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国际铸业技术专家刘连琪浅谈球墨铸铁碳和硅含量的分类简述 ; [ S3 o/ d) i; ?0 N* w
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铸铁件的碳当量的选择是比较固定的，那么，碳和硅就构成一定的关联。本文使用了这种关联的关系。叙述碳或硅的含量不同的球墨铸铁类型。 一.超高含碳量球状石墨铸铁. 考古发现2000年前中国古代批量生产球状石墨的铸铁！中国科学院自然科学史研究所华觉明老师发表了几篇专著。考古发现了:球状石墨变形，疑似是被锻打所引起的；批量存储了球状石墨铸铁板铸件！足以说明当时的生产规模和生产工艺的多样性。理化检验证实，其含碳量在4.0%上下；含硅量在0.8%上下。值得关注的是，某研究机构对这样的铸件进行重熔，凝固以后，仍然显示的是球状石墨。 中国古代，冶铸使用的是竖炉，铁水温度偏低，古人使用大量气囊鼓风，铁水含氧量比较高，铁水析出的碳结晶时，疑似在均匀活性元素氧的作用下，没有方向性生长，成为球状。竖炉现场，存在加热装置，似乎无论是铁范还是泥范，古人都进行烘烤以后使用的。从而有效的保证充型，降低气孔，保证基体组织。 为此，本人对某大型钢铁公司大型高炉炼钢生铁铁水崩溅被大气氧化的凝结物进行理化检验，发现了存在大量球状石墨，而不是C型石墨。这里，含碳量4.3%上下，含硅量0.5-0.8%。 这样，现在对球墨铸铁的球化处理时使用氧硫孕育处理剂，就比较好理解了。关于含硫量，值得注意的是，英国铸协的铸铁金相图片提供了超硫铸铁，含硫量0.22%时，石墨呈现紧实状——球团状石墨，图片说明：含锰量不足于中和含硫量。就是说，在适当多的活性氧硫元素的均匀作用场下，石墨结晶趋向紧实状态，而不是呈现方向性生长。 二．高碳低硅型球墨铸铁 当前，我国大量采用的是高碳低硅型球墨铸铁，由于含碳量比较高，充型能力强、缩前膨胀作用好。只是，由于比较高的含碳量，容易出现碳量的比重偏析，表现为石墨聚集、漂浮。当然，铸造工艺进行适当净化铁水，或者逸流技术措施，可以减轻以致克服这种现象。 无论哪国学者都承认这里的硅存在于铁素体中,就是说,硅固溶于铁素体中,根据固溶强化原理,必然是硅固溶强化了铁素体。李传轼老师说明，珠光体内的铁素体占比高达80%，可见，硅的固溶强化作用的贡献之大。 我国球化使用的球化剂，往往含稀土比较多，很多人说是浪费稀土资源，就其本质上更进一步应该说明的是，稀土在其净化杂质的过程中，结合的形成物只是具有高熔点性质，可惜的是，其比重略小，体型略大——特别是复杂的结合物，漂浮脱离铁水的速度受到限制，生产上就出现需要不止一次的扒渣，实际生产中所谓的出现二次渣问题，与稀土含量偏高的不断新生稀土净化产生的结合物不无关系。以此，现在我国的共识是，选择优质、高纯生铁，降低稀土使用量。如今的中国，处于高纯生铁供大于求的状态，并且价格回落。 三．高硅碳比型球墨铸铁 北京钢铁学院，现在是北京科技大学的钟雪友教授，中国《铸造手册》的编委会编委。曾经在灰铸铁中推广高硅碳比，称之为双高灰铸铁，性能非常不错的，可惜的是，由于技术机理特别是生产技术的操作上在传递过程中出现偏差，造成在生产实施中推广困难。1994年，北京钢铁学院某教授告诉我，他们学校在进行了球墨铸铁的高硅碳比研究，但是，我一直没有看到研究结果，前些年我委托现在的北京科技大学铸造专业研究生寻找当时的研究资料，答复是：没有找到。 我曾经在河南荥阳，大规模的牌号QT500-7铸态的195柴油机的凸轮轴上，使用含碳量3.3-3.5%，不允许超过3.5%的成分控制。机械性能检测性能非常好。 1986年，我们青海铸造厂就使用含碳量不超过3.5%，甚至不超过3.3%的成分掌控。大量检验结果，显示，无论是QT400-18，还是QT700-2，QT800-2，抗拉强度和断后伸长率都比国家标准高了许多。这样的成分掌控，用于南极科考的120马力推土机上的不同牌号的球墨铸铁件，用于东北、西北的高寒地区的油田抽油机变速箱全套齿轮——代替ZG35CrMo，没有出现质量问题——甚至出现，在新疆，抽油机变速箱的40Cr轴断裂，更换新轴以后我们的球墨铸铁齿轮还能继续使用的现象。 因为球墨铸铁件的碳当量的规范，碳量的降低，必然是含硅量的提高。 这就有一个硅的使用的理论理念和生产技术操作问题了。 四．高硅低碳型球墨铸铁 就是现在所谓的第二代球墨铸铁，其大大提高了含硅量，使含硅量等于或超过含碳量。充分强调硅固溶强化作用。同时得到很好的抗拉强度和非常好的断后伸长率。这与过去的球墨铸铁在提高抗拉强度时，必然降低了其断后伸长率不同。 理论上，固溶强化有两种作用表现：间隙固溶——提高材料的强度而牺牲材料的韧性；置换固溶——同时增加材料的强度和韧性。 欧洲人公开了其不同牌号的化学成分。类同于我国的硅系耐热球墨铸铁。而我国的硅系耐热球墨铸铁，一般给出的技术数据是硬度偏高，断后伸长率低，甚至感觉其存在脆性。 我们应邀考察了一些工厂的硅耐热球墨铸铁生产实践，多反映，铸态时铸件较脆，但是也有不很脆的情形。金相显示，某知名公司的硅钼耐热球墨铸铁存在明显的含硅夹杂物。工艺考察，某公司近3米铸件，脆裂甚至分裂成为3-5块，而改善工艺以后，彻底根治了脆裂问题。 我们青海铸造厂熔炼铝合金的电热坩埚炉，一直使用铸态RQTSi5耐热球墨铸铁代替耐热铸钢，也发现，长期使用以后报废的硅耐热球墨铸铁坩埚，在使用大锤破碎时，常有大锤被强烈反弹现象，说明材料强度，塑韧性相当不错。青海重型机床厂的一个轴工件热处理罐笼，要求使用RQTSi5，浇注重量达5-6吨，几经转转，找到我们，第一件，由于铸造工艺和铁水生产技术考虑不够，造成上下盘之间收缩严重受阻，铸件严重破碎。改进铸造工艺和熔炼技术，顺利交货。我们在河南，生产的轴承套圈热处理料框和底板，采用RQTSi4Al2,也是优化铸造工艺，铁水生产工艺取得成功的。 2 h0 C1 f/ n: v# B1 r1 P
五.低碳球墨铸铁 云南理工大学研究的超亚共晶球墨铸铁系列,含碳量1.2-2.0,含硅量1.8-3.0,使用0.4-0.8%的Sx特殊变质剂进行变质处理。得到的新型球墨铸铁。其中，Sx变质剂含有过去通常认为的反球化的表面活性元素。他们的推导，也非常重视变质剂的活性元素的作用。 / @+ p6 x6 p) t4 O) l
（来源：中国铸造网）* s5 [! G) C0 Q0 L$ U3 n8 ? d* @
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