炉前快速金相球墨大小不均的影响因素

王丽萍

(哈尔滨理工大学材料科学与工程学院，黑龙江哈尔滨150080)

摘  要：采用金相观察法研究了球墨铸铁炉前快速金相球墨大小不均的影响因素。结果表明：碳当量高是引起炉前快速金相中球墨大小不均的主要原因，炉前快速金相球墨大小不均的出现有一个临界碳当量值(wCE},wCE值低于临界值则不出现球墨大小不均，wCE高于临界值则出现球墨大小不均，且随wCE值增大球墨大小不均程度增加，同时降低浇注温度和加入微量元素Bi，可使炉前快速金相球墨大小不均程度降低。

关键词：球墨铸铁；炉前快速金相；球墨大小不均

目前，铸态球铁的生产已稳定化，但对炉前快速金相中出现球墨大小不均，致使炉后铸件上出现石墨漂浮问题，其形成原因及影响因素远不清楚。针对此问题，本文讨论了炉前快速金相球墨大小不均的影响因素，炉前快速金相中的球墨大小不均与石墨漂浮的内在联系将另文介绍。

1  实验方法

碳当量(wCE)高是引起炉前快速金相中球墨大小不均的主要原因。为了考察碳当量的影响，按表1成分进行研究。

取每种成分的合金10kg，在酸性高频感应电炉中过热到1550℃，保温10min后铁水出炉，利用冲入法进行球化处理。在预热的铁水包中加入质量分数为1.8%的球化剂，上面覆盖质量分数为0.8%的75#SiFe进行包底孕育，再用珍珠岩覆盖。球化反应结束后，扒除铁水表面浮渣，然后在铁水表面加入质量分数为0.2%的微粒状75#SiFe并加以搅拌，进行孕育。铁水温度降至1400℃时，浇注直径10mm,长50mm的圆柱棒做炉前快速金相试样，然后浇注大方块和阶梯试块以备考察石墨漂浮(后续文章中讨论)。当温度降至1300℃时，再浇注一个直径为10mm，长为50mm的圆柱棒做炉前快速金相试样，考察浇注温度的影响。

对出现球墨大小不均较严重的成分，炉前冲入法加入质量分数为0.02%的Bi，其他工艺不变，考察微量元素Bi的影响。

2  实验结果及讨论

2.1 wCE的影响

从浇注温度为1400℃、球化剂加入量质量分数1.8%，孕育工艺为包底孕育(质量分数为0.8%的75#Si-Fe)和瞬时孕育(质量分数为0.2%的75#Si-Fe)的一组试样金相观察可见，球墨大小不均与碳硅当量有很好的对应关系，如表2。可见，在wcE<4.66%时，炉前快速金相试样中不出现球墨大小不均(如图la),而当wcE=4.66%时，开始出现球墨大小不均，此时大球墨数量较少，且大小球的直径差也较小(如图1b)。此后随wCE的增大，炉前快速金相中大球数增多，大小球的直径差也增大(如图lc)，球墨大小不均程度增加，当wCE=5.20%时，炉前快速金相中不仅存在球墨大小不均，而且还出现了半开花、开花状石墨(如图1d)。从上述分析可见，与石墨漂浮的出现类似，炉前快速金相球墨大小不均的出现，也有一个临界碳当量值，本试验条件下wCE为4.66%。

本组试样的含硫量、残余镁量和残余稀土量(球化处理工艺相同)、铁水的过热温度和浇注温度、孕育剂种类和处理工艺不变，此时石墨的形核条件主要取决于wCE值，wCE值增大铁水由亚共晶至共晶、过共晶。铁水处于亚共晶和共晶时，无初生石墨析出，铁水过冷到共晶温度以下，石墨以共晶形式析出，石墨同时析出、同时长大，因此石墨球大小均匀，无大小球缺陷产生。当wCE值大于4.66%时，铁水处于过共晶，液相中有初生石墨出现，优先于共晶凝固过程而有更长的生长时间，这些石墨就比共晶石墨要大，而且wCE值越大，过共晶程度越大，初生石墨数越多，碳的质量浓度差越大扩散速度越大，液相中的石墨长大速度也越大。因此随wcE值增大，大球数增多，大球与小球的直径差增大，球墨大小不均程度增加。可以推测：炉前快速金相中一旦出现大球墨，说明液相中有初生石墨、铁水已处于过共晶，因此可以根据炉前快速金相中球墨大小不均现象，来判断铁水是否是过共晶成分。

2.2 浇注温度的影响

在碳当量、球化和孕育工艺等因素不变时，炉前快速金相球墨大小不均也与浇注温度有关。图2显示的是同一炉铁水((wCE=4.82%,wsi=2.51%)不同温度浇注的两个快速金相试样的照片，其中图2a是在球化处理后立即浇注的试棒中的照片，而图2b为浇注完阶梯试块、三角试块、光谱试块后，温度降低到1300℃时浇注的试样的照片。可见，浇注温度降低。可使炉前快速金相中大球墨数减少，大小球墨直径差减小，球墨大小不均匀程度降低。而且，温度降低小球数量随之增加，这与有关文献的报道是一致的。

2.3 微量元素Bi的影响

在碳当量、浇注温度、球化和孕育工艺相同时，加人wBi=0.02%后炉前快速金相中球墨大小不均程度降低，如图3。

3  结论

1) 经过大量的金相分析，表明碳当量高是引起炉前快速金相中球墨大小不均的主要原因，球墨大小不均的出现有一个临界碳当量值(本试验条件下为wCE=4.66%),wCE值低于临界值不出现球墨大小不均,wCE高于临界值出现球墨大小不均，且随wCE值增大球墨大小不均程度增加。

2) 浇注温度的降低，可使炉前快速金相球墨大小不均程度降低。

3) 微量元素Bi的加人，可使炉前快速金相球墨大小不均程度降低。