如何用铁型覆砂工艺生产铸态QT450-10高韧性球墨铸铁

1 前言

铁型覆砂工艺生产的铸件因外观光洁、内部致密、尺寸精确逐步受到欢迎，逐渐成为众多轮毂厂家的选择，主要材质为QT450-10，全部采用这种工艺，但在生产过程中经常出现强度高、延伸率低、稳定性差的问题，本文与实际生产现场结合，通过对工艺的优化和调整使铸件本体延伸率稳定达到12%以上、综合成品率由94.53%提升至97%，成功解决了生产过程中的难题。

2 化学成分与原材料

公司汽配产品已批量生产多年，熔炼设备采用1吨中频电炉，外购生铁和废钢，原材料配比基本固定，原铁水化学成分如表1：

表1    原铁水化学成分

炉次	C	Si	Mn	P	S
1	3.82	1.26	0.34	0.029	0.026
2	3.84	1.37	0.31	0.035	0.031
3	3.84	1.27	0.33	0.032	0.025
4	3.83	1.33	0.31	0.033	0.02
5	3.83	1.4	0.41	0.040	0.03
6	3.85	1.35	0.35	0.035	0.024
7	3.79	1.4	0.3	0.033	0.024
8	3.85	1.37	0.33	0.037	0.027
9	3.84	1.37	0.40	0.036	0.026
10	3.80	1.22	0.37	0.042	0.032

从表1可以看出：生产过程中原铁水Mn、S含量波动较大，部分炉次Mn、S含量较高，在铸态高韧性QT450-10中，锰能阻碍共析转变的石墨化，增加、稳定和细化珠光体，部分锰也可以固溶入铁素体中，提高强度并降低韧性，增加结晶过程的过冷倾，对韧性影响很大，因此锰含量应越低越好。硫含量过高易形成较多硫化物杂质，特别在球化剂加入量不变时，硫高必然消耗较多的球化剂，会造成球化元素残留量少而导致球化不良或球化衰退的现象，严重降低球化稳定性和球铁的力学性能。

由于中频电炉冶金能力差且没有净化效果，原材料质量好坏是原铁水成分和生产过程稳定的关键，通过对原铁水成分的分析，经过查找发现一家供应商生铁中Si、S含量波动较大，部分批次废钢中Mn含量较高，为了稳定化学成分和有效的控制促进白口和反球化元素，尽量降低原铁水中的Mn、S含量，采取了如下方法：

⑴  选用定点供应的生铁、废钢，并严格控制其质量。

⑵  控制原铁水中Mn＜0.3%，Ｓ含量在0.025%左右；增加了对Cr、Ti等微量元素的控制。

3 球化处理

采用冲入法球化工艺，球化包容量1.2-1.5T、高径比1.2:1，球化剂加入量为铁液重量的 1.2～1.5%，球化剂放在浇包铁水冲入方对侧的堤坝内，之后再上面均匀覆盖粒度5～25mm的75硅铁孕育剂，再覆盖同牌号烘干的干净球铁铁屑并适当紧实；球化处理时，先冲入浇包容量2/3的铁液，将剩余的 75 硅铁孕育剂投入包中，然后压包盖待球化反应完毕，补加铁液至满包，扒渣并覆盖一层珍珠岩集渣、保温。

实际生产过程中为了防止孕育衰退或出现碎块状石墨，增加并细化球状石墨，浇注时加入量为铁液量0.1～0.2%的随流孕育。

取浇注最后一件铸件本体试块，金相组织如图1、图2，本体理化性能如表2；球化级别3～4级，石墨大小 5 级左右，球化质量一般，对铸件强度和延伸率有不利影响，必须改善球化处理效果，提高石墨球圆整度和石墨球数量。

仔细观察球化过程各环节，发现包盖与包壁之间间隙过大，包盖不能完全覆盖包口和包嘴，球化处理过程大量铁水飞溅出去，镁和稀土大量烧损并散发到空气中，同时球化处理时间偏短。                         

              图1    

           图2

               图3  

               图4 

为了提高镁吸收率、改善球化质量：

⑴ 改善压包盖板的形状，使其能充分覆盖浇口四周和包嘴，降低球化过程浇包内铁水飞溅程度，减小镁在铁水翻腾过程中过度的烧损。

⑵ 明确现场操作工在向浇包内冲铁水和加球化剂、孕育剂和碎铁屑过程中作业规范，确保从球化反应开始到结束时间不小于60S。

工艺优化后，从批量生产的铸件中随机抽取浇注最后一件铸件本体试块，金相组织如图3、图4，理化性能如表2所示：

表2    工艺优化前后QT450-10球化处理

通过调整球化包盖板、压合金操作，合理了延长球化处理时间，减小了稀土镁加入量，提高了镁吸收率；石墨球圆整度更好，石墨数量更多，铸件延伸率大幅提高，同时也减少了球化不良和球化衰退的出现。

4  铸件冷却时间

一般砂型机械化自动线作业，铸件开箱由流水线节拍控制，开箱时间不会存在较大波动，较少考虑冷却速度对铸件延伸率的影响，但铁型覆砂工艺因铸件外面被一层5-7mm的覆砂层和厚厚的铸铁型包围，铁型对进入型腔的铁水有很强的激冷作用，直接导致基体中铁素体数量明显减少、珠光体含量升高，铸件强度升高、延伸率降低，对于铸态高韧性QT450-10球铁来说存在极大不利。

如表3、下图所示，浇注后不同冷却时间对QT450-10铸件本体珠光体含量的影响，同一包铁水浇注的形成的铸件，浇注后13分钟开箱的铸件基体中珠光体含量高达40-50%，延伸率只有4-8%；浇注后30分钟开箱铸件基体中珠光体含量不超过20%，延伸率达12%以上；因此确定适宜的冷却时间对铁型覆砂工艺铸态高韧性铸态QT450-10铸件生产尤为关键。

表3   开箱时间对QT450-10铸件本体珠光体含量的影响

         开箱时间30分钟 

                                          

         开箱时间13分

5   结束语

⑴ 适宜稳定的原材料和化学成分是生产高韧性球墨铸铁的关键，铁水成分异常波动、残存微量元素的变化会严重恶化石墨形态，削弱球墨铸铁性能。

⑵ 结合自身生产现状，通过对盖包法球化处理工艺的优化，提高了镁吸收率，减少了球化剂的加入量，有效细化石墨，增加了石墨球数量，减少球化不良和球化衰退的出现，系统的提升了产品质量和合格率。

⑶ 铁型覆砂工艺铸件开箱冷却时间对铸态高韧性QT450-10球墨铸铁性能有较大影响，决定了铸态高韧性球墨铸铁最终性能能否满足要求，必须引起足够重视，企业应该结合自身产品特点和生产实际通过验证来确定最佳的冷却时间。

文章来源铸造工业网