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铸态高强度高韧性球墨铸铁生产技术李永红刘思明（安徽神剑科技股份有限公司安徽合肥 230022）摘要本文以铸态QT600-10材质生产技术为例，简要介绍了铸态高强度高韧性球墨铸铁件控制要点：在铸态通过控制影响力学性能的微观组织因素，满足球墨铸铁件高强度和高韧性的要求。
关键词铸态高强度高韧性；铸态QT600-10；合金化；铸态高强度高韧性球墨铸铁件，在满足特殊性能要求的基础上，减少了热处理环节，节约了中间运输成本，缩短了供货周期，是企业在制造过程中，努力追求的方向，特别是当前市场竞争激烈日趋白热化的环境下，可以有效减低企业生产成本，提高产品竞争力。
现结合本企业，在多年生产铸态高强度高韧性球墨铸铁件方面积累的经验，以QT600-10材质为例介绍其控制方法。
1 引言包括球墨铸铁在内的铸造合金的性能是由其含有一定成分的显微组织所决定的，要获得所需的性能，可以通过控制其显微组织，并使该组织中含有一定数量的合金强化元素。
通常强度与塑性之间始终存在矛盾，而随着对合金强化基体组织认识的加深，对于金属材料性能特殊要求的不断提高，要求球墨铸铁强度达到600MP以上，同时要求其具有很好的强韧性延伸率10%以上，通过热处理很难同时保证强度与韧性要求，通过控制影响显微组织的因素（化学成分，合金化，熔炼质量，球化孕育处理、壁厚条件、冷却速度等），可以满足铸态高强度，高韧性要求，现简单介绍其控制方法：2 化学成分的选择2.1 碳碳促进镁的吸收，改善球化、提高石墨球的圆整度；提高铁液的流动性，减少铸件的疏松缺陷和缩凹倾向；能够促进石墨化，减小白口倾向。
但是，过高的碳又容易产生石墨漂浮，使铸件综合性能降低。
因此将碳控制为3.5%~3.7%。
2.2硅促进石墨化元素，在球墨铸铁生产中由于硅的孕育作用，使珠光体和铁素体的比例改变：Si控制在2.0%~2.5%有利于珠光体组织的生成，而为了在保证强度达到600MP的基础上，延伸率达到10%，必须适当提高孕育效果，保证一定比例的铁素体组织，将硅控制在2.5%~2.8%。
飞轮的加工工艺流程通常涉及以下步骤：1. 原材料准备与检验：- 根据设计要求选取合适的原材料，如铸钢或锻钢。
- 对所选原材料进行严格的质量检查，确保其材质、尺寸以及表面无明显缺陷。
2. 初步成形：- 如果是铸造飞轮，那么需要制作模具并进行铸造加工，其中可能包括设计和放置型芯来形成内部结构（如内孔）。
- 铸造完成后，去除铸件毛边，并对铸件进行清砂处理。
- 若是锻造飞轮，则需对原材料进行切割、加热和锻造成接近飞轮形状的毛坯件。
3. 预加工：- 对初步成形后的飞轮毛坯进行粗加工，包括切割、打磨，去除多余部分，初步确定飞轮的基本轮廓。
4. 精密加工：- 使用数控机床（如车床、铣床）进行精密加工：- 在车床上进行车削操作，加工飞轮的外径、内孔（轴孔）等部位。
- 在铣床上铣削飞轮上的槽、平面或其他特征结构。
5. 热处理：- 对经过精密加工的飞轮进行热处理工序，例如正火、淬火、回火等，以改善其机械性能，增强耐磨性和韧性，同时消除铸造或锻造过程中产生的残余应力。
6. 精加工：- 进一步的精细加工，包括磨削、珩磨等，以保证飞轮的精度、尺寸稳定性和表面粗糙度符合设计要求。
7. 表面处理：- 可能会进行表面硬化处理、电镀、喷漆、防腐蚀处理等，以提高飞轮的耐腐蚀性、耐磨性和美观度。
8. 质量检验：- 完成所有加工工序后，对飞轮进行全面的质量检测，包括尺寸公差、形位公差、硬度测试、金相分析等，确保其完全符合设计标准和使用要求。
每个阶段都必须严格按照设计图纸和技术规范进行，以确保最终产品的质量和性能。
随着技术的发展，一些先进的制造工艺，如高速切削、增材制造等也可能被应用于飞轮的生产中。
厚大断面球墨铸铁的生产难点汇总，从化学成分的控制等四个方面来详细剖析联合铸造 2022-01-14 11:01球墨铸铁是一种具有优良机械性能的灰口铸铁。
一般在浇注之前，在铁液中加入少量球化剂（通常为镁、稀土镁合金或含铈的稀土合金）和孕育剂（通常为硅铁），使铁水凝固后形成球状石墨。
此种铸铁的强度和韧性比其他铸铁高，有时可代替铸钢和可锻铸铁（ｍａｌｌｅａｂｌｅｃａｓｔｉｒｏｎ），在机械制造工业中得到了广泛应用。
球墨铸铁在国外是１９４７年用于工业生产的。
一、球铁件生产难点此类铸件因断面厚大冷却缓慢，金属液体凝固时间长，铸件内部很容易产生缩松。
生产铁素体球墨铸铁时，为了获得较高的抗拉强度、屈服强度和延伸率，以往均要进行铁素体化热处理，热处理温度是根据铸态组织中是否存在游离渗碳体或珠光体，而采用900-950℃的高温热处理。
但生产成本高，工艺复杂，生产周期长，给生产组织以及交货期带来非常大的困难，这就要求必须在铸态下获得铁素体基体。
因此生产这种材料的难点主要有以下几方面：a．铸件要进行指定区域的射线探伤，如何解决铸件的内部缩松；b．如何保证在铸态下获得铁素体基体90%以上；c．如何使材料有足够的抗拉强度和屈服强度；d．如何获得足够的延伸率（>18%），在合金化处理后,获得规定的延伸率；c．采用最优的合金化处理工艺。
二、厚大断面铸态铁素体球墨铸铁件的质量控制技术1．化学成份的控制（1）C、Si、CE的选择由于球状石墨对基体的削弱作用很小，故球墨铸铁中石墨数量的多少，对力学性能的影响不显著，当含碳量在3.2%~3.8%范围内变化时，对力学性能无明显的影响。
所以过程中确定碳硅含量时，主要考虑保证铸造性能，将碳当量选择在共晶成分左右。
具有共晶成分的铁液的流动性能最好，形成集中缩孔的倾向大，铸件组织的致密度高。
但碳当量过高时，容易产生石墨漂浮的同时，一定程度上对球化有影响，主要表现在要求的残余Mg量高。
使铸铁中夹杂物的数量增多，降低铸铁性能。
铸态铁素体球墨铸铁件质量控制铸态铁素体基体球墨铸铁的生产有很多方面要加以注意，否则难以达到客户要求。
例如原材料的选择、熔炼工艺的制定、温度的控制、炉前球化孕育处理。
通过几年的摸索，对于生产球墨铸铁有了自己的一些经验，现加以介绍。
1、生产的基本条件1.1熔炼设备铸态铁素体球铁对原铁水的质量要求是：化学成分稳定，符合设计要求；好的冶金质量，洁净，无氧化现象；高的出铁温度（一般1500-1550℃）。
1.2造型设备球墨铸铁凝固时有石墨析出，膨胀量大，生产上可利用这一特点，采用刚性铸型，避免铸型胀大，获得致密、无缩孔，无宏观缩松的铸件。
2、原材料的控制2.1铸造生铁生铁应高碳低硅、低磷低硫。
干扰元素少。
但如含有干扰元素，就导致球化不良。
对石墨片粗大、渣气孔较多的生铁也就尽量不用或少用。
选定生铁时，首先要根据球铁的基体要求及回炉料用量来确定生铁的硅量(定牌号)。
其次，根据韧性要求和热处理与否限定锰量(定分组)。
生铁中的磷硫量则越少越好。
磷的分级和硫的分类，各种生铁的界定量不太一样。
球铁用生铁有特级磷(P≤0.05%)和特类硫(S≤0.02%)。
炼钢生铁有特类硫(S≤0.02%)，但磷一般较高。
铸造生铁没有特级磷和特类硫，其一级磷和一类硫分别为≤0.06%和≤0.03%。
因铁矿来源的不同，生铁中常含有Cu、Cr、Mo、Ti、Sn、Al、Pb、Bi、Te、Cd、Zn、As和Sb等微量元素。
其中As、Pb、Zn、Ti、Bi、Sb、Cd和Te等超过一定含量，或干扰球化，或生晶界脆性相，或生硬质点，从而影响着球化成败、球铁的韧性和切削加工性。
这些干扰元素的作用很复杂，它们共存时，有倍增效应或抵消作用，机理有待进一步研究。
为了控制干扰元素，需对生铁中微量元素总量(∑T)加以限制。
例如德国规定∑T≤0.0745%，日本规定为∑T≤0.089%，其中Ti不大于50%∑T。
我国目前一般约定为∑T≤0.1%，其中Ti≤0.045%。
厚大断面球墨铸铁件的质量影响因素及控制措施厚大断面球墨铸铁件一般指壁厚大千100mm的铸件，其自20世纪70年代开始出现。
随着球墨铸铁生产技术的不断提高，厚大断面球墨铸铁件的应用也愈加广泛，包括铁素体球铁和珠光体球铁，涉及到风电、核电、造船、冶金、重型机床等诸多领域。
目前，国内外很多生产企业都在积极研制厚大断面球墨铸铁件，典型产品有风力发电机组中的轮毂和机座、大型船舶柴油机的发动机缸体、核乏燃料储运容器、汽轮机轴承座等。
本文将结合国内外铸造行业生产、技术及科研人员的生产经验及研究成果，就厚大断面球墨铸铁件的质量影响因素及控制措施进行介绍。
1 厚大断面球墨铸铁件存在的问题由于厚大断面球墨铸铁件的尺寸大、壁厚，铸造时热容量大，凝固缓慢，极易造成元素偏析、球化衰退与孕育衰退，从而导致铸件的组织和基体发生变化，特别是在铸件的心部更加严重。
主要表现为石墨球粗大，石墨球数量少，石墨漂浮，石墨球产生畸变，形成各种非球状石墨，如碎块状、开花状和蠕虫状等。
同时由于凝固时溶质元素的再分配还会出现严重的元素偏析及晶间化合物、反白口、缩孔、缩松等一系列问题，导致铸件的力学性能变差。
如图1~图4所示。
2厚大断面球墨铸铁件的质量影响因素通过对生产及研究情况的分析归纳，表1列出了厚大断面球墨铸铁件常见问题的影响因素。
3厚大断面球墨铸铁件生产的控制措施（1）炉料的影响与控制厚大断面球墨铸铁件的生产多采用高纯生铁。
生铁中的微量元素总和低于0.1%，有利于获得成分合格的铁液，减少杂质元素晶界偏析的程度，削弱干扰元素对石墨球化的影响。
炉料中的废钢以优质碳素钢为宜，要严格控制P.S及微量元素含量，防止反球化元素及偏析元素过量。
表2列举了一些晶间化合物形成元素的临界含量。
(2)铁液成分的影响与选择由于厚大断面球墨铸铁件极易出现石墨漂浮、石墨畸变、球化衰退等缺陷，国内外的大量研究和试验表明，严格控制铁液的化学成分能够有效减少这些缺陷的产生。
大型球铁铸件的熔炼技术天乾重工铸铁厂年生产能力铸件3万吨，以大中型铸件生产为主。
自2008年投产以来主要生产风电铸件、大型机床件、注塑机模板、核电机壳、各种缸体等等。
在大断面球铁铸件的生产中也积累了雄厚的技术基础，在同行业和客户中获得了良好的口碑。
今年我分公司发展再上台阶，与国内一些著名企业结成了战略合作伙伴关系。
有三一集团、陕鼓集团、杭州创研、海天集团、沈阳机床、中国一重、中国二重、上海迎风等核心客户。
形成了单件铸件超过了120吨的生产能力。
中捷横梁长度13米，铸件毛重87吨，最大壁厚300mm。
技术要求导轨面硬度不低于175HB，球化等级大于3级。
是标准的大型球铁件。
牌号：QT500-7 属厚大断面铁素体+珠光体球墨铸铁熔炼设备：20T+40T中频电炉浇注设备：25T+40T铁水包球化处理浇注造型工艺：呋喃树脂砂砂箱造型补缩工艺：外冷铁+自补缩容易产生的问题：球化衰退，石墨漂浮，碎块状石墨，反白口，缩松缩孔，中心部位石墨球数减少。
关键词：球墨铸铁，大断面，吨位大，球化等级，硬度，预处理一：原辅材料选用1 选用优质高纯生铁，生铁应属共晶成分，避免过共晶成分以避免生成过共晶的粗大石墨。
微量元素总量≤0.1%，Ti≤0.04%，微量反球化干扰元素的总量＜0.1%。
干扰元素分为两大类，一类是消耗球化元素型干扰元素，例如硫；另一类是晶间偏析型干扰元素，包括锡，锑，砷，铜，钛，铝等等。
在共晶结晶时，这些元素富集在晶界，促进碳在共晶后期形成畸形的枝晶状石墨。
P含量要求≤0.03%，避免产生磷共晶。
P 既显著升高塑-脆转变温度，又强烈降低球墨铸铁的上限冲击功，P对球铁的脆化危害作用主要是形成磷共晶（三元磷共晶，二元磷共晶）。
所以成为裂纹的发源地，同时加剧球墨铸铁的缩松倾向。
S含量要求≤0.015% 国内产自本溪和林州的生铁干扰元素少纯净度高，故适合生产大型球铁铸件。
2废钢选用纯净低锰低磷低硫无铁锈无涂层的碳素钢。
