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２０１７
高硅固溶强化铁素体球墨铸铁的工艺研究
高博１，张涛２，杨霄峰２，陈园社２
（１．海军驻兴平地区军事代表室，陕西兴平 ７１３１００；２．陕西柴油机重工有限公司，陕西兴平 ７１３１００）摘要：针对ＥＮ１５６３：２０１２标准中提出的牌号为ＥＮ－ＧＪＳ－５００－１４和ＥＮ－ＧＪＳ－６００－１０的材料性能要求，本文从化学成分的选择、铁水球化及孕育处理等方面进行了工艺研究。通过多次的试验研究标明：本文所设计的工艺不仅满足ＥＮ１５６３：２０１２中机械性能和金相组织的要求，而且可有效提高回炉料的加入量，节约生产成本，为高效化生产提供一定依据。 关键词：固溶强化；球墨铸铁；工艺
中图分类号：ＴＧ２５５＋．１；文献标识码：Ａ；文章编号：１００６－９６５８（２０１７）０５－００１５－０３ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－９６５８．２０１７．０５．００５ 收稿日期：２０１７－０４－０１稿件编号：１７０４－１７２９作者简介：高博（１９８１—），工程师，主要从事舰船柴油机质量监督与
验收工作．
随着科技的进步，在工程应用中对球墨铸铁的性能有了更高的要求。在EN1563：2012中提出了EN-GJS-500-14，EN-GJS-600-10两种新材料牌号，材料力学性能见表1，在高抗拉强度的前提下，还必须保证高的屈服强度、高的延伸率，传统生产工艺难以完成。
表１ ＥＮ１５６３：２０１２规定力学性能
材料牌号
试样壁厚t /mm
R m /MPa
R p0.2/MPa
A /%
EN-GJS-500-14
t ≤30
氧化沟工艺流程图5004001430≤t ≤60
480
390
12
t ＜60由供、需双方协商规定EN-GJS-600-10
t ≤30
6004701030≤t ≤60
580
450
8
t ＜60由供、需双方协商规定
通过固溶强化作用来提高材料的抗拉强度、屈服强度、延伸率是目前最有效的一种工艺方法。
固溶强化是指通过融入某种溶质元素形成固溶体而使金属强化，融入固溶体中的溶质原子造成晶格的畸变，晶格畸变增大了位错运动的阻力，使滑移难以进行，从而使合金固溶体的强度增加 [1]。相对于传统球墨铸铁，可利用硅的固溶强化作用，
实现EN-GJS-500-14，EN-GJS-600-10的生产。本文将从化学成分的选择、铁液球化及孕育处理等方面进行工艺研究的阐述。 1 研究内容1.1 化学成分的选择
CE 值：碳当量对球墨铸铁的流动性和补缩性
影响性很大，合理碳当量的选择可以有利于浇注成形和补缩。在碳当量的质量分数为4.4%～4.6%时铁液的流动性最好，有利于浇注成形、补缩 [2]。我们将碳当量的控制在4.4%～4.5%。
碳：碳是构成石墨的元素，强烈促进石墨化。含碳量在一定程度上影响球化效果，是由于碳含量高，在球铁生产中促进镁吸收率提高。碳改善流动性，增加凝固时的体积膨胀，可有效进行补缩。但含碳量过高则引起石墨漂浮、产生开花状石墨，致使力学性能急速下降[3]。碳含量控制在3.0%～3.4%。
硅：硅是强烈促进石墨化元素。硅可提高球墨铸铁的抗拉强度、屈服强度和硬度，但当硅的质量分数超过5%以上时，抗拉强度和屈服强度急速下降，延伸率也下降[2]。因此将硅的含量控制在3.5%～4.4%。
锰：锰是强烈稳定奥氏体元素，延迟奥氏体转变并降低奥氏体向珠光体的转变温度，促进珠光体形成，易在共晶团边界形成碳化物。因为是靠硅的固溶强化来提高强度，因此将锰的含量控制在0.2%甲胺基苯丙酮
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以下。
磷：磷是随金属炉料进入球墨铸铁中的，磷不影响球化，却是有害元素，它可以溶解在铁液中，降低铁碳合金的共晶含碳量。磷易偏析产生磷共晶，分布在共晶团边界处，会急速恶化铸铁力学性能，磷越低越好。但由于受原材料的制约，故磷的含量控制在0.04%以下[4]。
硫：硫是反石墨化元素，属于有害杂质。硫与镁、稀土亲和力很强，易消耗铁液中的球化元素镁和稀土形成MgS 、ReS 渣，从而影响铸铁的球化效果[3]。因此将硫的质量分数控制在0.02%以下。
镁和稀土：镁是生产球墨铸铁的必须元素，其含量直接影响铸铁的球化效果。在稀土镁球墨铸铁中，镁起主要球化作用，稀土起辅助球化作用，并起到净化铁液、抗球化干扰元素的作用[3]。控
制范围如下：
w (Mg 残)：0.04%～0.06％，w (Re 残)：0.01%～0.02％。
根据以上分析及化学元素对球铁机械性能的影响，和生产高牌号球墨铸铁的成功经验，经过多次工艺试验，确定炉前铁液化学成分控制如下，如表2所示。
表２ 炉前铁液成分范围 ｗ％
元素
C
Si
Mn
P S EN-GJS-600-103.00～3.203.20～3.40＜0.20≤0.05≤0.02EN-GJS-500-143.20～3.402.60～3.00＜0.20
≤0.05
≤0.02
1.2 熔炼工艺
为了减少有害元素并符合工艺设计要求，所选用的原材料应较为纯净，因此采用低钛生铁和优质废钢、回炉料进行熔化。炉料按照生铁、回炉料、废钢的加入顺序，保证炉料的紧实以提高熔化效率。
改锥头1.2.1 炉料配比
由于采用高硅固溶球墨铸铁生产工艺，可提高回炉料的加入量以节约生产成本，炉料的配比按表3的
比例确定。
表３ 炉料配比
生铁/%废钢/%回炉料/%
50
10
40
1.2.2 球化处理
发光陀螺
球化剂选用SiMgRe 球化剂，其主要成分为w (
Si):44%~47%,w (Mg):5.5%~6.5%,w (Re):1.8%~2.4%，加入量为1.2%~1.4%，加入量主要与原铁液中S 含量有关。采用冲入法进行球化处理，将球化剂预先埋入浇包内，并覆盖一定量的球铁铁屑和球化钢板，确保出铁2/3以上时开始球化反应，避免球化反应过早造成球化不良。出炉温度控制在1 500 ℃以下，避免铁液温度过高对球化剂造成烧损。
1.2.3 孕育处理
孕育剂选用BaSi 孕育剂，其主要成分为
w (Si):70%~75%、w (Ba):2.0%~3.0%，加入量为0.8%。
采用随流孕育的方式进行加入，待铁液球化反应结束后，将孕育剂随剩余铁液一起加入铁液包内，并进行搅拌，保证孕育铁液均匀且充分。
2 试验结果及分析2.1 试验结果
按照以上工艺熔化铁液并进行球化、孕育，分别浇注Y25、Y50、Y75单铸试块，在砂型内经过自然冷却到100 ℃以下取出试块，在试样上按要求取出拉伸试样和金相试样进行检测。对EN-GJS-500-14和EN-GJS-600-10分别进行三次浇注，试验结果如表4、表5所示。
表４ ＥＮ－ＧＪＳ－５００－１４的试验数据
次数试样C/%
Si/%R m /MPa R p0.2/MPa A /%球化率/%铁素体/%1Y25 3.21
3.515434261
4.591%>95%Y50 3.13 3.5652341216.290%>95%Y75 3.22 3.5451039917.090%>95%2Y25 3.22
3.6655043416.393%>95%Y50 3.23 3.5652441218.291%>95%Y75 3.14 3.5851040418.592%>95%3
Y25 3.24
3.6254542218.192%>95%Y50 3.10 3.5853841117.990%>95%Y75 3.19
3.57
515
392
20.1
91%
>95%
自熟粉丝机
2.2 结果分析
从实验结果分析，硅质量分数控制在3.5%～4.4%时，在基体组织为铁素体的前提下，通过硅的固溶强化作用，强化基体抗边形能力，从而试样提高抗拉强度，并显著提高了延伸率。所设计的工艺可有效提高回炉料的加入量，节约生产成
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本，为高效化生产提供一定依据。通过实验数据来看达，球化率和机械性能均稳定，达到了EN 1563：2012标准要求，说明此工艺方案能够生产铁素体基体的EN-GJS-500-14和EN-GJS-600-10铸铁材料。
表５ ＥＮ－ＧＪＳ－５００－１４的试验数据
次数试样C/%Si/%R m /MPa R p0.2/MPa A /%
球化率/%铁素体/%1
Y253.084.2565054616.293%>95%Y503.114.3262453115.091%>95%Y753.064.2761150913.391%>95%2
Y253.034.3363853218.092%>95%Y503.064.3562051213.593%>95%Y753.044.3861850412.591%>95%3
Y252.974.4264252316.190%>95%Y503.004.3963651114.990%>95%Y753.094.43
615
510
12.5
91%
>95%
3 结语
（1）在碳当量4.4%～4.5%下，控制w (Si)
在3.5%～4.4%，采用SiMgRe 球化剂进行冲入法球化，BaSi 孕育剂进行随流孕育，可生产出满足EN 1563：2012标准要求的高硅固溶强化铁素体球墨铸铁。
（2）通过高硅固溶强化铁素体球墨铸铁的生产，可有效提高回炉料的加入量，节约生产成本。
参考文献
［１］ 杨万虎， 周文军， 张守全， 等． QT ５００－１４、
QT ６００－１０高硅球墨铸铁研究［J ］． 铸造， ２０１４，６３ （１２）：８３１－８３５． ［２］ 张伯明． 铸造手册 ［M ］． 北京： 机械工业出版社，２００２： ９６－１００．［３］ 李蒙． 铸态QT ６００－１０球铁的试制件［A ］．２００９ 中国铸造活动论
文集［C ］．沈阳：全国铸造学会，２００９．
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产实践 ［J ］．现代铸铁，２０１２，１：２８－３０．
Technology study of high silica solution strengthening of ferrite and nodular cast iron
GAO Bo 1，ZHANG Tao 2，YANG XiaoFeng 2，CHEN YuanShe 2
（1. Military Representative Office of the Navy stationed in Xingping ，Xingping 713100,Shaanxi,China ；
2. Shaanxi diesel engine Heavy Industry Co Ltd ，Xingping 713100,Shanxi,China ）
Abstract: According to the material property requirements of EN-GJS-500-14 and EN-GJS-600-10 b
ased on EN1563:2012, in this paper, the selection of chemical composition, spheroidization of molten iron and inoculation were studied. Marked by repeated experimental studies: the technology designed by this paper not only meets the requirements of mechanical properties and metallurgical structure in EN1563:2012, it can effectively improve the amount of scrap, saving the cost of production, to provide a basis for efficient production.
Keywords: Solution strengthening; Nodular cast iron; Technology
铸造行业10家企业入选工信部第一
批绿制造体系示范名单
根据《工业和信息化部办公厅关于开展绿制造体系建设的通知》（工信厅节函〔２０１６〕５８６号）、《关于请推荐第一批绿制造体系建设示范名单的通知》要求，经中国铸造协会对行业内企业进行积极组织、推荐，近日工信部对首批绿制造体系示范企业名单进行公示。共享集团、中信戴卡、济南圣泉、天润曲轴、苏州明志、陕西法士特、山东豪迈、利欧集团、昆明云内等９家企业入选绿工厂公示名单，潍柴动力入选绿供应链管理示范企业公示名单。
多家企业入选首批绿制造体系示范名单，是国家对铸造行业绿发展的高度认可。希望以此次评选活动为契机，铸造行业有更多企业关注绿发展、推动铸造行业走绿、环保、可持续发展道路。手机linux操作系统
具体名单情况：
（摘自中国铸造协会网ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｆｏｕｎｄｒｙ．ｏｒｇ．ｃｎ／ＷｅｂＵＩ／ＩｎｄｕｓｔｒｙＮｅｗｓＰｒｅ／ＩｎｄｕｓｔｒｙＮｅｗＤｅｔｉａｌ．ａｓｐｘ？ｔｙｐｅＩｄ＝６４６８３）
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