xué)性能方面的考慮，灰鑄鐵一般都是亞共晶成分，凝固組織中當(dāng)然會(huì)有初生奧氏體枝晶。在要求鑄鐵具有特殊性能的情況下（如要求熱導(dǎo)率高、減震性能好等），接近共晶、過(guò)共晶成分的灰鑄鐵也有應(yīng)用，但需求量很少。
以往，對(duì)于灰鑄鐵凝固過(guò)程的研究，大都著重于石墨的形成及其特性、共晶團(tuán)的數(shù)量和共析組織等方面，對(duì)初生奧氏體枝晶的作用注意較少。實(shí)際上，初生奧氏體枝晶在灰鑄鐵的作用有些像混凝土中的鋼筋，對(duì)鑄鐵力學(xué)性能的影響并不小。
球墨鑄鐵大多數(shù)是共晶或微過(guò)共晶成分，按照平衡相圖考慮，是不會(huì)有初生奧氏體的，因而，在球墨鑄鐵的研究方面，多著重于石墨和基體組織，對(duì)初生奧氏體的探討比灰鑄鐵還要少些。但是，在工業(yè)生產(chǎn)的條件下，球墨鑄鐵的凝固是在非平衡條件下進(jìn)行的，在共晶轉(zhuǎn)變之前也都有初生奧氏體枝晶析出，其作用也不可忽視。
1、初生奧氏體枝晶的析出
工業(yè)用的各種鑄鐵，由于在非平衡條件下的凝固，即使碳當(dāng)量高達(dá)4.7％，鑄造組織中仍然有一定量的初生奧氏體，這里，就不同共晶度的鑄鐵作簡(jiǎn)單的分析，參見(jiàn)圖3。
a）亞共晶鑄鐵；b）過(guò)共晶鑄鐵
圖3 亞共晶、過(guò)共晶鑄鐵中初生奧氏體的析出
（1）亞共晶鑄鐵
碳當(dāng)量為Fe亞的亞共晶鐵液，冷卻到液相線BC以下，就開(kāi)始析出低碳初生奧氏體枝晶，液相中碳當(dāng)量隨之沿BC線逐漸增高。
冷卻到溫度T1，由于已逐漸析出初生奧氏體枝晶，液相中的碳含量增高到C1。
冷卻到共晶溫度TEG，液相中的碳含量為共晶碳含量C，由于并非處于平衡狀態(tài)，而且鐵液中沒(méi)有石墨作為共晶奧氏體析出的依托，不可能在此溫度下發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。
冷卻到共晶溫度TEG以下某一溫度T2時(shí)，液相中的碳含量已經(jīng)沿BC的延長(zhǎng)線增高到C2，為過(guò)共晶成分，石墨異質(zhì)生核、結(jié)晶析出。
展開(kāi) 實(shí)驗(yàn)全程記錄：分析球墨鑄鐵的3種熔煉澆注方案
我國(guó)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(duì)鑄件質(zhì)量性能要求很高，往往熔煉過(guò)程中出現(xiàn)的一些鑄造缺陷特別是縮松缺陷會(huì)導(dǎo)致鑄件報(bào)廢，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，特別是 QT400-18AR 材料，強(qiáng)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(shí)，還要避免出現(xiàn)石墨漂浮和縮松類缺陷，實(shí)屬不易。
通過(guò)設(shè)計(jì)小樣實(shí)驗(yàn)，采用埃肯公司分析設(shè)備，研究化學(xué)成分、澆注溫度對(duì)壁厚為 180mm 的實(shí)體小樣產(chǎn)生石墨漂浮、縮松等缺陷的影響。進(jìn)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(zhǔn)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(jì)實(shí)體小樣木模
尺寸 600mm×400mm×180mm，進(jìn)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(jì)
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(yàn)件。1 爐共澆注 3 箱試驗(yàn)件。
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高牌號(hào)球墨鑄鐵前蓋鑄造缺陷分析及工藝優(yōu)化
球墨鑄鐵前蓋材質(zhì)為QT700-2，采用濕型砂工藝生產(chǎn)。由于濕型砂砂型硬度不及鐵型覆砂工藝，因此鑄件在凝固過(guò)程中不能完全實(shí)現(xiàn)球墨鑄鐵的自補(bǔ)縮，需要采取相應(yīng)的防縮措施。在前期的生產(chǎn)中，我廠采用冷鐵工藝來(lái)解決鑄件內(nèi)部的縮松問(wèn)題。但在批量生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，冷鐵工藝不僅成本高，而且質(zhì)量不穩(wěn)定，氣孔和縮孔廢品比例較高。對(duì)原始工藝進(jìn)行了改進(jìn)，徹底解決了前蓋內(nèi)部縮松問(wèn)題，保證產(chǎn)品穩(wěn)定生產(chǎn)。
1 初始鑄造工藝設(shè)計(jì)
前蓋材質(zhì)為QT700-2，基本壁厚9 mm，底部法蘭盤壁厚40 mm，頂部壁厚23 mm，有四個(gè)獨(dú)立的搭子，壁厚不均勻（圖1）。分型面按常規(guī)設(shè)計(jì)選在接近中部的法蘭面位置，鑄件小端置于上箱，大法蘭及砂芯芯頭置于下箱（圖2），內(nèi)澆道從大法蘭面進(jìn)入型腔，內(nèi)腔采用手工自硬砂整體砂芯。
圖1 前蓋結(jié)構(gòu)
圖2 前蓋初始工藝
根據(jù)前蓋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，外圓法蘭盤直徑約450 mm，平均壁厚40 mm，存在厚大的環(huán)形熱節(jié)，因此工藝設(shè)計(jì)采用冒口加外冷鐵相結(jié)合的方式消除該位置熱節(jié)。兩個(gè)側(cè)冒口設(shè)計(jì)為60 mm×80 mm×70 mm的壓邊冒口，同時(shí)在砂芯內(nèi)設(shè)置六塊外冷鐵進(jìn)行激冷，消除法蘭環(huán)位置熱節(jié)，使整個(gè)法蘭環(huán)實(shí)現(xiàn)順序凝固。頂部法蘭熱節(jié)集中在四個(gè)獨(dú)立的搭子處，設(shè)計(jì)采用放置內(nèi)冷鐵解決縮松問(wèn)題，前蓋模具如圖3所示。
圖3 前蓋模具
在試制階段，產(chǎn)品解剖后內(nèi)部沒(méi)有縮松缺陷，獲得顧客認(rèn)可。但在批量生產(chǎn)階段，產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)很大波動(dòng)：①質(zhì)量不穩(wěn)定。產(chǎn)品集中出現(xiàn)了頂部冷鐵處縮孔（圖4）、氣孔、冷鐵偏斜等廢品，綜合廢品率高達(dá)15%。經(jīng)解剖發(fā)現(xiàn)，頂部四個(gè)獨(dú)立的搭子位置，雖然下了內(nèi)冷鐵，但總有一定比例的產(chǎn)品在冷鐵位置仍會(huì)存在縮松；此外，內(nèi)冷鐵位置的氣孔也比較集中。②生產(chǎn)效率低。
展開(kāi) 球墨鑄鐵的3種熔煉澆注方案，附實(shí)驗(yàn)過(guò)程詳情
我國(guó)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(duì)鑄件質(zhì)量性能要求很高，往往熔煉過(guò)程中出現(xiàn)的一些鑄造缺陷特別是縮松缺陷會(huì)導(dǎo)致鑄件報(bào)廢，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，特別是 QT400-18AR 材料，強(qiáng)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(shí)，還要避免出現(xiàn)石墨漂浮和縮松類缺陷，實(shí)屬不易。
通過(guò)設(shè)計(jì)小樣實(shí)驗(yàn)，采用埃肯公司分析設(shè)備，研究化學(xué)成分、澆注溫度對(duì)壁厚為 180mm 的實(shí)體小樣產(chǎn)生石墨漂浮、縮松等缺陷的影響。進(jìn)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(zhǔn)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(jì)實(shí)體小樣木模
尺寸 600mm×400mm×180mm，進(jìn)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(jì)
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(yàn)件。1 爐共澆注 3 箱試驗(yàn)件。
展開(kāi) 球墨鑄鐵件塑性高成本低，探討解決3大常見(jiàn)缺陷
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球墨鑄鐵經(jīng)驗(yàn)匯總：化學(xué)成分最佳控制值，球化處理要點(diǎn)
鑄態(tài)鐵素體基體球墨鑄鐵的生產(chǎn)有很多方面要加以注意，否則難以達(dá)到客戶要求。例如原材料的選擇、熔煉工藝的制定、溫度的控制、爐前球化孕育處理。通過(guò)幾年的摸索，對(duì)于生產(chǎn)球墨鑄鐵有了自己的一些經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)加以介紹。
1、生產(chǎn)的基本條件
1.1熔煉設(shè)備 鑄態(tài)鐵素體球鐵對(duì)原鐵水的質(zhì)量要求是：化學(xué)成分穩(wěn)定，符合設(shè)計(jì)要求；好的冶金質(zhì)量，潔凈，無(wú)氧化現(xiàn)象；高的出鐵溫度（一般1500-1550℃）。
1.2造型設(shè)備 球墨鑄鐵凝固時(shí)有石墨析出，膨脹量大，生產(chǎn)上可利用這一特點(diǎn)，采用剛性鑄型，避免鑄型脹大，獲得致密、無(wú)縮孔，無(wú)宏觀縮松的鑄件。
2、原材料的控制
2.1鑄造生鐵 生鐵應(yīng)高碳低硅、低磷低硫。干擾元素少。但如含有干擾元素，就導(dǎo)致球化不良。對(duì)石墨片粗大、渣氣孔較多的生鐵也就盡量不用或少用。選定生鐵時(shí)，首先要根據(jù)球鐵的基體要求及回爐料用量來(lái)確定生鐵的硅量(定牌號(hào))。其次，根據(jù)韌性要求和熱處理與否限定錳量(定分組)。生鐵中的磷硫量則越少越好。磷的分級(jí)和硫的分類，各種生鐵的界定量不太一樣。球鐵用生鐵有特級(jí)磷(P≤0.05%)和特類硫(S≤0.02%)。煉鋼生鐵有特類硫(S≤0.02%)，但磷一般較高。鑄造生鐵沒(méi)有特級(jí)磷和特類硫，其一級(jí)磷和一類硫分別為≤0.06%和≤0.03%。
因鐵礦來(lái)源的不同，生鐵中常含有Cu、Cr、Mo、Ti、Sn、Al、Pb、Bi、Te、Cd、Zn、As和Sb等微量元素。其中As、Pb、Zn、Ti、Bi、Sb、Cd和Te等超過(guò)一定含量，或干擾球化，或生晶界脆性相，或生硬質(zhì)點(diǎn)，從而影響著球化成敗、球鐵的韌性和切削加工性。這些干擾元素的作用很復(fù)雜，它們共存時(shí)，有倍增效應(yīng)或抵消作用，機(jī)理有待進(jìn)一步研究。 為了控制干擾元素，需對(duì)生鐵中微量元素總量(∑T)加以限制。
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