第一節(jié) 產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

綜觀國(guó)內(nèi)外球鐵生產(chǎn)及其技術(shù)近一、二十年的發(fā)展，主要工業(yè)國(guó)家球鐵產(chǎn)量的比例均已達(dá)到30%左右；中國(guó)約比工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家低1倍，但增幅最快，產(chǎn)量增長(zhǎng)7倍，比例增長(zhǎng)3倍。同期的灰鑄鐵件的比例逐年下降，可鍛鑄件的產(chǎn)量及比例均大幅度下降。

汽車工業(yè)是球鐵的最主要用戶，反映了球鐵生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)技術(shù)的最高水平。以汽車鑄件為代表的球鐵大量流水生產(chǎn)，推薦采用如下三方面成套先進(jìn)技術(shù)：

a. 高溫低硫低氧的優(yōu)質(zhì)原鐵水，是穩(wěn)定內(nèi)部質(zhì)量的基礎(chǔ)。

采用鑄造焦、熱風(fēng)水冷沖天爐、電爐熔化或雙聯(lián)過熱、搖包或氣動(dòng)脫硫、直讀光譜儀快速 分析 成分等先進(jìn)技術(shù)。

b. 專用球化劑、孕育劑及合理的球化、孕育工藝（隨流或型內(nèi)）是確保球化良好和基體穩(wěn)定的必要手段。

c. 高剛度鑄型及先進(jìn)的型砂是提高鑄件內(nèi)、外質(zhì)量的有效措施。

采用靜壓、高壓、氣沖加壓、擠壓等高緊實(shí)率鑄型和樹脂砂可有效減少縮松，提高鑄件尺寸精度和降低粗糙度。

另外，為了適應(yīng)多品種變批量的生產(chǎn)方式，還需應(yīng)用快換模板、快調(diào)澆口、通氣針和型砂定量等技術(shù)。綜合采用上述成套技術(shù)，我國(guó)主要汽車鑄造廠的工藝及裝備已達(dá)到國(guó)際水平，生產(chǎn)規(guī)模也接近國(guó)際水平（如二汽鑄造二廠年產(chǎn)量達(dá)7萬噸），靜態(tài)性能可穩(wěn)定達(dá)到QT450-10、QT400-15、QT500-7、QT600-3，其中脫硫效果穩(wěn)定的南汽鑄態(tài)性能達(dá)到QT600-10，正火后可達(dá)到QT880-5的高性能水平。

離心鑄管產(chǎn)量急劇增長(zhǎng)，成為球鐵的最大用戶。離心球鐵管由于強(qiáng)度高、塑性好、耐腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，故在供水、輸氣管道中大量應(yīng)用。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的離心球鐵管產(chǎn)量已占鑄管總產(chǎn)量的95%～98%，球鐵總產(chǎn)量的40%～50%，成為球鐵的最大用戶。中小口徑（＜1000mm）鑄管采用水冷金屬型工藝（即冷模法）；大口徑采用熱模法（噴涂料和襯樹脂砂）。國(guó)外已能生產(chǎn)最大尺寸達(dá)DN2000mm×8000mm和DN2600mm×4000mm的鑄管。

我國(guó)近十多年來引進(jìn)和研制了一批離心球鐵管生產(chǎn)線，生產(chǎn)能力已達(dá)70萬噸，年銷售量約30萬噸，已占球鐵總量的20%以上。其中新興鑄管集團(tuán)公司產(chǎn)量最大，且已能用熱模法大批量生產(chǎn)DN（1200～1600）mm×5000mm的大管徑鑄管。

第二節(jié) 產(chǎn)品生產(chǎn)工藝特點(diǎn)或流程

球鐵鑄件產(chǎn)品應(yīng)用廣泛，下面以風(fēng)電類耐低溫沖擊球鐵件為例來說明。

１、原材料選擇

耐低溫沖擊球鐵對(duì)原材料要求非常嚴(yán)格，生產(chǎn)中必須選擇高純生鐵，原材料中Si、Mn、S、P含量越少越好。要求滿足W(Si)<1．0％ ，W(Mn)<0．2％ ，W (S)<0．025％ ，W (P)<0．04％ ，對(duì)Cu、Cr、Mo、．ri、sn、v、w等合金元素要嚴(yán)格控制含量。Ti對(duì)球化影響很大，應(yīng)控制在0．045％以下，我國(guó)生鐵W (Ti)量普遍高，因此在選擇生鐵廠家時(shí)一定要注意。為控制干擾元素，需對(duì)生鐵中微量元素總量(ΣT)加以限制。我國(guó)目前一般規(guī)定：ΣT≤0．1％，其中W(Ti)≤0．045％。

通常認(rèn)為用于低溫沖擊球鐵的生鐵中，本溪生鐵最好，W(Ti)≤0．027％；河南林州生鐵W(Ti)≤0．033％。其他廠家的生鐵微量元素含量多高于控制值，不宜采用。

如果條件允許，可選用QIT生鐵，其W(S)≤0．O1％ ，W(P)≤0．04％ ， (Mn)≤0．05％，ΣT≤0．07％，其中W(Ti)≤0．01％ ，國(guó)外廣泛使用于汽車鑄件。該生鐵產(chǎn)于南非，現(xiàn)國(guó)內(nèi)已有經(jīng)銷和生產(chǎn)高純生鐵的單位。在生產(chǎn)中可在爐料中配入一定比例的QIT生鐵來調(diào)整鐵液的Ti等微量元素含量。

2、熔煉過程

采用林州生鐵及低Mn廢鋼進(jìn)行生產(chǎn)，采用增碳劑等調(diào)整鐵液成分，使用蓋包法進(jìn)行球化和孕育處理，孕育劑采用英國(guó)福士科公司生產(chǎn)的長(zhǎng)效孕育劑，球化劑則采用英國(guó)福士科公司生產(chǎn)的厚大球鐵件專用球化劑。澆注前將球化劑放置在球化包的堤壩一側(cè)，其上覆蓋0．5％的孕育劑，扒平后用專用壓鐵壓緊。澆注時(shí)隨流加入0．10％～0．15％、粒度為0．2～0．7 mm的高Ba孕育劑。

３、球化及孕育處理

１）球化處理及球化劑選擇

由于風(fēng)電 行業(yè) 耐低溫沖擊球鐵件多為中、大件，斷面很厚，冷卻速度緩慢，因而凝固時(shí)間長(zhǎng)，在鑄件厚壁中心或熱節(jié)處容易產(chǎn)生畸形石墨、球數(shù)減少和組織粗大等問題，這導(dǎo)致鑄件力學(xué)性能下降，尤其是韌性更為明顯。因此球化劑的選擇極其重要。Mg、RE和ca是目前公認(rèn)的促進(jìn)石墨球化元素，一般球化劑都是由這幾種球化元素的一種或幾種起球化作用的。國(guó)內(nèi)外已有很多企業(yè)可以提供多種成熟產(chǎn)品，但如何結(jié)合工廠生產(chǎn)來選擇合適的球化劑，需要在實(shí)踐中摸索。

由于國(guó)內(nèi)原材料普遍存在微量元素含量高等特點(diǎn)，因此一般選擇REMgSiFe合金球化劑。對(duì)于一些厚大件還有可能用到重稀土球化劑，但是一定要注意w(Y磚)量超過0．02％時(shí)可能導(dǎo)致白口傾向增大、石墨圓整度差等現(xiàn)象。另外，Mg雖可以使球墨圓整，球數(shù)增加，減緩球化衰退，但是也會(huì)加大鑄件收縮和脆性，因此Ｗ (Mg殘)量應(yīng)在保證球化不產(chǎn)生衰退的前提下越低越好。根據(jù)筆者多年經(jīng)驗(yàn)，Ｗ (Mg殘)量控制在0．03％～0．05％較為適宜。

２）孕育處理及孕育劑選擇

用于生產(chǎn)耐低溫沖擊球鐵的孕育劑要求有較強(qiáng)的抗衰退能力。孕育的實(shí)質(zhì)是脫O、脫S，并形成異質(zhì)晶核。采用兩次孕育，首次孕育采用福士科3～8 mm粒度的含Ba孕育劑，澆注過程中再采用0．2～0．7 mm粒度的含Bi孕育劑進(jìn)行瞬時(shí)孕育，孕育量雖少，但孕育效果顯著，既可改善斷面中心部位的球化狀況，使得球徑小，球數(shù)多，又能提高鑄態(tài)性能。

１）采取措施降低鑄件冷卻速度由于改變鑄件冷卻速度，可在較大范圍內(nèi)改變基體組織，即鑄件隨型冷卻速度越慢，其基體組織中鐵素體體積分?jǐn)?shù)越高，但應(yīng)防止出現(xiàn)晶粒及石墨球粗大。不同的造型材料導(dǎo)熱能力不同，因此應(yīng)優(yōu)先選用干型砂或樹脂砂等導(dǎo)熱較慢的造型材料，同時(shí)適當(dāng)加大吃砂量，盡量不用冷鐵，對(duì)于薄壁件來說，適當(dāng)提高澆注溫度來減緩鑄件冷卻速度，盡量延長(zhǎng)開箱時(shí)間。筆者所在的鑄造廠采用兩班生產(chǎn)，Et班澆注，夜班造型和打箱，將隨型鑄件集中擺放，減緩散熱。因此，鑄型有充足的冷卻時(shí)間，達(dá)到了很好的效果。

2）加強(qiáng)球化率在線檢測(cè)

使用超聲波在線球化率檢測(cè)儀進(jìn)行球化效果檢測(cè)，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的比較發(fā)現(xiàn)：該類鑄件如聲速試塊的聲速值大于5 600 m／s，則鑄件本體球化率不會(huì)小于85％。因此對(duì)于聲速值低于該值的鐵液，應(yīng)采取緊急措施加以補(bǔ)救，避免鑄件生產(chǎn)出來才發(fā)現(xiàn)不合格，造成損失。

3）鐵液的過熱及靜置

提高鐵液熔煉溫度，可使原材料中帶入鐵液的夾雜物及熔煉過程中形成的渣及夾雜物上浮至鐵液表面，對(duì)球化后的鐵液進(jìn)行1-3 rain的靜置，有利于活潑金屬(如Mg,Ba、A1、Fe的氧化物及硫化物)上浮，從而凈化鐵液。但靜置時(shí)問不可過長(zhǎng)，否則容易導(dǎo)致球化和孕育衰退，或者造成回S現(xiàn)象翻；并一定注意勤扒渣，有利于聚集在熔煉過程或球化過程中形成的殘存氧化物、硫化物，從而使鐵、渣分離，保證進(jìn)入型腔前的鐵液得到良好的凈化。這兩項(xiàng)措施取得了很好的效果，至2009年底，共生產(chǎn)此軸承座100余件，沒有出現(xiàn)渣孔導(dǎo)致的廢品。

５、熱處理

實(shí)際生產(chǎn)中，耐低溫沖擊球鐵必須保證全鐵素體基體，即珠光體體積分?jǐn)?shù)需穩(wěn)定控制在小于5％，才能達(dá)到低溫沖擊韌性的要求。而全鐵素體基體由鑄態(tài)保證，有時(shí)具有一定難度和風(fēng)險(xiǎn)，一般要求通過熱處理的方式來保證鑄件所需的金相組織。通過熱處理工藝可以提高鐵索體體積分?jǐn)?shù)，對(duì)提高伸長(zhǎng)率、沖擊韌性都有幫助。同時(shí)通過熱處理的方法，可適當(dāng)放寬對(duì)原輔材料中部分元素的苛刻要求。

當(dāng)球鐵的鑄態(tài)組織中自由滲碳體體積分?jǐn)?shù)≥3％時(shí)，為了改善力學(xué)性能，必須進(jìn)行高溫石墨化退火，通常進(jìn)行兩階段退火，高溫階段消除自由滲碳體，低溫階段是由奧氏體轉(zhuǎn)變成鐵素體，最終獲得全鐵素體基體組織；當(dāng)鑄態(tài)組織中無自由滲碳體時(shí)，進(jìn)行低溫石墨化退火，使共析滲碳體石墨化和?；?，以改善韌性和獲得全鐵素體組織。經(jīng)檢測(cè)，退火后的鑄件在一20℃時(shí)的沖擊韌性值最低為1 1 J／cm：，平均值達(dá)到14 J／cmz，完全符合客戶的要求。

第三節(jié) 國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 分析

球鐵鑄件技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是向厚大件發(fā)展。最近30年來國(guó)內(nèi)外鑄造工作者在厚大斷面球墨鑄鐵方面進(jìn)行大量的 研究 ，逐漸掌握了生產(chǎn)厚大斷面球墨鑄鐵件的生產(chǎn)技術(shù)，并取得了共識(shí)：大斷面球墨鑄鐵的組織與性能取決于原鐵水的質(zhì)量、鑄鐵的成份的控制和結(jié)晶條件以及所用球化劑的質(zhì)量，大量 研究 認(rèn)為，為了確保大斷面球墨鑄鐵的機(jī)械性能，必須針對(duì)鑄件具體壁厚、澆注溫度、所用球化劑、球化處理工藝、冷卻參數(shù)的優(yōu)化以及有效的排渣措施進(jìn)行嚴(yán)格控制，而適當(dāng)?shù)慕档吞籍?dāng)量、多次強(qiáng)化孕育、合金化和熱處理是改善球鐵的有效措施。

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