２０１７年第２期 ２０１７年 ４月 ・铸造设备与工艺 ＦＯＵＮＤＲＹ ＥＯＵＩＰＭＥＮＴ ＡＮＤ ｒＩＥＣＨＮＯＬＯＧＹ 应用研究・ ｄｏｉ：１０．１６６６６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ１００４－６１７８．２０１７．０２．０１２ 硅钼球墨铸铁材料的研发 韩军，尤国庆 （共享装备股份有限公司，宁夏银川 ７５００２１） 摘 要：对铁素体基体硅钼球墨铸铁进行试验研究，通过大量的试验，得出了最佳的化学成分、熔炼过程工 艺参数等，获得了球化率在９０％ｒＸ＿Ｅ、抗拉强度４６０ ＭＰａｒＸ－Ｌ、屈服强度３５０ ＭＰａ￣Ｘ＿ｋ、延伸率１０％以上的高性能 硅钼球墨铸铁。 关键词：硅钼球墨铸铁；高性能；成分；熔炼 中图分类号：ＴＧ２５５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４—６６９４（２０１７）０２—００３７—０２ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ Ｄｕｃｔｉｌｅ Ｉｒｏｎ ＨＡＮＪｕｎ，ＹＯＵ Ｇｕｏ—ｑｉｎｇ （ＫｏｃｅｌＭａｎｕｆａｃｔｕｒｅ Ｌｉｍｉｔｅｄ，ＹｌＮｃｈｕａｎＮｉｎｇｘｉａ ７５００２１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｄ ｔｈｅ ｆｅｒｒｉｔｅ ｍａｔｒｉｘ ｓｉｌｉｃｏｎ ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ ｄｕｃｔｉｌｅ ｉｒｏｎ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ａ ｌｏｔ ｏｆ ｔｅｓｔｓ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．ｓｕｃｈ ａｓ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｍｅｌｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ．ｈｅ ｈｉＴｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ ｄｕｃｔｉｌｅ ｉｒｏｎ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｏｂｔａｉｎｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｔｈｅ ｎｏｄｕｌａｒｉｔｙ ａｂｏｖｅ ９０％，ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ＞４６０ ＭＰａ，ｙｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ＞３５０ ＭＰａ，ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ＞１０％． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｉｌｉｃｏｎ ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ ｄｕｃｔｉｌｅ ｉｒｏｎ，ｈｉｇｈ ｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｍｅｌｔｉｎｇ 硅钼球墨铸铁铸件作为耐高温部件的应用越 来越广泛，这主要源于硅钼球墨铸铁具有很高的高 温强度、热疲劳性、优异的氧化性、生长性及良好的 抗蠕变性能。 还可以细化石墨、提高石墨球的圆整度；也起到孕 育作用，改变铁液中珠光体和铁素体的比例；同时 硅可以通过固溶强化，提高铸件强度。本试验铁液 中，ｃ，ｓｉ质量分数分别为３．３％一３．５％，３．４％～３．６％． 硅含量与此材料的机械性能相匹配，碳含量保 证了铁水的流动性及铸造性能、组织微观性能。 ２）锰：锰在球铁中是扩大 相区，降低共析转 变温度的元素，在奥氏体转变过程中，稳定并延长 奥氏体的孕育期，延迟奥氏体转变，阻碍渗碳体和 珠光体的分解圈。锰是偏析元素，在共晶凝固过程时 造成正偏析并富集于共晶团边界处，形成白口组织 本文通过合理的成分控制及过程工艺控制，使 得硅钼球墨铸铁材料的机械性能达到了预期的要 求：Ｒｍ￣＞４６０ ＭＰａ、Ｒｎ２≥３５０ ＭＰａ、Ａ≥１０％．本文所研 发的材料浇注的铸件各项性能指标均符合所装配 产品的使用要求，运行情况良好。 １化学成分的选择 １）碳和硅：球铁中碳含量通过对基体中石墨数 量、球径大小及圆整度等因素来影响材料的力学性 能，碳含量的增加会导致石墨数量增多或石墨尺寸 变大，石墨数量增多会导致基体抵抗外力的有效面 或网状碳化物，使基体性能下降，对组织均匀性也 有一定的影响，本试验中锰控制在０．３％以下。此材 料主要是铁素体基体，锰含量超过０．３％会促进珠光 体的生成及造成微观偏析。 积减少，力学性能会有所下降，但是在铁液凝固时 共晶膨胀量增大，提高铸件致密度及减小缩松倾 ３）硫：硫与球化元素有很强的化合能力，产生 硫化物或硫氢化物，不仅消耗球化剂，造成球化不 向，石墨尺寸变大会导致石墨漂浮等铸造缺陷，所 以选用合适的碳含量是必要的Ｉｌ＿。硅能降低球化剂 在球化处理中形成白口的倾向和结晶过冷的倾向， 收稿日期：２０１６—１２—０２ 稳定，而且还使夹渣物数量增多，导致铸件产生夹 渣缺陷，此外，还会使球化衰退速度加快。因此，为 了获得圆整的石墨球，原铁液硫质量分数应控制在 ０．０２５％以下 ，若炉前硫含量偏高，则应使用脱硫剂 进行脱硫处理。 作者简介：韩军（１９８４一），男，宁夏惠农人，硕士研究生，现主要从事 铸铁熔炼技术的研究工作。 ４）钼：钼是缩小＾ｙ区元素，延缓奥氏体的转变， ３７・ ・铸造设备与工艺 ２０１７年第２期 钼对石墨形态没有影响，加钼可以细化基体中的共 品同，提高基体的强度但降低冲击韧性．钼在共晶转 变时呈正偏析，凝同时比锰更容易产生共晶碳化 物，是强烈促进形成碳化物元素，钼溶入铁素体形 成稳定的特殊碳化物，强化基体，同时会稳定和细 化珠光体 Ｉ。本试验钼质量分数在０．４％～０．６％．高于 法为随流孕育． ３单铸试块铸态检验 浇注Ｕ７０单铸试块．ＤＨ－Ｅ后进行金相和理化性 能分析。从图１中可知，试块的铁素体达９５％以上，球 化率达９０％以上。表１为部分机械性能检测结果。 ０．６％会形成碳化物，恶化基体组织，影响材料的力 学性能，低于０．４％起不到一定的作用。 ５）稀土元素（ＲＥ）：由于原材料不纯净，含有许 多的反球化元素，例如ｓｈ、Ｂｉ、Ｐｂ等微量元素。加入 一定的稀土球化剂，可以中和这些反球化元素并能 典型的金相组织照片 与之形成化合物，形成石墨的异质核心。稀土含量 过高会形成絮状石墨，造成球化不良，铸件的性能 下降Ｉ Ｉ。本试验ｃｅ质量分数一般在０．００４％以下，高于 此值会产生絮状石墨，同时根据材料金相组织，调 整Ｃｅ含量，组织中有异常石墨，Ｃｅ含量增加，有絮状 石畏．Ｃｅ含量减小。 １ ２ ３ 表１ Ｕ７０单铸试块机械性能检测结果 序号 抗拉强度 屈服强度 延伸率 硬度 球化率 Ｒｍ，ＭＰａ 尺ｎ ＭＰａ ５１８ ５ｌ７ ５ｌ６ ３７８ ３５６ ３７６ 金相组织 Ａｔ ｏ『ｆ １７ １７ ５ ｌ８ （ＨＢ） ，％ ２Ｏ３ ２０２ １９０ ９０ ９２ ９９ ９５％Ｆ＋（Ｐ＋Ｆｅ Ｃ） ９５％Ｆ＋（Ｐ＋Ｆｅ 【：） ９５％Ｆ＋（Ｐ＋Ｆｅ （：） ２设备及熔炼工艺的选择 ４铸件实体验证 南于硅含量过高及钼元素的加入，会在一定程 利用上述方法生产了硅钼球墨铸铁材料的涡 轮机部件，铸件重量约２０ ｔ，最大壁厚３５２ ｎｌｍ，最小 壁厚３８ ｍｍ，铸件本体相关壁厚连接Ｕ７０试块，表２是 Ｕ７０附铸试块的性能测试结果。铸件本体缩松情况 较普通球墨铸铁件轻。 表２ Ｕ７０附铸试块的性能测试结果 序号 抗拉强度 屈服强度 延伸牢 硬度 球化率 ＩＴ／ＭＰａ ＲｎｄｎＰａ Ａ／％ （ＨＢ） ／％ １ ２ ４８４ ４８５ ３７３ ３７７ １Ｏ ｌＯ．４ ｌ６９ Ｉ８７ ９０ ９０ ９５％Ｆ＋（Ｐ＋Ｆｅ （：） ９５％Ｆ＋（Ｐ＋Ｆｅ：（ ） 度上恶化金相组织，硅钼球铁与传统铁素体材料相 比，有如下特点： 为保证良好的铁水纯净度，对原材料纯净度要求 较高；为保证球化处理效果，过程控制要稳定；此材料 的缩松倾向较大，需要有良好的铸造Ｔ艺相匹配。 ２．１ 生产设备和炉料 金相组织 生产设备采用中频电炉熔炼；炉料选用ＱＩＯ生 铁，废钢选用合金元素含量较低的碳钢，回炉料选 Ｈｊ普通牌号的球墨铸铁。 ２．２熔炼工艺 ５结论 加料顺序按废钢一机铁一生铁的顺序加入，保证 材料质量稳定；熔化温度小于１ ３８０ ｏＣ；熔化完成后 取样检测，取样温度控制１ ４２０ ～１ ４４０ 之问；过 热温度保证在ｌ ４７０ ～１ ４９０ 之间。 ２．３ 变质处理 １）通过合理的成分控制及过程Ｔ＿艺控制，使得 硅钼球墨铸铁材料的机械性能达到了预期的要求： Ｒｍ＞￣４６０ ＭＰａ、Ｒｎ２≥３５０ ＭＰａ、Ａ≥１０％． ２）通过实体产品验证，材料性能符合铸件产品 的使用要求。 参考文献： ［１］洪新旺，邹卫．中硅钼球器铸铁的试验研究［Ｊ］．金属加Ｔ。 ２０１ １．３Ｏ（３）：２９９—３００． 熔化完成后进行炉前铁水过冷度检测，对于过 冷度高于６ ｃｃ的铁水进行炉内预处理，加入质量分 数０．１％～０．２％的生铁调整过冷度。球化剂的加入量 主要与原铁水中的硫含量以及铁水温度有关，在此 选用质量分数分别为０．９％～１．２％的ＦｅＳｉＭｇ合金及 ０．１％～０．２％的重稀土。第一，将球化剂预埋人浇包之 ［２］吴德海球墨铸铁［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，１９７９：５０—５５． ［３］周建祥，吴正喜等．铸态厚大断面ＱＴ７ｏ（）一３铸件的生产实践［Ｊ］ 现代铸铁，２０１２（１）：２８—２９． ［４ｊ邓凯．一５０℃低温冲击球器铸铁的研究［Ｊ］．金属加］ ，２０１Ｉ（１７） ７２－７４． 内，采用冲人法进行球化处理，保证球化反应质量； 第二，控制合适的ｍ铁温度，尽量避免球化过程中的 氧化和烧损；第ｌ二，选用ＢａＳｉ孕育剂进行孕育，孕育方 －［５］郝石坚 现代铸铁学［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２００４：２８５—２９８ ３８・
