中小球墨铸铁件渗碳体之成因和消除

老翻砂匠

中小球墨铸铁件渗碳体之成因和消除

罗伦科

（四川重庆市：630712重庆红岩机器厂）

摘 要：中小球墨铸铁件渗碳体产生的主要原因：化学成分不合理化学成分不合理、孕育效果的衰退及高温石墨化退火等因素果的衰退及高温石墨化退火等因素。在生产中严格控制Si 、RE 含量及加强多次孕育是消除渗碳体的有效措施孕育是消除渗碳体的有效措施。

主题词：球墨铸铁，渗碳体

重庆红岩机器厂是生产大功率柴油机组的专业化工厂。其铸铁件约占机组总重量的80％，而中小球墨铸铁件品种多、数量大、壁薄，如摇臂、壳体、挂脚、凸轮轴正时齿轮等，壁厚7～40mm ，重量2.2～50Kg 不等，且材质为QT450－10。材质验收以Y25mm 单铸试块为依据，其中要求渗碳体小于或等于3％。为此，作者根据以前的生产经验，结合该厂具体情况对中小球墨铸铁件渗碳体之形成原因进行了初步的分析，并且找出了适合生产实际的解决措施。

1. 生产条件

粘土砂造型，冲天炉熔化铁液，应用稀土镁球化剂，冲入法处理铁液，孕育剂为75SiFe 。

2. 渗碳体之成因

铸态球墨铸铁经常出现渗碳体。大量的渗碳体集中出现在冷却速度较快的铸件表皮或薄壁处即为白口；渗碳体量多而集中在热节或最后凝固的地方，宏观上通常称之为反白口。

白口和反白口均为铸造缺陷。特别是在稀土镁球化处理时尤为严重。白口一般为块状或骨骼状渗碳体，反白口则为密集针状渗碳体。铸件组织出现白口或反白口使其综合力学性能下降，硬度增高而无法进行机械加工。中小球墨铸铁件渗碳体形成的原因有以下几个方面。

2.1 化学成分

球墨铸铁的化学成分与灰铸铁相比，其特点是：碳、硅要高，硫、磷要低。薄壁中小球墨铸铁件其含硅量更应高一些，以防止出现大量渗碳体和白口。

根据作者以往的实践经验和参阅理论分析方面的报道，认为化学成分引起渗碳体产生的主要原因是Si 和RE 。现将该厂以往合格铸件和因渗碳体而报废铸件的化学成分摘录如表1所列。

其中C、Mn、P、S、Mg的含量分别为：3.6％～3.8％、0.2％～0.5％、0.03％～0.05％、＜0.02和0.035％～0.05％。

2.2 孕育效果

球墨铸铁件的孕育处理是为了消除球化处理后铁液中产生的大量自由渗碳体。铁液经孕育处理后的10～100s内处于饱和孕育状态，而后孕育效果出现衰退。其结果是渗碳体数量猛增，凝固后白口层的深度增加。

作者以前对孕育处理后至浇注完铁液停留时间与渗碳体的数量关系曾作过试验，其数据如表2。

注：1）试验铸件为摇臂，毛重2.7Kg，壁厚7～25mm。

        2）化学成分％：3.65C、2.72Si、0.35Mn、0.04P、0.018S、0.035RE、0.045Mg。

3）试样截取在本体上厚度15～20mm处。

2.3 金属炉料

2.3.1 某厂曾在一段时间内连续地在中小球墨铸铁件中出现渗碳体≥3％，虽对Si、RE进行了严格控制，并加强二次孕育，效果仍不佳，后发现是由于在该段时间内使用了含V的球墨铸铁回炉料所致。

据资料介绍，V在铸铁中的含量大于0.1％即以碳化物存在，如VC、V4C3。钒能促进珠光体形成，若V大于0.2％，则直径25mm的铸件中出现渗碳体。V 超过0.3％，有大量的渗碳体析出，强烈降低塑性、韧性。

2.3.2 球墨铸铁回炉料的管理与使用

合金球墨铸铁回炉料应单独堆放，不能使用在中小球墨铸铁件的生产中，否则也容易出现渗碳体。

2.3.3 废钢的管理与使用

合金废钢应单独堆放，不能使用在中小球墨铸铁件的生产中，否则也容易出现渗碳体。

2.4 热处理

铸件出现渗碳体，热处理时一般先进行高温石墨化退火处理，因此使热处理

工时费用增加。有时由于退火温度低、保温时间短，也很难消除铸件中的渗碳体。

2.5 开箱时间

根据经验，铸件开箱的迟早对形成大量渗碳体影响不大，一般开箱均在浇注后0.5～1h进行。因此，对铸件的白口及反白口的形成无明显影响。

3. 消除渗碳体的措施

3.1 控制Si、RE含量，由表1可知，中小球墨铸铁件的生产必须注意：

①＜2.5％Si时，易出现渗碳体。

②＞2.5％～3.2％Si，但＞0.05％RE仍会出现大量渗碳体。

③Y25mm单铸试块比本体试块渗碳体低10％左右。

④在2.5％～3.0％Si、＜0.04％RE情况下，Y25mm单铸试块与本体渗碳体均小于或等于3％。

因此，在生产中应注意控制≥2.5％～3.0％Si、0.030％～0.045％RE。

总之，以铸件不出现石墨漂浮为准尽量提高碳当量。在保证铁液球化良好的前提下，应当尽量减少稀土镁球化剂的用量，以降低铁液中残余稀土元素的含量。

3.2 加强孕育效果

薄壁中小球墨铸铁件采用一般的一次大剂量孕育是难以稳定获得合格铸态铁素体的。二次孕育改善了石墨成核条件，渗碳体析出受到一定限制，石墨球数的增多使共析转变中碳原子向石墨的沉淀扩散距离缩短，更有利于低碳相的铁素体析出。型内孕育可更有效地提高石墨形核条件，减小过冷度，消除渗碳体。

采用瞬时孕育和多次孕育的方法，使铁液处于饱和孕育状态时浇注，提高铁液的出炉温度并及时浇注。在浇口盆孕育时加0.05％硅铁粉末就可以将渗碳体消除。

结合实际情况，该厂中小球墨铸铁件重量轻，一包铁液浇注的铸型数量大，且习惯于将大包铁液转到手抬包中浇注，因此，在手抬包中撒上一定数量的硅铁粉（或小于3mm的细硅铁）进行二次孕育浇注效果理想。

中小球墨铸铁件最好不要安排在打炉前处理浇注，因为此时铁液成分不易掌握，铁液量不能保证，造成球化剂用量大（因规定数量的球化剂已预先装好），铁液中稀土元素含量高，且此时铁液出炉温度相对较低，这样就会影响二次孕育效果。若孕育硅铁熔化不均匀，又将造成新的铸造缺陷。

3.3 加强炉料管理

各种金属炉料必须清楚其来源及成分后方可使用，不明炉料最好不用于中小球墨铸铁件生产。

3.4 热处理

一般采用高温石墨化退火来消除渗碳体，高温石墨化退火曲线如下图。

高温石墨化退火工艺曲线

应用上述的高温石墨化退火工艺，一般能将小于10%的渗碳体消除，但有时效果也不理想。由于生产的限制，这方面的实验数据及经验很少，有待于进一步探索。

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