柯志敏，何良榮，陳永成（中天創(chuàng)展球鐵有限公司，廣東順德 528313）

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鑭系球化劑在球墨鑄鐵件生產(chǎn)中的應(yīng)用

柯志敏，何良榮，陳永成
（中天創(chuàng)展球鐵有限公司，廣東順德 528313）

摘要：介紹鑭系球化劑在使用安全要求較高的球墨鑄鐵件生產(chǎn)中的應(yīng)用。生產(chǎn)實踐表明：使用鑭系球化劑球化處理后，不僅可以提高球墨鑄鐵件內(nèi)在質(zhì)量，如提高球化率，增加石墨球數(shù)，消除碎塊狀石墨，減少縮松傾向等，而且可以降低生產(chǎn)成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：鑭；球化劑；球墨鑄鐵件；球化率；縮松

隨著球墨鑄鐵技術(shù)的發(fā)展，其性能的不斷提高，優(yōu)質(zhì)廉價的球墨鑄鐵已在注塑機(jī)械、工程機(jī)械等領(lǐng)域得到充分應(yīng)用。同時隨著對機(jī)器安全事故的更加關(guān)注，如對注塑機(jī)傳動部件—調(diào)模螺母；電梯部件—曳引輪；柴油打樁機(jī)下汽缸等涉及使用安全的球墨鑄鐵件來說，鑄件內(nèi)在質(zhì)量（包括缺陷、金相組織和力學(xué)性能）的要求和驗收更加嚴(yán)格，給生產(chǎn)帶來一定的難度。

1　鑭系球化劑簡述

目前常用的輕稀土球化劑（鎂硅鐵合金）含有混合稀土元素，這種混合稀土中包含有約65%的鈰（Ce）和35%的鑭（La）。使用輕稀土球化劑處理時，常出現(xiàn)團(tuán)狀及團(tuán)片狀石墨，尤其在厚壁球墨鑄鐵件及熱節(jié)部位易產(chǎn)生石墨畸變和縮松缺陷等。近年來由于球化劑制造技術(shù)的發(fā)展，鑭系球化劑得到推廣運用，它是含有一定量的鎂、鑭、鈣和鋁的硅鐵基合金。由于鑭元素與硫、氧化物的親和力更強(qiáng)，因而減少鎂的燒損和反應(yīng)，有利于球化處理穩(wěn)定，同時鑭的沸點較鈰高，在1 450 ℃左右的處理溫度下，翻騰作用較弱。因此鑭系球化劑適用于壁厚250 mm以內(nèi)球墨鑄鐵件的生產(chǎn)，它不僅可以消除產(chǎn)生石墨畸變、石墨漂浮和減少開花石墨聚集的傾向，而且可以增加石墨球數(shù)、提高球化率和減少縮松傾向，提供優(yōu)質(zhì)的球墨鑄鐵鐵液。

2　生產(chǎn)試驗條件

采用5 t中頻熔煉爐，不同比例的生鐵+優(yōu)質(zhì)打包廢鋼+增碳劑合成球鐵的熔煉工藝。熔煉升溫至1 420 ℃取樣，使用爐前鐵液分析儀分析原鐵液碳硅并調(diào)整符合要求后，繼續(xù)升溫至1 450 ℃＋10 ℃出水球化孕育處理。采用堤壩式?jīng)_入法球化處理，球化劑為鑭系球化劑A1型（主要成分：w(Mg)=5.85%，w(Si)=45.54%，w(La)=0.55%）。

試樣在WA-600KD型電液式萬能試驗機(jī)上測試力學(xué)性能; 采用便攜式顯微鏡檢查金相組織;采用光譜分析儀檢測終鐵液化學(xué)成分；采用TH110里氏硬度計測量鑄件本體硬度。

3　鑭系球化劑在球墨鑄鐵件生產(chǎn)中的應(yīng)用實例

3.1調(diào)模螺母鑄件

調(diào)模螺母是注塑機(jī)重要的傳動部件，該件集傳動、潤滑、配合于一體（毛坯見圖1）,其內(nèi)外表面均不允許有任何縮松或夾渣類缺陷存在。其材質(zhì)為QT500-7，主要尺寸約為φ560/φ250 mm×440 mm，最大壁厚約210 mm，鑄件質(zhì)量為445 kg。

3.1.1主要鑄造工藝參數(shù)的確定

采用樹脂砂造型，放置陶瓷過濾器底注式澆注系統(tǒng)，鑄造縮尺全部1.0%,鑄件加工余量為下表面、側(cè)面6 mm，上表面10 mm，且在上表面均布φ120 mm×100 mm的冷鐵，放置2個φ100 mm的壓邊冒口。

圖1　調(diào)模螺母毛坯圖

3.1.2熔煉工藝

采用10%Q10生鐵+優(yōu)質(zhì)打包廢鋼+增碳劑合成球鐵的熔煉工藝，使原鐵液符合w(C)：3.65%～3.75%，w(Si)：1.65%～1.75%，使用A1型球化劑，加入量為1.0%；孕育劑為高鋇鈣孕育劑，加入量為0.70%和適量電解銅。

3.1.3生產(chǎn)結(jié)果

調(diào)模螺母化學(xué)成分如表1所示。調(diào)模螺母本體金相組織：球化率為95%，石墨大小為6級，石墨球數(shù)為100個/mm2，珠光體數(shù)量為75%，如圖2、3所示；經(jīng)客戶加工后未發(fā)現(xiàn)縮松缺陷，廢品率由原來的10%降低到4.5%。

表1　原鐵液和調(diào)模螺母化學(xué)成分　w（%）

圖2　本體球化率

圖3　本體珠光體數(shù)量

3.2曳引輪

曳引輪（零件如圖4所示）作為電梯的重要零件，主要尺寸約為φ412/φ275 mm×95 mm,,主要壁厚28 mm，鑄件質(zhì)量32 kg；材質(zhì)為QT700-2，采用單鑄試塊驗收，必須符合GB/T1348-2009《球墨鑄鐵件》 中規(guī)定的抗拉強(qiáng)度Rm≥700 MPa，伸長率A≥2%，鑄件本體硬度：230～280 HBW,且整件硬度差不大于15 HBW。

圖4　曳引輪零件圖

圖5　鑄造工藝示意圖

3.2.1鑄造工藝和熔煉工藝的確定

為保證鑄件硬度的均勻性，采用鐵模覆砂的鑄造工藝，如圖5所示。采用20%Q10生鐵+優(yōu)質(zhì)打包廢鋼+增碳劑合成球鐵的熔煉，加入1.0%的A1型球化劑進(jìn)行球化處理，并使終鐵液主要化學(xué)成分達(dá)到：w(Si)：2.00%～2.30%，w(Mn)：0.40%～0.50%，w(RE殘)≤0.010%,w(Mg殘):0.040%～0.050%,Cr、Cu適量。

3.2.2生產(chǎn)結(jié)果

經(jīng)對同爐次單鑄試塊的測試，抗拉強(qiáng)度Rm=804 MPa,伸長率A=4.8%，球化率為95%，石墨大小為6級，石墨球數(shù)為125個/mm2，珠光體數(shù)量為95%（如圖6、7所示）；鑄件本體硬度（HBW）：上端面為255、261、253，下端面為248、255、252，最大相差9 HBW，各項指標(biāo)均達(dá)到客戶的要求。

圖6　試塊球化率

圖7　試塊珠光體數(shù)量

3.3下汽缸鑄件

下汽缸（圖8所示）是柴油打樁機(jī)的關(guān)鍵部件之一，其性能好壞直接影響柴油打樁機(jī)的壽命。下汽缸工作時與材質(zhì)為QT600-3的上活塞縱向產(chǎn)生巨大摩擦力，同時要承受柴油燃燒時高溫高壓的作用；因此要求下汽缸具有較高的剛性和疲勞強(qiáng)度以及良好的耐磨性能。主要壁厚為81 mm，最大壁厚為164 mm；材質(zhì)為QT500-7，客戶要求附鑄試塊抗拉強(qiáng)度Rm≥500 MPa，伸長率A≥5%，鑄件本體硬度180～230 HBW,且鑄件本體球化率≥80%，不可存在異常石墨。

3.3.1存在問題

改進(jìn)前，球化處理時使用輕稀土球化劑（主要成分：w(Mg)=6.82%，w(Si)=42.87%，w(RE)=2.03%），加入量為1.40%?？蛻舸旨庸ず髾z查本體金相（壁厚為154 mm），球化率為80%，石墨大小為4級（圖9所示），石墨球數(shù)為小于25個/mm2，且發(fā)現(xiàn)1/3視場存在碎塊狀石墨（圖10所示）；經(jīng)理化分析，w(RE殘)=0.022%，w(Mg殘)=0.044%。

圖8　下汽缸鑄件圖

圖9　本體石墨形態(tài)（改進(jìn)前）

圖10　本體石墨形態(tài)（改進(jìn)前）

圖11　本體石墨形態(tài)（改進(jìn)后）

3.3.2工藝改進(jìn)及結(jié)果

在同樣鑄造工藝和熔煉工藝下，球化處理時使用A1型球化劑，加入量為1.1%。附鑄試塊檢查結(jié)果：抗拉強(qiáng)度Rm=581 MPa,伸長率A=10.2%；鑄件粗加工后檢查本體（壁厚為154 mm），球化率為85%（圖11所示），石墨大小為5級，石墨球數(shù)為75個/mm2，本體硬度為198 HB；經(jīng)理化分析：w(La)=0.0043%，w(Mg殘)=0.046%；上述各項技術(shù)指標(biāo)符合客戶要求。

4　經(jīng)濟(jì)效益

使用鑭系球化劑不僅可以改善鑄件的內(nèi)在質(zhì)量，減少縮松傾向，而且由于其加入量少可以降低生產(chǎn)成本，表2是使用不同類型球化劑的成本比較。由此可知，使用鑭系球化劑后，同比使用輕稀土球化劑，每噸鐵液成本降低19.4元；同比使用重稀土球化劑，每噸鐵液成本降低43.6元；所取得的年經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。

表2　使用不同類型球化劑的成本

5　結(jié)束語

（1）球墨鑄鐵生產(chǎn)使用鑭系球化劑球化處理能提高球化率，增加石墨球數(shù)量，消除碎塊狀石墨及減少縮松傾向；對于高強(qiáng)度高硬度的球墨鑄鐵件，如曳引輪，在鑄態(tài)條件下各項性能指標(biāo)比較穩(wěn)定，同時省去正火+回火的熱處理環(huán)節(jié)，實現(xiàn)節(jié)能降耗。

（2）由于鑭系球化劑的加入量相對輕稀土球化劑或重稀土球化劑的少，且球化處理穩(wěn)定，從而降低球墨鑄鐵件的生產(chǎn)成本，所取得的年經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。

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Application of La based FSM in ductile iron

KE ZhiMin, HE LiangRong, CHEN YongCheng
(Zhongtian Chuangzhan Ductile iron Co.,LTD., Shunde 528313，Guangdong，China)

Abstract:This paper mainly introduced the application of La based FSM (nodulizer) in safety-critical components ductile iron castings. The production practice proved: through using La based FSM(nodulizer), it can improve the inner quality of the castings, such as high the nodularity, increase the nodule counts, removing the chunky graphite, reduce the tendency of shrinkage, and reduce the production cost, it have obvious economic benefit.

Keywords:La; nodulizer; ductile iron casting; nodularity; shrinkage

作者簡介：柯志敏(1980—),男,工程師,現(xiàn)從事公司技術(shù)管理方面的工作.

收稿日期:2015- 08- 12

DOI：10.3969/j.issn.1 006-9 658.2016.01 .006

中圖分類號：TG255；

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A；

文章編號:1 006- 9658（2016）01 -001 6- 03

稿件編號:1508- 1035