球墨铸铁反白口倾向工艺机理

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Si-Ba复合孕育技术消除

摘要：球墨铸铁厚大铸件在铸造生产过程中经常出现反白口现象，导致基体组织恶化和机械性能下降，而且不易加工，Si-Ba复合孕育技术可以有效减缓球墨铸铁的孕育衰退，从而改善基本组织和机械性能。

关键词：Si-Ba复合孕育技术；球墨铸铁；反白口

中图分类号：TB文献标识码：A文章编号：1672-3198（2012）06-0188-02

0 前言

辽源矿业集团泵业公司是生产煤矿排水泵的专业制造公司，在铸造生产过程中所生产的泵体类铸件经常因出现球墨铸铁的反白口现象而报废，对产品质量影响较大。本文从以下几部分阐述Si-Ba复合孕育技术消除球墨铸铁反白口倾向的成因机理及工艺过程。

1 泵体类球墨铸铁铸件的结构特点及铸造工艺性能

煤矿排水泵所用的泵体球墨铸铁铸件材质为QT700-2，最大重量达1.2吨，最大壁厚达90mm，结构比较复杂，由于特殊的铸件结构而造就了特殊的铸造工艺性能。

1.1 凝固特点

球墨铸铁的共晶转变需要在一个较大的温度区间才能完成，由此就使球墨铸铁有一个十分重要的凝固特性，在凝固过程中断面上存在相当宽的液一同共存的同时凝固区域，这使球墨铸铁具有了一些特殊的铸造性能，对铸造工艺也就提出了相应的要求。

1.2 收缩性

由于球墨铸铁的凝固特点和铸件的特殊结构决定了该铸件具有特殊的收缩性，主要取决于化学成份、浇注温度和铸型条件，在化学成份和铸型条件固定的条件下，铸件的收缩性能与浇注温度关联很大，浇注温度越高铸件的收缩倾向越大。

1.3 缩孔和缩松

由于球墨铸铁的“粥状凝固”特点所决定，在浇注后较长时间铸件的厚壁处外壳不够结实，因而由于石墨化所产生的体积膨胀，就使铸件外形胀大，加上内部的液态收缩和凝固收缩得不到充分的补充，就会在铸件最后凝固的地方形成缩孔或缩析。

1.4 反白口倾向

反白口倾向即在铸件的断面上出现与正常的断面相反的现象，在铸件厚大部位缓冷区域出现白口或麻口组织，反白口现象的部位基体组织中含有较多的碳化物，因而导致该部位的力学性能降低，而且机械加工难度增大。

2 球墨铸铁反白口组织的形成机理

近年来，对球墨铸铁的微区成分分析表明，成分偏析处是导致组织差异的主要原因，尤其是在大断面球墨铸铁铸件中，其成分偏析现象更为严重，在共晶团边界常富集的有锰、铬、钼、钒、钛、稀土等形成碳化物的元素以及磷、硫、锡、锑、铋、砷等低熔点元素，这些元素富集在共晶团边界稳作正偏析，而在共晶团内部，沿石墨球周围则富集硅、铜、镍、铝等促进石墨化的元素，这种偏析称作负偏析，另外，在没有合金元素的情况下，也会在球墨铸铁中发现硅呈负偏析和锰正偏析的情况，球墨铸铁中含硅量越高，则硅的偏析也就越严重。根据Fe-C-Si相图分析，在接衡条件下，先结晶凝固的则是高硅相，后结晶凝固的是低硅相，因而形成为白口组织，因此，在缓慢冷却是部位则会出现白口组织（或者是麻口组织）。

在出现硅负偏析的同时，还会出现碳化物形成元素在共晶团边界的正偏析，特别是由于球化剂中的稀土元素，它们易形成碳化物，因而在铸件缓慢冷却的部位出现稀土元素的富集，并形成碳化物导致白口倾向加大，使反白口现象加剧，此外，在慢冷的中心部位也会出现孕育衰退现象，这也导致了反白口程度加剧。

3 Si-Ba复合孕育技术改善球墨铸铁反白口组织的作用机理探讨

对球墨铸铁来说，当铁水中加入球化剂和孕育剂后，这些加入物的质点是增加了大量新的结晶核心，形成一部分高熔点的化合物，当它们的结晶构造和晶格常数与石墨的晶格常数基本相似时，可以起到非均质晶核的作用，因而促进石墨化，细化初晶组织。

另外，当球墨铸铁的铁水中加入孕育剂后，在新加入的质点周围形成许多微观的浓度起伏和温度起伏，从而生成许多石墨结晶核心，由于浓度起伏和温度起伏的共同作用，新的质点具备了石墨以过共晶形式析出的条件，因而可以促进石墨化。随着孕育时间的推移，低温微区的温度逐渐回升，同时孕育质点随着温度上升加快溶解和扩散，都可以导致上述浓度起伏和温度起伏的减弱和消失，从而出现孕育衰退。

Si-Ba复合孕育技术可以有效延缓孕育衰退的时间并且增加结晶核心的数量，因而可以有效改善球墨铸铁组织中的返白口倾向。

4 Si-Ba复合孕育技术主要工艺要点

4.1 化学成份控制

（1）碳当量。

泵体类厚壁球墨铸铁铸件选择的牌号为QT700-2，最大壁厚为90mm，经过正火处理基体组织以球光体为主，碳当量应控制在4.3～4.5％；碳当量过高着容易出现石墨漂浮。

（2）硅：终硅量控制在2.0％～ 2.5％；

（3）锰：锰含量控制在0.4％～ 0.6％以下；

（4）硫：原铁水硫的含量控制0.06％以下；

（5）磷：原铁水磷的含量控制在0.08％以下；

（6）镁残余量：控制在0.03％～ 0.05％；

（7）稀土残余量：控制在0.02％～ 0.04％。

4.2 浇注温度

控制应该控制在1400℃ ～1420℃以上，浇注温度低于1400℃易造成夹渣和气孔缺陷。

4.3 孕育处理工艺

（1）Si-Ba复合孕育剂主要成分组成。

Si（65％ ～70％）；Ca（0.8 ～2.0）；Ai（1.8％～2.5％）；Ba（4％～6％）。

（2）孕育剂粒度。

铁水包容量在1-2吨，炉前一次孕育粒度5～10mm；，瞬时孕育粒度在1～3mm。

（3）Si-Ba复合孕育剂加入量。

一次炉前复合孕育剂加入量为铁水量的1.0-1.8％；瞬时孕育加入量为铁水量的0.8-1.2％，瞬时孕育应设计在浇筑系统中完成效果更佳。

5 Si-Ba复合孕育处理对组织的改善

运用Si-Ba复合孕育技术使得球墨铸铁的金相组织和机械性能明显改善，消除了基体组织中的反白口倾向，提高了球墨铸铁的球化率及石墨球的圆整度，并且细化基体组织晶粒，各项性能均达到规定标准，见表1。

Si-Ba复合孕育处理后的机械性能及金相组织（QT700-2）

6 结论

运用Si-Ba复合孕育技术处理球墨铸铁可以延缓孕育衰退，从而促进球墨铸铁的石墨化和细化基体组织晶粒，消除球墨铸铁的反白口倾向，经过生产实践证明，在复合孕育剂中加入适量的Ba、Ca比单独使用Si-Fe孕育剂的孕育衰退时间明显延缓，铸件的机械性能和加工性能得到明显改善。

参考文献

［1］陆文华主编.铸铁及其熔炼［M］.北京：机械工业出版社，1981．

［2］李庆春主编.铸件形成理论基础［M］.北京：机械工业出版社，1982．