球墨鑄鐵由于石墨呈球狀、對金屬基體的割裂小，故而性能優(yōu)異，加之成本較低、重量比鋼輕等優(yōu)點，在輕量化時代得以快速發(fā)展、應用范圍不斷擴大。對球墨鑄鐵最基本的要求就是球化效果一定要好，從球墨鑄鐵誕生至今，人們對球化機理、球化劑及球化處理工藝等進行了大量的研究并取得了豐碩的成績，但為了適應新的形勢帶來的新變化，對如何提高球化效果、球化劑和球化處理工藝等提出了新的要求。

球墨鑄鐵由于石墨呈球狀、對金屬基體的割裂小，故而性能優(yōu)異，加之成本較低、重量比鋼輕等優(yōu)點，在輕量化時代得以快速發(fā)展、應用范圍不斷擴大。對球墨鑄鐵最基本的要求就是球化效果一定要好，從球墨鑄鐵誕生至今，人們對球化機理、球化劑及球化處理工藝等進行了大量的研究并取得了豐碩的成績，但為了適應新的形勢帶來的新變化，對如何提高球化效果、球化劑和球化處理工藝等提出了新的要求。

 

 

球墨鑄鐵件怎樣提高球化率？球墨鑄鐵發(fā)展應滿足哪些方面的需要？

球墨鑄鐵發(fā)展應滿足哪些方面的需要

國民經(jīng)濟快速發(fā)展的需要

世界球墨鑄鐵的發(fā)展：1948年球墨鑄鐵開始工業(yè)化生產(chǎn);1966年產(chǎn)量超過了鋁合金;1969年產(chǎn)量(345萬噸)超過了可鍛鑄鐵(275萬噸);1986年超過了鑄鋼，成為繼灰口鑄鐵之后的第二大鑄造材料(第三是鋁合金，第四是鑄鋼，第五是可鍛鑄鐵)，這個格局一直延續(xù)到今天。球墨鑄鐵和灰口鑄鐵產(chǎn)量的差距正在逐步縮小，部分工業(yè)發(fā)達國家球墨鑄鐵的產(chǎn)量已經(jīng)超過了灰口鑄鐵。2018年全球球墨鑄鐵產(chǎn)量達到創(chuàng)紀錄的2813 萬噸，占鑄件總產(chǎn)量的25%。

我國球墨鑄鐵的生產(chǎn)雖然起步較晚，但發(fā)展的速度更快，2018年，我國的球墨鑄鐵產(chǎn)量為1 415 萬噸，比1998年增加了10倍，占鑄件總產(chǎn)量的比例增加了一倍。2018年，我國球墨鑄鐵產(chǎn)量占鑄件總產(chǎn)量的28.7%，占世界球墨鑄鐵產(chǎn)量的50%。我國球墨鑄鐵20年來的產(chǎn)量變化見表2。

重要部件廣泛應用的需要

球墨鑄鐵已廣泛應用于我國國民經(jīng)濟的各個領域，除在傳統(tǒng)的汽車、工程機械及鑄管等應用外，近年來又在大型結構件、軌道交通件及液壓件等方面有了較大發(fā)展，專業(yè)生產(chǎn)廠不斷涌現(xiàn)、質量逐年提高，對企業(yè)效益的影響也在日益提高，部分重要的球墨鑄鐵鑄件如圖2所示。

新型材料發(fā)展的需要

新型球墨材料，如等溫淬火球墨鑄鐵、硅強化高強度鐵素體球墨鑄鐵、高強度高沖擊韌性低溫球墨鑄鐵、鑄態(tài)高強度高韌性球墨鑄鐵和耐熱耐腐蝕高鎳奧氏體球墨鑄鐵等的研究取得了較大的進展，并已開始在生產(chǎn)中應用。

環(huán)境保護、降低成本的需要

環(huán)境保護是我國的基本國策，如何減少并有效控制球化處理時鎂和煙塵是我們責無旁貸的任務。鑄造是利潤率較低的行業(yè)，如何在保證球化效果的前提下，提高鎂的吸收率、減少球化劑的加入量是企業(yè)的需求。
自動化、智能化的需要

智能化不僅能夠降低工人的勞動強度，還可以減少人為因素對球化效果的影響，使球化效果處于可控的狀態(tài)。

當前國內球墨鑄鐵質量現(xiàn)狀的需要

國內目前普遍存在球化效果穩(wěn)定性、一致性差的問題，如球墨鑄鐵質量指標有時可以達到，有時卻達不到，質量指標雖然達標但多在下限等問題。為保證球化效果，不得不多加球化劑，其結果是不僅增加成本還引起其他的質量問題。由于球墨鑄鐵的質量不穩(wěn)定，即便是國外一些鑄鋼、鍛鋼件已經(jīng)改用了球墨鑄鐵，但國內也不敢使用，不少球墨鑄鐵的新材料、新產(chǎn)品在推廣過程中由于質量不穩(wěn)定而失敗，又被迫改用鑄鋼或鍛鋼。這些教訓在相當程度上影響了我國球墨鑄鐵的發(fā)展和應用。

 

 

球墨鑄鐵件怎樣提高球化率？球墨鑄鐵發(fā)展應滿足哪些方面的需要？

提高球化效果的途徑

對一個健全、合格的球墨鑄鐵鑄件的要求：

(1)組織致密，沒有非金屬夾渣、碳化物、縮孔、縮松和氣孔等缺陷，縮孔、縮松(含顯微縮松)、氣孔等缺陷之和小于1%，碳化物+非金屬夾渣小于0.5%;

(2)球化效果良好，石墨球細小、數(shù)量多，球化率≥85%(GB/T9441-2008 標準中的1～2級)，石墨球數(shù)≥100 個/㎜2;

(3)鑄件(本體)力學性能達到產(chǎn)品圖紙規(guī)定的要求;

(4)鑄件各部位(厚薄、內外、上下等)的力學性能、金相組織及化學成分等一致性要好。

1主要元素對球化率的影響

C、Si： C能促進石墨化，減少白口傾向，但ω（C）量高會使CE過高而容易產(chǎn)生石墨漂浮，一般控制在3.7%~3.9%。Si能加強石墨化能力，消除滲碳體。Si以孕育劑的方式加入時，可大大降低鐵液的過冷能力。為了提高孕育效果，原鐵液的ω（Si）量從原來的1.3% ~1.5%降到0.8%~1.2% ，ω（Si終）量控制在2.60%~3.00% 。

Mn：在結晶過程中，Mn增加鑄鐵的過冷傾向，促進形成碳化物(FeMn) 3C。在共析轉變過程中，Mn降低共析轉變溫度，穩(wěn)定并細化珠光體。Mn對球化率沒有太大的影響。因受原材料的影響，一般控制ω（Mn）<0.30%。

P：當ω（P）<0.05%時固溶于Fe，難以形成磷共晶，對球鐵的球化率影響不是很大。

S：S是反球化元素，S在球化反應時消耗球化劑中的Mg和RE，阻礙石墨化，降低球化率。硫化物夾渣還會在鐵液凝固之前回硫，再次消耗球化元素，加快球化衰退，進一步影響球化率。為了達到高的球化率，應該使原鐵液的ω（S）量降低到0.02%以下。

2脫硫處理

當爐料熔清后，取樣分析化學成分，當ω（S）量高于0.02%時要進行脫硫處理。

純堿脫硫的原理為：將一定量的純堿置于澆包內，利用鐵液流沖入而攪拌，純堿在高溫下分解，反應式為Na2CO3=Na2O+CO2↑：生成的Na2O又與鐵液中硫化合生成Na2S，（Na2O）+[FeS]=（Na2S） +（FeO）。Na2CO3分解析出CO2引起鐵液劇烈攪動，促進脫硫過程進行。純堿渣極易流動、很快上浮，脫硫反應時間很短，脫硫后應及時扒渣，否則會回硫。
3預脫氧處理、球化處理及孕育處理

福士科390預處理劑在包內起到預脫氧處理的作用，同時增加石墨形核核心、增加單位面積石墨球數(shù)，還可以提高Mg的吸收率，大幅度提高抗衰退能力，提高球化率。福士科孕育劑含ω（Si） =60%~70%、ω（Ca）=0.4%~2.0%、ω（Ba）=7%~11%，其中Ba可以延長有效孕育時間。

選用福士科球化劑牌號為NODALLOY7RE，其ω（Si）=40%~50%、ω（Mg）=7.0% ~ 8.0%、ω（RE）=0.3%~1.0%、ω（Ca）=1.5%~2.5%、ω（Al）<1.0%。由于鐵液經(jīng)過了脫硫和預脫氧處理，鐵液中消耗球化劑的元素大量減少，因此選用了ω（RE）量低的球化劑，以減少RE對球狀石墨形態(tài)的惡化；起球化作用的元素主要是Mg；Ca和Al可以起到加強孕育的作用。

采用碳化硅和硅鐵聯(lián)合孕育處理，碳化硅的熔點在1600℃左右，并在凝固時增加石墨結晶晶核，采用大劑量的硅鐵孕育，可以防止球化衰退。

結語

(1)在降低原鐵液的S、O含量方面，推薦將原鐵液中的硫含量控制在0.008%～0.015%，盡量降低鐵液的含氧量。

(2)在降低干擾球化元素的含量方面，一般球墨鑄鐵要求K1<1%，有低溫沖擊或其他高端球墨鑄鐵要求K1<0.6%。一般球墨鑄鐵要求ΣT<0.1%，高端球墨鑄鐵要求ΣT<0.06%。

(3)在保證球化效果的基礎上降低殘余鎂、稀土的含量方面，推薦將球墨鑄鐵的殘留鎂含量控制在0.030%～0.045%，推薦將球墨鑄鐵殘留稀土的含量控制在0.010%～0.015%。

(4)在增強孕育效果、提高鑄型冷卻速度方面，盡可能增強孕育效果和提高鑄型的冷卻速度。

(5)在提高鎂的吸收率方面，盡可能提高鎂的吸收率，而鎂的吸收率與原鐵液硫含量、殘余鎂量及球化劑加入量有關。

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