浅谈浇注后保温对球墨铸铁基体的影响

小冯

我公司生产的配件中，重要铸件中材料牌号是EN1563-GJS-400-18LT,而且要求做-40℃Akv，低温冲击球墨铸铁材料（EN1563-GJS-400-18LT）由于其在低温下良好的冲击性能，不但在风力发电领域应用广，且在轨道交通领域内得到了广泛的应用；同时在我们生产的配件中有部分产品使用材料是EN1563-GJS-400-15,这种牌号的材料没有低冲要求，相对EN1563-400-18LT材料比较容易达到要求。
在产品取样金相检测过程中，我们发现了一个现象，在不改变材料配比的条件下，浇注不同的产品基体的金相组织有很大的不同，如下图：
* W/ {, W8 y$ E: C# U0 |) h. |试验条件：EN1563-GJS-400-18LT配料，铁络砂造型，浇基尔试块取样。铁络砂的特点是散热性能好，冷却速度快。

  F: _- c# y9 ~此图为EN1563-GJS-400-18LT球墨铸铁金相图片，放大100倍，4%硝酸酒精腐蚀，可以明显的看到，浅灰色颗粒为球状石墨。基体（黑色）为片状珠光体及呈方向性分布（白色）的鱼骨状莱氏共晶组织。在部分球墨边缘有少量铁素体。作牛眼或半牛眼状分布。
莱氏体共晶组织，在高温时系由渗碳体和颗粒状奥氏体所构成，随后在冷却过程中，共晶奥氏体亦将进行分解，其分解产物是：渗碳体和铁素体、珠光体、石墨碳和铁素体等，将视冷却速度而定。因此莱氏体共晶组织在室温时，将由渗碳体和颗粒状珠光体；或渗碳体和珠光体、铁素体；或渗碳体和石墨；或渗碳体和铁素体、石墨等所组成。
* v$ P! B" d' D* r9 o
此图为放大500倍后状态。
3 k3 a$ Y1 T* k# x0 B* M试块经过高温退火处理后，性能达到了要求，基体也成纯铁素体状态。如下图：

  K  B9 c0 A* N. s6 E1 ^$ q( f放大500倍，高温退火。
. L& R- l, T; k0 v我们又对树脂砂造型的产品取样检验，又发现即使是同一炉水浇注的产品基体的金相组织也有很大的不同，金相图如下：
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N端端盖冒口，铸态，5%硝酸酒精腐蚀，100倍；

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抱轴承盖冒口，铸态，5%硝酸酒精腐蚀，100倍；
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与上图同一个样，铸态，5%硝酸酒精溶液腐蚀，500倍
上述图片都是在产品浇注打箱后由检验员在生产现场从产品上敲冒口后所得，看到基体变化如此大，我们刚开始以为是操作者更改了配料或者是熔炼浇注工艺，为此我们对现场加强的监督，并且由工艺员对配料、熔炼、浇注进行了全程的跟踪，未发现异常，但金相检验表明球铁基体组织还是随着产品的变化而有着不同的变化。
% H* Z7 a$ z" J# T7 w/ b在通过对产品结构研究后，我们发现了影响材料基体发生了较大变化的原因：N端端盖产品壁厚比较薄，浇注后铸件冷却速度快，因而形成的石墨球多，细小而且均匀；抱轴承盖铸件比较厚，冒口直径20㎜，高度达到150㎜，冒口与铸件接触的位置降温慢，客观上形成了保温退火的作用，因此形成了珠光体特别少甚至没有的情况。
为了证明我们的推测，我们又做了如下的实验，在配料、熔炼、浇注的条件都不改变的情况下，在浇注完毕铁液凝固5分钟后，我们迅速将暴露在外的浇冒口用干砂覆盖保温。要求在5分钟后才盖砂保温的原因是想让铁液在型腔中快速凝固，这样可以细化石墨球，提高球化率；保温的目的是让产品在缓慢的降温的过程中形成了自退火，这样可以获得铸态铁素体基体的球铁。我们对进行了保温处理后的产品取样，获得了纯铁素体基体的球铁，其金相图片如下：
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N端端盖冒口，铸态，5%硝酸酒精溶液腐蚀，100倍
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" T# S" u5 k  q3 o! c6 [- jN端端盖冒口，铸态，5%硝酸酒精溶液腐蚀，500倍。
8 [) K% d& j" i" \" ]- W' k通过对产品在不同冷却速度的基体检查，我们可以确定，在配料成分合理，熔炼、浇注工艺稳定的条件下，我们可以通过加厚或减薄砂型厚度，浇注后对产品浇冒口覆盖干砂等方法来控制铸件的降温速度以获得不同的基体组织。在生产实践中，对EN1563-GJS-400-15等没有低冲要求的球铁，我们可以采取上述方法获得铸态铁素体球铁，产品只需做去应力退火，材料的各项机械性能就可以满足定货技术条件要求;对EN1563-GJS-400-18LT球铁我们则可以缩短高温阶段的保温时间，这样可以大大的减少退火需要的时间，提高了生产效率.

二月天下

回复 1# 小冯
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; D) c# u; E6 J) K8 c7 {
    楼主你在生产QT400-18LT材质中，强度、低冲、伸长率指标最难以达到的是哪个？

小冯

回复 4# 二月天下

1 s5 J; i' ~. a. ^% W最难达到的低冲，其它的在铸态下都能达到。我也遇到过上海一个工厂，他们在铸态下-40℃的低冲平均值达到了15焦。他们的工艺对我们保密。

二月天下

对于退火球铁QT400-18AL来说，我们遇到的最大问题是强度在380-405之间，多数是低于400，客户要求400以上，低冲（退火后）13-16J，不是问题。

二月天下

8 B) \7 j6 `. o8 e1 P
& _! A5 t/ K5 N, b- l- q; R5 l回复 3# 小冯


    是的，我这两天正在生产这个产品，发现碳含量高的，强度较高，用了碳化硅预处理，结果出现了冷隔、浇不进去的状况。今天这炉铸态试块做了430，伸长率18.7，担心退火后，强度低于400，热处理工艺是900度保温2小时冷到640出炉。铸件均厚15-20mm.今天碳3.75，硅1.83，硫0.013，锰0.15，磷0.032.
; y4 b6 u: x" [3 C; ?   你的产品热处理吗？对我的工艺有何高见？请给于指点。

小冯

不知道您的碳化硅预处理工艺是怎么做的，我们没有做过这样的工艺。铸件的均厚15-20mm还出现浇不进去和冷隔？不知道您的出炉温度是多少？再测一测浇注温度有多少？如果浇注温度在1300℃以上应该是没问题的。可以考虑是不是浇注系统出现了问题。
- G4 |8 w5 {3 c  E  我们的产品都做热处理的，热处理工艺和您的一样。热处理后的抗拉一般在450左右。我也做过实验，我们的试块在铸态时抗拉在500左右，伸长15-18。
" N+ T9 }  K* Y9 f7 w  根据您提供的化学成分，建议您把碳提高到3.85左右，硅控制在0.2左右，这样的碳当量铁水的流动性比较好。这样抗拉强度会提高一些，做热处理后低冲值影响应该是可以接受的。

小冯

回复 8# 小冯
& `$ H8 e* q) A4 H" ~9 n有低冲要求的球铁都要求高碳低硅。

cc68

有低冲要求的球铁都要求高碳低硅 、这没错，但Si 0.2%肯定离谱。

DDFMA

我怎么看不到图片啊
我还是同意大家的说法的

二月天下

回复 6# 小冯


    碳化硅是在出铁前加入炉内，然后倒出部分铁水冲入炉内，高温过热5-10分钟，使之熔化充分，然后球化浇注。

锦衣卫

学习了

xiao小熊

碳化硅熔点较高，建议早期加入，确实是好东西。

攀登者

楼主做什么铸件啊
! ]- ]: X% T$ J控制砂型厚度，浇注后对浇冒口覆盖干砂，这种工艺对大件管用吗

czwjn

学习学习啊，

xgh126

学习学习

CASTING12

我们有个产品也是要求低温冲击，材料是 EN-GJS-400-18U-LT.

chendeping520

怎么我看不到图片了？

faktor

学习学习