铸态球铁传动轮的生产和质量控制

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摘要：采用中频感应炉合金化熔炼，潮模砂造型及高温开箱工艺，生产出QT600-3铸态球铁传动轮；铸件球化优良，金相组织均匀，力学性能合格，缩短了生产周期，降低了成本，稳定了铸件的内在质量。

关键词：铸态球铁合金化 高温开箱 金相组织力学性能

中图分类号：O213.1 文献标识码：A 文章编号：

中图分类号：O522 文献标识码：A 文章编号：

传动轮是我厂为外国某公司生产的球墨铸铁件，铸件单重60KG、直径250mm、最大厚度160mm。其力学性能、球化率、尺寸精度、表面质量等均有严格要求。具体指标为：牌号QT600-3、硬度190—230HBW、球化率大于90%、渗碳体小于3%，表面无石墨飘浮层。

球墨铸铁QT600-3的基体组织是珠光体加铁素体，可通过正火工艺获得，也可通过铸态合金化工艺获得。正火获得的铸件，铸件的组织和性能常常不均匀。而合金化生产的铸件同正火工艺相比，具有节约能源、缩短生产周期，降低成本等优点。同时，铸态球铁组织均匀，避免了铸件高温氧化、变形等缺陷。过去QT600-3的生产多采用正火调整组织性能的工艺，出现珠光体含量不稳定、硬度等性能波动大问题。因此，研究解决铸态球铁生产工艺是稳定传动轮内在质量的关键。

铸件成分的选择与控制

球墨铸铁件的化学成分与组织、力学性能及铸造性能具有密切的关系，选择合适的化学成分是保证生产优质铸件的前提。

（1）碳碳能促进石墨化，减少白口化倾向，可以促进镁的吸收，改善球化效果，提高石墨圆整度，增强铁水流动性，减少铸件的缩松等缺陷。但碳过高又容易产生石墨飘浮，使铸件的力学性能降低。一般碳含量控制为3.20-3.40%。

（2）硅硅明显促进石墨化，减少白口化倾向，增加铁素体数量，改善塑性，硅可以固溶强化铁素体，使屈服点和强度提高。但硅同时显著提高球铁的脆性转变温度。QT600-3属于珠光体--铁素体球铁，其强度、硬度的提高主要依靠基体中珠光体。所以，为保证基体中珠光体的比例和铸件的塑性和韧性，含硅量不宜过高，一般选定在2.0-2.3%。

（3）锰锰是稳定和增加珠光体元素，提高铸件的强度和硬度，但降低塑性和韧性，同时锰易偏析，在共晶团边界极易形成碳化物，降低铸件力学性能。综合考量，锰控制为0.5-0.7%。

（4）硫硫与镁和稀土有很强的亲和力，消耗铁液中的球化元素，形成硫化镁、稀土硫化物夹渣，降低球化率。因此，铁液中硫含量高是造成球化元素残留

量少而导致球化不良的主要原因。另外，硫含量高还

容易使铸件产生皮下气孔、夹渣等缺陷。要求原铁液中硫含量必须小于0.03%。

（5）磷磷在铁液中溶解度很低，易产生偏析，在共晶团边界形成磷共晶，降低铸件的塑性、韧性和强度，磷要求小于0.06%。

（6）镁和稀土在铁液中镁起主要球化作用，稀土起辅助球化作用并起到净化铁液和抗球化干扰作用。稀土镁含量不宜过低，否则易球化衰退，过高同样球化不良，并使铸件白口倾向加大，皮下气孔增多、产生夹渣等缺陷。一般选定镁残留量0.03—0.05%、稀土残留量0.02—0.04%。

（7）铜在球铁中加入铜后珠光体数量剧增，铸件强度、硬度大幅提高，但过高的铜会导致脆性增加。QT600-3中铜一般加入量为0.5-0.7%为宜。

（8）铬铬强烈促进形成碳化物，稳定珠光体，提高强度和硬度。一般加入量为0.2%左右。

（9）钛球铁铸件中常存在一些非特意加入的微量元素如钛等，主要由生铁和废钢中带入。钛干扰球化，在共晶团边界析出脆性相，影响加工性能。因此，对钛应严格控制，一般要求钛含量小于0.05%。

综合分析各元素的影响，我们根据生产实际经验确定了传动轮的化学成分，见表1。

表1QT600-3传动轮成分设计（%）

二、原辅材料选择

（1）生铁 选用Q10或Q12球生铁，硫、磷、钛等含量越低越好，干扰元素总量控制≤0.1%。

（2）废钢 选用成分稳定的Q235或20碳素钢料头和边角料，一般厚度要求大于5mm,，表面必须无油漆油污、锈蚀。

（3）增碳剂 生铁中粗大的过共晶石墨具有遗传性，熔炼温度低时粗大石墨不宜消除，会从液态遗传到固态铸件中，降低铸件强度及性能，凝固时石墨化膨胀作用削弱，致使铁液凝固过程收缩倾向增大。为降低生铁用量，用大量废钢加增碳剂以保证碳量。以渗碳方式获得活性好、石墨化作用明显的碳，使铸件石墨形态良好，力学性能提高，收缩倾向小。实际生产中选用废钢加增碳剂法，不仅可以提高产品质量，同时可降低生产成本。实际生产中使用碳含量大于90%的增碳剂即可，增碳剂按配比或碳当量要求随炉料加入炉内中下部，不可在包内增碳。

（4）球化剂 选用球化效果好、抗衰退能力强的低稀土球化剂。我们选用牌号FeSiMg8Re3的稀土镁合金，球化剂加入量为1.5—1.8%，球化剂块度要求大小均匀，一般为10—25mm.。

（5）孕育剂 球化处理是为了使石墨成球状，而孕育处理则为了促使石墨析出，并有辅助石墨成球能力，孕育处理的主要目的是消除镁、铈等反石墨化元素造成的白口倾向，为石墨形核提供条件，增加石墨球数，细化共晶团，提高铸件性能。 传动轮的生产采用二次孕育工艺，一次孕育使用普通75SiFe，加入量1%左右，覆盖在球化剂上面。二次孕育采用锆孕育剂随流孕育，加入量为0.1%。

（6）铜铬锰金属材料 铜的加入采用含铜量99.9%紫铜板加入，铬的加入使用高碳铬铁，含铬量为55%；锰使用含锰量65%的低磷锰铁。

三、检测设备

采用进口直读光谱仪ARL3460控制炉前成分，电子吊钩称控制出铁水质量，用一次性热电偶快速测出出铁温度和浇注前浇包内铁水温度，用红外线测温仪测定瞬时浇注温度，炉前金相快速检测球化率，电子拉力试验机检测强度和塑性指标，布氏硬度计检测硬度。

四、生产工艺过程

（1）配料和熔炼

采用进口3T/h中频感应炉熔炼,炉料按下表2配制，炉料加入顺序为生铁、废钢、增碳剂、回炉料、锰铁、铬铁、铜板。熔炼温度1500-1520℃，出铁水温度控制1460℃，原铁水成分按表3控制，根据光谱检测结果，添加废钢或增碳剂等及时调整铁水成分。

表2炉料配比 单位KG

表3 原铁水成分控制范围（%）

（2）球化处理

使用1600KG的专用浇包，每炉2包铁水，冲入法球化处理，在包底一侧装填1.5%的球化剂，球化处理温度1460℃，并采用盖包法处理，以降低污染和提高镁的吸收率。

（3）孕育处理

采用二次孕育工艺，首次孕育采用普通75硅铁，粒度大小为40--60mm，加入量1%，覆盖在球化剂上；二次孕育采用随流孕育，选用长效锆孕育剂，粒度为0.5mm,加入量为0.1%，在浇注机上自动加入孕育。浇注温度控制为1420—1440℃，过高会产生石墨漂浮，过低会出现气孔和针孔。

（4）开箱时间

在确定了熔炼、造型和浇注工艺后，进行小批量生产验证，发现铸件硬度、强度波动较大，珠光体数量相差很大，需通过正火处理解决，但正火处理不仅成本较高，生产周期加大，同时正火自身也存在组织不均、氧化变形等缺陷。为此，我们从冷却速度对铸件组织影响入手，采用高温开箱正火工艺。根据生产实际得出铸件在型腔内约700℃时开箱可获得50%左右的珠光体含量，具体是铸件浇注后约90分钟时开箱，此时可获得较好的组织配合，同时铸件温差较小，热应力也小，铸件强度、硬度适中，优于正火组织。

结语:

根据铸件技术要求，合理采用合金化熔炼、炉前球化、孕育处理工艺，控制开箱时间，生产出传动轮

铸件QT600-3，此产品质量稳定，成本低廉，提高了企业经济效益。

参考文献:

1.《现代铸铁》2013.1

2.《铸造》2013.2