刹车盘用高碳当量灰铸铁组织和性能的研究

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      摘要：灰铸铁一直是刹车盘常用的材料。作为刹车盘材料的灰铸铁应具有高的强度、良好的导热性和耐磨性。高碳当量灰铸铁具有优良的导热性和铸造性能，是刹车盘材料的发展方向。但是，高碳当量灰铸铁因组织中有较多粗大的石墨强度通常很低。本文分析了改善高碳当量灰铸铁性能的途径，其中包括调整铁液化学成分、微合金化、优化熔炼工艺和孕育处理等。在此基础上，通过改变Mn、S含量研究了碳当量介于4.10～4.20三组灰铸铁的组织和性能。研究结果表明：为了改善高碳当量灰铸铁的性能，应在微量合金化的同时采用较高的Mn、S含量，避免在组织中出现粗大的片状石墨，降低其强度；同时Mn的加入量不宜太高，否则会抑制石墨的析出，使石墨片相对细小，不利于其导热性。
　　关键词：高碳当量灰铸铁；合金化；显微组织；性能

　　1.1 制动器的介绍及研究意义

　　1.1.1 制动器的介绍

　　从汽车诞生时起，车辆制动系统就在车辆的安全方面扮演着至关重要的角色。近年来，随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高，这种重要性表现得越来越明显。在汽车的制动系统中，它的关键部件之一就是制动器。目前我们比较常见的制动器主要有鼓式制动器和盘式制动器两种，即鼓刹和盘刹，如图1.1、1.2所示。

                               
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　　图1.1 鼓式制动器       图1.2 盘式制动器

　　鼓式制动器是最早形式的汽车制动器，迄今有接近一个世纪的历史，当盘式制动器还没有出现之前，它已经广泛应用于各类汽车上。鼓刹的最大优点就是具有良好的自刹作用，能够提供强大的制动力，在相同直径下，鼓刹的力度要大于盘刹。另外，刹车鼓的结构简单，制造成本较低。但由于结构相对封闭，刹车蹄片和刹车鼓的摩擦表面很难散热，刹车鼓在受热后直径会增大，造成踩下刹车踏板的行程加大，出现制动效果衰退现象，长时间刹车将导致刹车失灵。这种结构的另一个弊端就是进入刹车鼓里的杂质或摩擦过程中脱落的磨粒很难自动清理，加速刹车鼓的磨损。

　　盘式制动器的刹车盘裸露在空气中，这种设计恰好解决了散热难和杂质难自动清理的问题。特别是高负载时耐高温性能好，制动效果稳定，而且不怕泥水侵袭，在冬季和恶劣路况下行车，盘刹比鼓刹更容易在较短的时间内令汽车停下来。盘式制动器刹车灵敏，可做高频率刹车动作或高速行驶时的紧急刹车。但是盘刹的制动力比鼓刹小，而且必须要有助力装置的车辆才能使用，成本也比较高，所以只能适用于轻型车上。

　　1.1.2 研究意义

　　随着技术的进步，鼓刹在轿车领域已逐步让位给盘刹。不过由于鼓刹成本较低，目前它仍然在一些经济型轿车中使用，主要用于制动负荷较小的后轮和驻车制动。而相对低速，且需要大制动力的卡车、客车，仍然采用鼓刹。但鼓刹有刹车不够灵敏、刹车鼓容易过热等缺陷，而这些缺陷有时能产生致命的伤害，如城市里的公交车，如果刹车不灵敏，容易产生车祸；卡车、客车在山区道路连续下长坡过程中容易造成刹车鼓过热，轻则降低刹车效果，重则导致车辆制动失灵，最终车毁人亡，特别是重卡出现这种事故的概率更高。因此有必要对刹车盘的材料做进一步研究，以满足更大制动力的需求。

　　1.2 刹车盘的失效分析

　　刹车盘是汽车的重要安保件，对汽车的安全行驶起着至关重要的作用，也是汽车日常检修中重要检查部件。经查阅相关资料，刹车盘的失效形式主要有两种：一是热疲劳失效，二是逐步磨损失效。

　　热疲劳失效是指刹车盘使用一段时间以后，在摩擦力和不均匀的冷热循环下，刹车盘的内部产生循环应变，并由此导致裂纹和断裂的失效。通常，在一次紧急制动过程中，刹车盘和摩擦块的摩擦表面温度可升到500℃以上，此时刹车盘的强度和热导率明显降低。接触面因受摩擦热而使该处组织发生相变（在400～600℃时，珠光体分解），产生相变应力；同时，由于刹车盘在厚度方向的温度梯度变大，形成温度应力。在冷热交替和外力的作用下，材料发生了疲劳，产生了微小裂纹。在摩擦力的作用下，裂纹扩展。许多小裂纹，结合在一起，形成长的裂纹，裂纹多呈断续或连续状，如图1.3所示。长裂纹可能使刹车盘突然断裂，威胁着汽车的制动性能，因此刹车盘的热疲劳性能至关重要。对于卡车和大巴，其制动力更大，产生的摩擦热也更多。如果把刹车盘应用到这类车上，则材料的抗热疲劳能力应当要更好。否则，刹车盘很容易在大的摩擦热和切向力的作用下发生变形或开裂。

                               
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      逐步磨损失效是指刹车盘在使用过程中，其厚度不断减小，减小到一定厚度时，刹车盘的强度不能满足正常的制动需求而造成的失效。刹车盘的主要磨损形式为磨粒磨损。磨粒磨损的机理是刹车盘表面的硬质相首先与配对副材料接触，构成第一摩擦面，起着承受磨损骨架的作用；基体与石墨构成第二摩擦面，当软基体被磨损后储存润滑油起润滑作用。所以刹车片和刹车盘之间的摩擦实际多为凸点状接触摩擦，提高了材料的耐磨性。由此可见，硬质相的性质决定着刹车盘的磨损性能。

      1.3 刹车盘的组织要求
      作为刹车盘材料，首先就要克服上一节所说的热疲劳失效和磨损失效问题。另外，随着生活水平的提高，还要求刹车盘具有噪音小、抗抖动性好的特点。与其他传统材料相比，灰铸铁具有更好的导热性、耐磨性和抗抖动性，另外，灰铸铁的价格也比较便宜。因此，长期以来灰铸铁一直是刹车盘的首选材料。以前，刹车盘材料以普通灰铸铁 HT150和HT200为主。这类刹车盘的优点是没有刹车抖动，也不会产生刺耳的制动异响。但是，由于这类刹车盘的材质软，强度低，在使用过程中容易产生疲劳裂纹和磨损，使用寿命较短，已满足不了新形势下的市场需求。

      材料的性能与成分、组织之间有密切的联系。为了解决刹车盘热疲劳失效的问题，刹车盘材料首先应具有高的热导率，因为采用高导热率材料可以显著降低制动初期刹车盘表面与内部的温差。石墨具有优良的导热性，所以可以采用高碳当量灰铸铁来生产刹车盘。因为高的碳当量可在灰铸铁的显微组织中形成大量的石墨，使其具备较好的热传导性和减震性。但高碳当量灰铸铁难以获得高的强度，其力学性能指标较低（σb＜200MPa），容易使微小裂纹扩展，抗热疲劳能力差。因此，有必要在提高碳当量的同时，改善灰铸铁的性能，提高其强度，从而充分发挥灰铸铁的特长。

      每年都有大量的刹车盘、刹车片因磨损过量而报废。对于刹车盘来说，提高耐磨性是必须的。在上一节刹车盘失效分析中，我们分析出硬质相的性质决定着刹车盘的磨损性能，因此在高碳当量灰铸铁中加入一定量的强碳化物形成元素，可以提高刹车盘的耐磨性。这主要是因为强碳化物元素可以通过沉淀强化的方式析出硬质颗粒相。强碳化物形成元素的含量也不是越多越好，如果强碳化物形成元素加入量过多，容易富集形成大的块状，在摩擦过程中，容易脱落，且对基体有犁削作用，使刹车盘产生沟槽，加速磨损。

      1.4 国内外研究现状
      1.4.1 国外研究现状
      随着市场的发展，对刹车盘性能的要求也越来越高。为了提高刹车盘的强度和耐热性，避免使用过程中的“热裂”，需要在灰铸铁中加入一些合金元素如: Ni、Cu、Mo、Cr 等。世界各国所采用灰铸铁刹车盘材料各不相同，英、美等国主要用高 C 低合金(V、Mo)铸铁，前苏联采用 Cr、Ni、Mo 合金铸铁，德国则采用 Cu、Cr、Sn 合金铸铁。蠕墨铸铁具有良好的抗热疲劳能力，因此国内外在80年代中后期对其在制动器上的应用展开了研究。为了提高铸铁的热传导特性，也有关于高导热铸铁的研究。

      随着陶瓷材料和碳纤维材料的发展，目前已有商用的陶瓷刹车盘。由于其价格较高，陶瓷刹车盘主要应用在超级跑车上。陶瓷刹车盘并非就是普通陶瓷，而是在1700℃高温下碳纤维与碳化硅合成的增强型复合陶瓷。陶瓷盘的重量只有普通铸铁盘的一半不到。更轻的刹车盘就意味着悬挂下重量的减轻，这令悬挂系统的反应更快，因而能够提升车辆整体的操控水平。另外，普通的刹车盘容易在全力制动下因高热产生热衰退，而陶瓷刹车盘能有效而稳定的抵抗热衰退，其耐热效果比普通刹车盘高出许多倍。还有，陶瓷刹车盘在制动最初阶段就立刻能产生最大的刹车力，因此甚至无需增加刹车辅助系统，而整体制动比传统刹车系统更快、制动距离更短。为了抵抗高热，在制动活塞与刹车衬块之间有陶瓷来隔热，陶瓷刹车盘有非凡的耐用性，如果正常使用是终生免更换的，而普通的铸铁刹车盘一般用上几年就要更换。
      1.4.2 国内研究现状
      由于我国汽车工业起步晚，整体实力不强，所以在过去很长的一段时间里没有重视作为汽车零部件的刹车盘，刹车盘材料停留在HT150和HT200上。近十年来，随我国汽车工业的迅速发展，改善汽车制动性能，提高汽车的市场竞争力，成了迫在眉睫的问题。许多汽车制造公司在原来灰铸铁刹车盘材料的基础上，通过提高碳当量、添加合金元素和强化孕育等措施来开发高碳当量高强度灰铸铁刹车盘材料，以改善汽车刹车盘的性能。如江淮卡车原先存在制动鼓亮斑、黑斑、网状裂纹以及制动异响等现象。后来调整材料化学成分，在普通灰铸铁HT200的基础上，调整C、Si量，并加入适量的Cr、Cu、Sn，采用强化孕育的措施，有效地提高了制动鼓的强度和抗热疲劳性能，使制动鼓的使用寿命由原来的不足 3万公里提高到6万公里以上,而其成本增加不足5%,经济效益十分明显。

      2 改善高碳当量灰铸铁性能的途径
      灰铸铁的金相组织由金属基体和片状石墨所组成。主要的金属基体形式有珠光体、铁素体和珠光体加铁素体三种。石墨片以不同的数量、大小、形状分布于基体中。此外，还有少量非金属夹杂物，如硫化物、磷化物等。石墨片的形态、尺寸和基体中珠光体、铁素体比例等因素决定了灰铸铁的性能。高强度灰铸铁组织应为：有一定数量的奥氏体枝晶为骨架，有足够的共晶团数目，石墨呈A 型，中等尺寸的片状石墨，片间距较小的百分之百珠光体。经过国内外铸造工作者多年来的研究，对于如何改善灰铸铁性能总结出以下几个方面的措施：(1)调整铁液化学成分，主要是调整Si/C 和Mn、S的含量，促进石墨化和细化石墨；（2）加入合金元素，强化灰铸铁；(2)优化熔炼工艺，提高铁水的冶金质量；(3)孕育处理，细化晶粒。近年来，由于铁水质量的提高，孕育剂的广泛应用，使灰铸铁的性能有了明显的改善。

      2.1 调整铁液化学成分
      合适的化学成分是保证高碳当灰铸铁材料具有优异的性能跟理想组织的前提条件。在本次研究中，为了满足刹车盘高导热率和优良的抗热疲劳性能，在普通灰铸铁HT200的基础上，对其成分做一个调整。在保持高C含量的前提下，相应地调整Si、Mn、S含量，使其既利于A型石墨的产生又利于珠光体基体组织的形成。

      2.1.1 碳和碳当量CE的选择
      C在灰铸铁中常以片状石墨的形式存在，石墨片的强度和硬度极低，相对于铁来说可以视为零，且片状石墨对灰铸铁的基体有严重的割裂作用，因此，灰铸铁中的C含量越高，其强度和硬度越低。

      在高强度灰铸铁的发展历程中，传统做法是降低碳当量, 提高Mn的含量, 从而提高灰铸铁中珠光体的比例，最终提高灰铸铁强度。这是因为碳当量越低，在凝固过程中，共晶反应前析出的初生奥氏体枝晶的量越多，奥氏体骨架得到强化。但是, 降低碳当量来提高灰铸铁强度的方法不仅不利于加工制造，也不利于提高材料的导热性。当前，随着发动机缸体和刹车盘对灰铸铁材料要求的不断提高，高强度灰铸铁向着高碳当量的方向发展。根据刹车盘的特点和性能要求，经查相关资料，以C=3.3％～3.5％、CE=3.9％～4.2％为宜。
      2.1.2 硅和Si∕C值的选择
      Si在灰铸铁中是强烈的促进石墨化元素。因为随着含Si量的增加，共晶点和共析点左移，导致初生奥氏体、共晶产物和共析产物中含碳量减少。另外，Si促进共晶温度和共析温度的提高，有利于石墨的析出，所以Si促进所有阶段的石墨化过程。虽然Si促进石墨化过程对灰铸铁的强度不利，但Si能促进初生奥氏体枝晶的生长，且最终固溶到铁素体中，提高了基体的强度，所以Si的作用是双重的。

      图2.1为不同Si/C对灰铸铁强度的影响。从图中可以看出，当Si/C不断提高时，强度先上升后下降。这是因为，Si是一个促进石墨化元素，其石墨化作用所析出的游离石墨片破坏了灰铸铁的连续性，严重损害了抗拉强度。另一方面，Si又可以对灰铸铁基体组织中的铁素铁起到固溶强化作用，相应的提高铸铁的抗拉强度。这说明，Si提高强度有一个临界值，在稍低于这个临界值之下时，会增加珠光体数量，进而提高铸铁强度。当 Si/C提高到一定程度，Si 含量增加到这个临界值以上时，由于高Si/C值和高CE的双重影响使石墨粗大和珠光体量下降，强度降低。Si/C不断提高，共析转变温度也在提高，使珠光体在较高温度下形成，片层间距增大；又因为高Si使C在奥氏体中的溶解度急剧下降，使奥氏体向铁素体的转变量增多。因此，Si/C提高可以产生两种相反的影响。在高碳当量(3.9%～4.2%)下，Si/C值控制在0.65～0.75范围内时，强度值较佳。

                               
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　　1-CE=3.6％～3.8％ 2-CE=3.8％～4.0％ 3-CE=4.0％～4.2
　　图2.1 Si/C对σb的影响

　　Si/C值对硬度的影响如图2.2所示。从图中可以看出，当CE在3.6%～3.8%范围内时，硬度值随Si/C增大而呈上升趋势，提高幅度不大；当CE在3.8%～4.0%范围内时，硬度值基本不变；当CE在4.0%～4.2%范围内时，硬度值随Si/C的增大而呈下降趋势，下降幅度比较大。因此，由图2.2及分析可知，高碳灰铸铁不适合通过提高Si/C值来获得高的硬度。从硬度的角度出发，Si/C值应尽量选低一点。综合考虑，以Si=2.1％～2.3％为宜。

                               
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　　1-CE=3.6％～3.8％ 2-CE=3.8％～4.0％ 3-CE=4.0％～4.2
　　图 2.2 Si/C值对硬度的影响

　　2.1.3 硫的选择

　　过去，人们一直以为S是有害元素。但研究发现，S对灰铸铁的凝固呈现双重作用，一方面，S与Mn、Sr、Ba等元素形成硫化物，为共晶石墨的成核提供基底，增加共晶团数量；另一方面，S作为表面活性元素，富集在结晶前沿，会抑制共晶团的生长，增加结晶过冷度，白口倾向增大。S可溶于液态铸铁中，但不溶于凝固的奥氏体和共晶团中，所以适当的S富集于共晶团的边界而干涉原子的扩散，从而限制共晶团的生长，使石墨分枝减少，导致生成厚而短的片状石墨。当S≤0.03％时，由于缺少石墨结晶核心，孕育剂的孕育效果削弱，容易导致共晶团粗大，并产生D型和B型石墨。当0.04％≤S≤0.10％时，灰铸铁的孕育效果最为明显，硫化物形成石墨结晶的核心，有助于A型石墨的产生，也有助于改善灰铸铁的切削性能。当灰铸铁中的S≥0.10%时，大量的S富集于共晶团的边界而干涉原子的扩散，使结晶的过冷度增大，有利于过冷石墨的生长，又形成D型石墨。所以，以S=0.04％～0.10％为宜。

　　2.1.4 锰的选择

　　Mn在灰铸铁中是促进珠光体和稳定渗碳体元素。Mn能降低共晶温度和共析温度，因此，提高铁水中的含Mn量可有效地降低共晶转变温度，有利于增加奥氏体枝晶的数量，从而促进珠光体的形成。另外，奥氏体向珠光体的转变在较低温度下进行，使珠光体片间距减小，促进珠光体片细化。Mn是强碳化物形成和稳定碳化物元素，Mn置换了 Fe3C 中的Fe，形成（Fe，Mn）3C，构成更强更硬的珠光体。Mn能无限固溶于奥氏体，强化基体，改善灰铸铁的性能。

　　一般来说，灰铸铁中都含有S，Mn和S之间有比较大的亲和力，可发生如下反应：

　　Mn+S=MnS
　　Mn+FeS=MnS+Fe

　　MnS的熔点在1610℃左右，高于灰铸铁的熔炼温度，所以在铁液中多呈固体质点存在。MnS质点可作为石墨非自发形核的核心，促使铸铁石墨化。随着Mn量的增加，与Mn结合的S就增多，使铁液中的自由S含量降低，抑制了硫的有利作用，石墨长度增加，端部钝化效果变差，导致铸铁性能下降。另外，形成的大量MnS夹杂物，一部分形成石墨核心，另一部分则会发生聚集，形成局部密集的MnS排列，消弱了基体的强度。因此，Mn不是越多越好，S也不是越少越好，它们在灰铸铁中相互制约相互影响，存在一个合理的Mn/S值。当S＜0.2％时，可以用Mn=1.7S+0.3来考虑Mn含量。

　　2.1.5 磷的选择

　　P在灰铸铁基体中的固溶度很低。在凝固过程中，在最后凝固的晶界处往往出现二元磷共晶（α-Fe＋Fe3P）或三元磷共晶（α-Fe＋Fe3C＋Fe3P）。磷共晶硬度较高（600～800HV），以断续网状分布在金属基体中。在刹车过程中，摩擦热可以熔化低熔点磷共晶，并均匀地涂挂于摩擦面上，可明显的提高灰铸铁的耐磨性。但磷共晶严重割裂基体，且在大量摩擦热的作用下熔化，使刹车盘易产生裂纹，故要严格控制灰铸铁中的P含量，一般要求P含量在0.05%以下。

　　2.2 微合金化

　　通常，当碳当量CE＞3.9%时，不加入适量的合金元素，难以稳定珠光体组织，而且还可能会出现粗大石墨，使灰铸铁的强度和硬度达不到要求。因此，实际生产中必须加入适当的合金元素。合金元素的作用机理主要表现在：（1）细化石墨和共晶团；（2）增加基体组织中珠光体的含量，并细化珠光体；（3）提高渗碳体的热稳定性能，防止基体组织中的珠光体在高温下分解；（4）生成碳化物或含有合金元素的硬化相。图2.3[13]为灰铸铁抗拉强度与合金元素之间的关系。

                               
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　　图2.3 合金元素对灰铸铁抗拉强度的影响

　　2.2.1 钼

　　Mo是提高灰铸铁强度最有效的合金元素之一。它是较温和的反石墨化元素，对石墨有阻碍作用，可以细化珠光体，亦能细化石墨，从而改善石墨片，改善灰铸铁的性能。同时，Mo具有较温和的碳化物形成作用，且形成的复合碳化物极为稳定，尤其在高温状态下。所以，Mo一直是灰铸铁刹车盘的首选合金元素。当Mo＜0.6％时，它稳定碳化物的作用比较温和，主要作用在于细化珠光体，亦能细化石墨。用Mo合金化时，P量一定要低，否则形成P-Mo四元共晶，增加脆性。通常Mo的加入量为0.2％～0.6％。随着世界范围内钼铁合金价格的不断上涨，加入Mo合金元素后，生产成本增加，产品在市场中的竞争力就会下降。所以，现代厂家都尽量使用其他替代元素，减少Mo的使用。本次试验也就不加Mo元素。

　　2.2.2 铬

　　Cr是强烈的反石墨化元素，具有促进珠光体形成，并细化珠光体的作用。所以，铸件中加入一定量的Cr可以提高灰铸铁的强度。这是因为Cr促使C在奥氏体中的溶解度增加，阻碍了铁素体的生长，使基体组织中铁素体含量下降，从而促进珠光体形成并细化珠光体。但是，Cr和C具有很强的亲和力，能够形成一种强碳化合物（特别是在铸件的边缘部分），增加机加工的难度。Cr的加入肯定会促使铸件白口倾向的增加，而且当铁液中的Cr含量达到一定程度后（超过0.8％时），基体组织中的游离碳化物就会迅速增加，导致灰铸铁铸件的强度大大下降。此外，Cr的加入也会导致灰铸铁的共晶凝固温度降低，扩大铁液的凝固温度范围，大大增加了灰铸铁铸件的缩松、缩孔倾向，从而导致灰铸铁铸件的致密性大大下降。由于Cr的价格相对较低，并能明显提高灰铸铁的强度，所以，Cr成为灰铸铁常用的合金元素。为了避免其负面影响，铁液中应该加入合适含量的Cr，以0.2％～0.3％为宜。

　　2.2.3 铜

　　为了抵消Cr增大白口的不利影响，在添加Cr的同时，往往组合添加一定量的Cu。而且，有研究显示，Cu和Cr复合加入时的强度优于其单独加入。Cu是较温和的促进石墨化元素，它能细化石墨并使石墨均匀分布，有效抵消Cr元素增大白口的倾向。Cu也是一种稳定珠光体的合金元素，因此，Cu的加入可以增加和稳定基体中珠光体组织，改善灰铸铁的机械性能。另外，Cu的加入可有效的提高灰铸铁的耐磨性和耐蚀性，也可提高铁水的流动性，显著改善铸造性能。但Cu含量也不是越多越好，大量的Cu和Cr、Sn在一起，会使基体中产生大量的索氏体，影响铸件的加工性。因此，Cu含量以0.4％～0.7％为宜。

　　2.2.4 锡

　　Sn是灰铸铁件中的微量元素之一。当Sn＜0.1%时，能增加珠光体含量，其作用10倍于Cu。这是因为，Sn是很好的稳定珠光体元素，在共晶凝固过程中，Sn富集在与石墨片相邻的奥氏体中；共析转变时，阻碍奥氏体中的碳向石墨片扩散，从而使珠光体数量增加。Sn在金属基体中的溶解度很有限，加入量不可过多，否则会使铸铁脆化，冲击韧性下降，同时增加铸件成本。Sn减少铁素体和增加珠光体的作用很强，在灰铸铁中的主要作用是消除铁素体，用量一般为0.04%～0.10%。考虑到灰铸铁中促进珠光体的元素比较多，Sn的价格也比较贵，Sn添加量以0.03％为宜。

　　2.3 优化熔炼工艺

　　铸件的组织以及是否产生缺陷都与铁液的质量有很大关系，优质的铁液是获得高强度灰铸铁的必要条件。应从炉料质量、熔炼工艺和铁液处理技术等方面提高铁液质量。

　　在炉料质量方面，忌用生铁，宜采用合成铸铁工艺。生铁中组织、微量元素和缺陷都存在遗传性，特别是生铁中粗大的过共晶石墨。由于石墨的熔点在2000℃以上，在重熔过程中石墨不能完全熔化，在结晶中变成了石墨结晶的核心，使石墨变得粗大，降低了灰铸铁的强度。合成铸铁工艺是指在生产高强度灰铸铁时，炉料中的废钢用量在50%以上，其余为回炉料、铁屑，并在电炉中加入增碳剂进行增碳的工艺。这种工艺生产出的铸铁称为钢性铸铁，又叫做合成铸铁。具有成本低，力学性能、工艺性能和使用性能优越等特点。

　　在熔炼工艺方面，宜采用冲天炉-电炉双炉熔炼。近些年，对铁水质量要求显著提高，冲天炉作为初级熔炼设备与感应电炉组成双联熔化系统，取得了较好的效益。冲天炉具有升温快、出渣方便、能耗低的优点，但元素易烧损，成分波动大，铁水质量不易控制；感应电炉具有升温、保温、纯净铁水的能力。二者互补，即冲天炉向感应电炉提供铁水，感应电炉对铁水进行升温、调质，从而熔炼高质量铁水。用感应电炉对冲天炉铁水进行升温，不仅可以使粗大的石墨变得细化，同时由于感应电炉强大的电磁搅拌力还可以使铁液中各种细小的固态杂质得以熔解或成渣除去，这样就减少了所谓炉料遗传性的危害，使铁液更加净化，给随后的孕育处理带来方便。双炉熔炼可以充分发挥各自的优势，提高铸件质量和生产效率，同时降低生产成本。

　　在铁液处理技术方面，应从提高出铁温度、减少铁液杂质方面着手。因为高的出铁温度有利于析出和细化石墨，提高铁液的流动性，以获得健全的铸件，并使铸件的力学性能得到改善，基体组织更加细密。国外出铁温度一般在1550 ℃以上，而国内一般在1480 ℃左右。铁液中不可避免的有一些气体、夹渣等杂质，为了提高铁液的质量，减少因气孔、夹渣缺陷而产生的废品，可以在浇注系统中设置陶瓷过滤器。有研究显示：铁液经过陶瓷过滤器后，铸件的夹渣、气孔的废品率下降了70%左右，并简化了浇注系统，工艺出品率提高了10%，成本下降了6%。

　　2.4 孕育处理

　　孕育处理是在浇注之前或浇注过程中向液态金属中添加少量物质以达到细化晶粒、改善宏观组织目的的一种方法。优质的铁水配以合适的孕育剂进行有效的孕育是获得高性能铸铁的有效方法。这是因为采用废钢和回炉料作为主要炉料，冲天炉-电炉双炉熔炼后，铁液的纯净度较高，能够作为内在晶核的数量急剧降低，在这种情况下用强石墨化能力的孕育剂进行孕育处理，就能有效地发挥孕育作用。孕育分为常规孕育和稀土孕育。为了降低成本，我们采用常规的75Si-Fe孕育。具体做法为：在出铁槽上加入0.4％的75Si-Fe进行随流孕育。在浇包中加入0.2％75Si-Fe进行瞬时孕育。在孕育前后分别浇注三角试块,以控制孕育效果和组织。   （来源：互联网）

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