袁東洲

用中頻爐取代工頻爐或沖天爐已成為大勢所趨，而且為汽車制造業(yè)生產(chǎn)高品質(zhì)的鑄件開創(chuàng)了一條新路。變速器殼體是汽車的基礎(chǔ)件之一，它既是多級齒輪的骨架，不僅要承重，還要經(jīng)得起許多高強度螺栓在擰緊時所引起的局部較大壓應(yīng)力，鑄件本身必須具有較高的耐壓性及耐蝕性，所以鑄件不得有疏松、晶粒粗大等缺陷，以免產(chǎn)生油的滲漏。傳統(tǒng)上采用HT150或HT200的鑄件作殼體材料，其鑄件質(zhì)量不能適應(yīng)汽車工業(yè)不斷提高整體質(zhì)量的要求。這就需要添加微量C r、Mo、Cu等合金元素，以獲得珠光體基體為主的高強度適合于殼體的使用性能。為了生產(chǎn)高強度、高品質(zhì)的鑄鐵汽車基礎(chǔ)件，在鑄造時采用中頻感應(yīng)電爐成為必然。本文在使用中頻感應(yīng)電爐熔制汽車變速器殼體鑄件用高強度鑄鐵的實踐中對爐前質(zhì)量控制進行一些探索。

1. 高強度合金灰鑄鐵成分的設(shè)計

變速器殼體材質(zhì)為HT250，硬度＜200HBW，要求易切削加工，進行油壓試驗不滲漏，在鑄鐵中添加微量多元合金成分，選擇合理的工藝參數(shù)，使鑄件獲得理想的金相組織和力學(xué)性能。要保證力學(xué)性能，就必須控制好基體組織和石墨形態(tài)。

高強度低合金化孕育鑄鐵的成分設(shè)計，首先要考慮鐵液碳當(dāng)量與冷卻速度的影響作用。碳當(dāng)量過高，鑄件厚壁處冷卻速度緩慢，鑄件厚壁處易產(chǎn)生晶粒粗大、組織疏松，油壓試驗易產(chǎn)生滲漏；若碳當(dāng)量過低，鑄件薄壁處易形成硬點或局部硬區(qū)，導(dǎo)致可加工性變差。將碳當(dāng)量控制在3.95%～4.05%，既可保證材質(zhì)的力學(xué)性能，又接近共晶點，其鐵液的凝固溫度范圍較窄，為鐵液實現(xiàn)“低溫”澆注創(chuàng)造了條件；而且有利于消除鑄件的氣孔、縮孔缺陷。

其次，要考慮合金元素的作用，鉻、銅元素在共晶轉(zhuǎn)變中，鉻阻礙石墨化，促成碳化物、促進白口；而銅則有促進石墨化作用，減少斷面白口。兩元素相互作用在一定程度上得到中和，避免在共晶轉(zhuǎn)變中產(chǎn)生滲碳體而導(dǎo)致鑄件薄壁處形成白口或硬度提高；而在共析轉(zhuǎn)變中，鉻和銅都可以起到穩(wěn)定和細化珠光體的復(fù)合作用，但各自的作用又不盡相同。以恰當(dāng)比例配合，能更好地發(fā)揮兩者各自的作用。在含wCr＝0.2%灰鑄鐵中加入wCu＜2.0%，銅不僅促進珠光體轉(zhuǎn)變，提高并穩(wěn)定珠光體量和細化珠光體，促進A型石墨產(chǎn)生和均化石墨形態(tài)，還能提高wCr＞0.2%灰鑄鐵的流動性，這尤其對薄壁殼體類鑄件有利。復(fù)合加入鉻、銅可使鑄件致密性進一步提高，因此對于要求抗?jié)B漏的鑄件，加入適量的鉻、銅、有利于改善材質(zhì)本身的致密性，提高其抗?jié)B漏能力。

珠光體是高強度灰鑄鐵生產(chǎn)中希望獲得的組織，因為只有以珠光體為基體的鑄鐵強度高、耐磨性好。錫能有效增加基體組織中珠光體含量，并促進和穩(wěn)定珠光體形成，我們生產(chǎn)實踐中控制wSn＝0.07%～0.09%。

2. 嚴把原輔料質(zhì)量關(guān)

入廠原輔材料需進行取樣分析，做到心中有數(shù)，不合格的原輔材料絕不投入使用。要保證高質(zhì)量的原鐵液，必須選用高碳、低磷、低硫、低干擾（生鐵供應(yīng)商要有微量元素分析報告單）元素的生鐵；選用純凈的中碳鋼，對其所含成分Cr、Mo、Sn、V、Ti、Ni、Cu等微量元素以化驗結(jié)果決定取舍，對能穩(wěn)定珠光體的廢鋼成分優(yōu)先選用。生鐵和廢鋼必須經(jīng)過除銹處理后方允許使用，附著油污的要經(jīng)250℃烘烤。

對鐵合金、孕育劑同樣采用定點采購，力求成分穩(wěn)定，塊度（粒度）合格，分類堆放，避免受潮。這樣的要求避免了鑄鐵爐料“遺傳性”帶來的缺陷。

使用前的準(zhǔn)確計量是熔煉合格鐵液的質(zhì)量保證。特別指出，對于感應(yīng)電爐熔煉、嚴禁爐料中混有密封器皿和易爆物。

（1）堅持把理論配料（配料計算）和實踐經(jīng)驗相結(jié)合。無論采取試算法還是圖解法，理論上計算的配料數(shù)據(jù)，不能確定為最終配比，還要掌握中頻爐熔化過程中元素的變化規(guī)律。如果爐襯屬酸性材料，鐵液溫度＞1500℃，在Si的加入量上只能取下限，而碳必須取上限。

（2）掌握各種入爐金屬材料的化學(xué)成分和各元素?zé)龘p與還原規(guī)律。對回爐鐵（澆冒口、報廢鑄件）的分類堆放、編號記載，提出成分明確的嚴格要求。爐內(nèi)還原的元素在配料時減去，爐內(nèi)燒損的元素配料時補上。

（3）合金元素以一次性配入為原則，除Si以外其他配料時取中限，合金（Mo、Cr、Cu、Sn等）可在熔清扒渣后加入，在酸性爐中燒損極少。C、Si在扒渣及孕育時還可以補充。就感應(yīng)爐熔煉而言，遵循先增碳后加硅的原則。

（4）對P、S含量的控制，P、S量主要來源于新生鐵，可以通過選擇爐料將P、S量控制在要求范圍內(nèi)，所以必須要使新生鐵的wP＜0.06%，wS＜0.04%，這樣在配料計算時P、S量就可以不予考慮（因鑄件的技術(shù)要求：wP≤0.06%，wS≤0.04%）。

（5）凡入爐的所有金屬材料均嚴格按照要求準(zhǔn)確計量。

3. 中頻電爐熔煉的控制

要根據(jù)中頻電爐的冶金特性編制合理的熔煉工藝，從裝料、溫度控制，在各不同溫度下加入合金、增碳劑、造渣劑，以及出鐵溫度各個環(huán)節(jié)嚴格控制，力求用最短的熔煉時間、最小的合金燒損與氧化，達到控制和穩(wěn)定金相組織，提高鑄件質(zhì)量的目的。

在生產(chǎn)實踐中，我們將整個熔煉全過程分為三期溫度進行控制。這里所謂的三期溫度是指熔清溫度、扒渣溫度和出鐵溫度。

熔清溫度：即取樣溫度以前的熔化期，決定著合金元素的吸收與化學(xué)成分的平衡，因此要避免高溫熔化加料，避免搭棚“結(jié)殼”。否則鐵液處于沸騰或高溫狀態(tài)，碳元素?zé)龘p加劇，硅元素不斷在還原，鐵液氧化加劇，雜質(zhì)增加，按工藝要求熔化溫度控制在1365℃以下，取樣溫度控制在（1420±10）℃。取樣溫度低時存在鐵合金未熔化完，取的試樣化學(xué)成分勢必?zé)o代表性。取樣溫度過高時，合金燒損或還原，還會影響到精煉期的成分調(diào)整。取樣后應(yīng)控制中頻爐功率。在爐前分析儀對化學(xué)成分顯示出結(jié)果后恰好進入到扒渣溫度。

扒渣溫度：扒渣溫度是決定鐵液質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，因為它與成分穩(wěn)定、孕育處理的效果密切相關(guān)，并直接影響到出鐵溫度的控制。扒渣溫度過高會加劇鐵液石墨晶核燒損和硅的還原，特別對酸性爐襯，理論上鐵液含硅偏高后將產(chǎn)生排碳作用，影響按溫度系結(jié)晶，存在著產(chǎn)生反白口的傾向；若溫度過低，鐵液長時間被裸露，碳、硅燒損嚴重。再次調(diào)整成分時，不僅延長熔煉時間使鐵液過熱，而且易使成分失控，增大鐵液的過冷度，使正常結(jié)晶受到破壞。

出鐵溫度：為保證澆注和孕育的最佳溫度，一般控制在1520～1550℃。出鐵溫度高或低都會對鑄鐵的結(jié)晶和孕育效果帶來影響。如果溫度過高（超過工藝規(guī)定溫度30℃以上），盡管爐前快速分析C、Si也適中，但試澆三角試塊白口深度會過大或中心部位顯現(xiàn)麻口。出現(xiàn)此種情況即使采取措施向爐內(nèi)補加碳增大孕育量，筆者的實踐經(jīng)驗是效果欠佳，且需在調(diào)低中頻功率后，進行爐內(nèi)降溫處理，即向爐內(nèi)加入鐵液總量10%～15%經(jīng)過烘烤的新生鐵，這樣試塊斷口心部麻口就轉(zhuǎn)為灰口，頂尖的白口深度變小。若持續(xù)高溫時間較長，采取如上方法后，仍需履行爐內(nèi)補碳措施。出鐵溫度按澆注溫度控制，殼體類鑄鐵件合適的澆注溫度為（1440±20）℃，能夠?qū)崿F(xiàn)“高溫出鐵，適溫澆注”，嚴格掌握和控制住當(dāng)然最好。因為出鐵溫度低將導(dǎo)致澆注溫度低于1380℃，既不利于脫硫、除氣，還特別影響孕育處理效果。隨著溫度的降低，冷隔、輪廓不清晰等問題明顯增加。

4. 鐵液的孕育處理

對生產(chǎn)變速器殼體用HT250進行孕育處理，賴以提高材質(zhì)的耐磨性，使鑄件的組織和性能得以明顯改善，顯著提高各斷面上的硬度值，而且要在穩(wěn)定厚斷面上的珠光體量方面有相同作用，還可改善其壁厚的敏感性和鑄件在機械加工時良好的可加工性，尤其是對防止殼體鑄件的疏松、滲漏有特殊作用。

孕育劑的加入量依生產(chǎn)殼體鑄件的壁厚、化學(xué)成分和澆注溫度等因素確定，以壁厚處不出現(xiàn)疏松、滲漏，壁薄處不出現(xiàn)硬區(qū)為原則。生產(chǎn)實踐表明，Sr、Ba、Ca、Si-Fe孕育劑是提高灰鑄鐵強度最為理想的孕育劑，此種孕育劑發(fā)揮鋇（Ba）的抗衰退能力及提高A型石墨占有率，鍶（Sr）的特強消除白口能力，鈣（Ca）和硅（Si）所起的輔助孕育和滲透作用。這種組合的孕育劑，是生產(chǎn)高強度鑄鐵孕育處理中較為理想的選擇。

孕育次數(shù)與孕育效果的關(guān)系，隨孕育次數(shù)增加，鑄鐵內(nèi)部石墨分布均勻程度改善，A型石墨占有率和石墨長度區(qū)別較大，經(jīng)兩次以上孕育的A型石墨占有率高，分布均勻，長度適中。更重要的是多次孕育促使非自發(fā)晶核數(shù)量增多，強化了基體，從而提高并穩(wěn)定了鑄鐵的強度。

經(jīng)隨流復(fù)合孕育處理，并以漏斗式孕育包用鋇硅鐵+75硅鐵孕育后，避免鐵液隨流孕育滯后于澆注是控制孕育效果的關(guān)鍵。孕育處理后的鐵液應(yīng)在限定時間內(nèi)澆注完畢，一般不超過8min，包內(nèi)二次孕育3～5mi n孕育效果最佳。硅鋇孕育劑可消除HT250的白口，改善其石墨形狀、分布，消除E、D型過冷石墨。因為E型石墨和鐵素體組織，將使材質(zhì)致密性降低，嚴重惡化抗?jié)B漏性能。

5. 實際生產(chǎn)的效果

鑄件上最薄處無白口產(chǎn)生，其抗拉強度均達到HT250以上，試棒硬度達到190～230HBW，殼體本體解剖，硬度在190HBW左右，鑄件的品質(zhì)系數(shù)顯著提高，金相組織達到國外樣機殼體鑄造水平，珠光體為85%～90%，滿足了變速器殼體的強度要求，其力學(xué)性能達到國外同類機型變速器殼體的材質(zhì)水平。