高強(qiáng)度與收縮一直是矛盾存在,，分享高強(qiáng)度灰鑄鐵的收縮傾向技術(shù)

高強(qiáng)度與收縮一直是一對矛盾,，生產(chǎn)高強(qiáng)度的鑄件,，收縮傾向大,，收縮問題如果不能很好解決,，應(yīng)付產(chǎn)生大量的收縮廢品缺陷,。解決材料的收縮問題,，總的原則是要有較高的碳硅當(dāng)量,。高碳硅當(dāng)量加合金化的工藝比低碳硅當(dāng)量少加合金的工藝收縮傾向小，因此,，應(yīng)當(dāng)在選擇高碳硅量前提下,，開發(fā)提高性能的新技術(shù)。

減少收縮具體的措施可以從以下方面考慮：

⑴促進(jìn)石墨化的工藝措施是減少鐵液收縮措施,。

電爐熔煉：增碳技術(shù)的應(yīng)用是解決鐵液收縮的關(guān)鍵技術(shù),。由于鐵液凝固過程中的石墨析出產(chǎn)生石墨化膨脹作用，良好的石墨化會(huì)減少鐵液的收縮傾向，因此,，增碳技術(shù)工藝,。

由于加入增碳劑提高了鐵液的石墨化能力，因此,，采用全廢鋼熔煉加增碳劑的工藝,，鐵液的收縮傾向反而更小。這是非常重要的一個(gè)觀念轉(zhuǎn)變,，傳統(tǒng)的觀念是認(rèn)為多加廢鋼會(huì)增大鐵液的收縮傾向,，這樣我們就容易走入一個(gè)誤區(qū)，不愿意多用廢鋼,，而喜歡多用一些生鐵。

多用生鐵的缺點(diǎn)是：生鐵中有許多粗大的過共晶石墨,，這種粗大的石墨具有遺傳性,，如果低溫熔煉，粗大的石墨難以消除,，粗大的石墨從液態(tài)遺傳到了固態(tài),，使凝固過程中本來由于石墨析出應(yīng)該產(chǎn)生的膨脹作用削弱，因此使鐵液凝固過程中的收縮傾向增大,，粗大的石墨又必然降低了材料的性能,。因此，與用廢鋼增碳工藝相比,，大量用生鐵的缺點(diǎn)就是：

①強(qiáng)度性能低,。

同樣成分做過對比試驗(yàn)，性能低半個(gè)排號,。

②收縮傾向大,。

同樣條件下，比廢鋼增碳工藝收縮大,。

對于電爐熔煉,，增碳技術(shù)的核心是使用高品質(zhì)的增碳劑。采用廢鋼增碳工藝,，增碳劑就成為增碳工藝中重要的環(huán)節(jié),。增碳劑質(zhì)量的好壞決定了鐵液質(zhì)量的好壞，增碳工藝能否獲得好的石墨化效果,，減少鐵液收縮,，主要取決于增碳劑：

① 增碳劑一定要選用經(jīng)過高溫石墨化處理的增碳劑。,。

只有經(jīng)過高溫石墨化處理,，碳原子才能從原來的無序排列變成片狀排列，片狀石墨才能成為石墨形核的核心，促進(jìn)石墨化,。

②好的增碳劑含硫都非常低,，w(S)小于0.03%是一個(gè)重要的指標(biāo)。

對于沖天爐熔煉：高溫熔煉關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo),，高溫熔煉可以有效消除生鐵粗大石墨的遺傳性,。高溫熔煉可以提高滲碳率，減少配料中的生鐵加入量,。以滲碳方式獲得的碳活性好,，要比多加生鐵帶來的碳有更好的石墨化作用，反映在鑄件上,，就是石墨的形態(tài)更好,，分布更均勻。石墨的形態(tài)好,，就會(huì)提高材料的性能,，包括切削性能，而 石墨化效果好,，就能減少鐵液的收縮傾向,。

⑵提高原鐵液的硅量，控制孕育量,。

灰鑄鐵中的硅一部分是原鐵液中的硅,，一部分是孕育帶入的硅。

許多人喜歡原鐵液中的硅低點(diǎn),，然后用很大的孕育量孕育,，這種做法并不科學(xué)：大量的孕育是不可取的，這會(huì)增大收縮傾向,。孕育是為了增加結(jié)晶核心的數(shù)量,，促進(jìn)石墨化，少量的孕育（0.2%～0.4%）就可以達(dá)到這個(gè)目的,。從工藝控制來說,，孕育量應(yīng)該相應(yīng)穩(wěn)定，不能有過大的變化,。這就要求原鐵液的硅量也要相應(yīng)穩(wěn)定,。提高原鐵液的硅量，既可以減少白口和收縮傾向,，又能發(fā)揮硅固溶強(qiáng)化基體的作用,，性能反而不降低。目前比較科學(xué)的做法是提高灰鑄鐵原鐵液的含硅量,，孕育量控制在0.3%左右,，這樣可以發(fā)揮硅的固溶強(qiáng)化作用,，對提高強(qiáng)度有利，也對減少鑄件收縮有利 ,。

⑶合金化的方法對鐵液收縮有很大影響,。

合金化能有效提高鑄鐵的性能，我們常用的合金元素是鉻,、鉬,、銅、錫,、鎳,。

鉻：鉻能有效地提高灰鑄鐵的性能，隨著加入量的增加,，性能會(huì)一直提高,。鉻的白口傾向比較大，這是大家顧忌的問題,。加入量太大,，會(huì)出現(xiàn)碳化物。至于鉻量的上限如何控制,，不同的加鉻工藝，上限有所不同,，如果鉻加入到原鐵液中,，其上限不要超過0.35%，提高原鐵液中的鉻量會(huì)使鐵液白口傾向和收縮傾向加大,，非常有害,。

另一種加鉻的工藝不是提高 原鐵液鉻是，而是將鉻加入到鐵液包中,，用沖入法沖入,，這種工藝會(huì)大大減少鐵液的白口和收縮傾向，同前一種工藝相比,，同樣的鉻量,，白口和收縮傾向會(huì)減少一半以上，這種加鉻方式,，鉻的上限可以控制到0.45%,。

鉬：鉬的特性與鉻非常相似，不再作具體描述,。由于鉬的價(jià)格昂貴,，加鉬會(huì)大幅度增加成本。因此,，應(yīng)盡可能少加鉬,，多加一些鉻。

用沖入法加鉻、加鉬是減少合金化收縮的有效措施,。

⑷鐵液澆注溫度對收縮的影響,。

溫度高鐵液收縮傾向大，這是大家都有的經(jīng)驗(yàn),。要控制澆注溫度在合理的范圍內(nèi)是非常重要的,，澆注溫度如果高于工藝規(guī)定的合理的溫度20～30℃，收縮傾向就會(huì)大幅增加,。生產(chǎn)中要注意這樣一種現(xiàn)象,，沒有自動(dòng)保溫功能的電爐，可能會(huì)使鐵液溫度升高,，di一包鐵液的澆注溫度會(huì)低一些,，隨后溫度會(huì)越來越高，如果不加以控制,，就有可能產(chǎn)生收縮廢品,。生產(chǎn)中di一包鐵液要燙包，燙好的包再用,，而且di一包鐵液澆注溫度要控制在下限,，不要在上限，防止溫度不斷升高,。電爐熔煉控制好澆注溫度,，是防止鑄件產(chǎn)生收縮廢品的關(guān)鍵措施。

⑸鐵液氧化傾向不容忽略：氧化大,、收縮大,。

鐵液氧化傾向大是非常有害的，也會(huì)增大收縮傾向,。為了降低鐵液氧化,，沖天爐熔煉就要實(shí)現(xiàn)快速熔煉。現(xiàn)在國外的電爐熔煉技術(shù)可以做到加入的鐵料在幾分鐘內(nèi)快速熔化,，大大縮短了鐵料在高溫氧化階段的時(shí)間,，氧化傾向大幅降低，同時(shí)由于電爐增碳技術(shù)的應(yīng)用,，使鐵液的氧化進(jìn)一步降低,，所以電爐熔煉也可以生產(chǎn)出低氧化,、低收縮的鐵液,。只要嚴(yán)格控制好澆注溫度,，用電爐熔煉生產(chǎn)復(fù)雜的缸體、缸蓋鑄件也很有優(yōu)勢,。

HT250及高牌號灰鑄鐵的生產(chǎn)技術(shù)

隨著柴油機(jī)功率的增大，對灰鑄鐵缸體,、缸蓋材料的性能要求也不斷提高，從HT250的牌號,，提高到HT300,，甚至達(dá)到HT350，以滿足大功率的需要,。這給生產(chǎn)帶來了相當(dāng)大的難度,。常規(guī)的提高材料性能的一些工藝措施會(huì)增大鑄鐵的收縮傾向，產(chǎn)生過高的廢品率,。

蠕墨鑄鐵是大功率柴油機(jī)缸體,、缸蓋材料的發(fā)展方向，但蠕墨鑄鐵的切削性能差,，同灰鑄鐵相比相差2～3倍,，這是制約蠕墨鑄鐵應(yīng)用的很關(guān)鍵的問題,。另外,，如何保鑄件不同壁厚都能有很好的蠕化率,，這方面還沒有過關(guān),，仍需研究。

HT300灰鑄鐵缸體我們已經(jīng)可以穩(wěn)定生產(chǎn),，對HT350及更高牌號灰鑄鐵的生產(chǎn)技術(shù),，我們也正在進(jìn)行開發(fā)研究，采取的措施是在保持高碳硅量的基礎(chǔ)上,，采用變質(zhì)處理技術(shù),，不增加合金用量,，但可以獲得非常高的強(qiáng)度,，鐵液的收縮傾向仍然很小。

具體做法是：原工藝碳硅當(dāng)量（CE）約為4.0%，合金含量（wB）為0.2%Cr,0.3%Mo,0.5%Cu,0.04%Sn,試棒性能可以達(dá)到HT350,。

由于鉬成本太高,，我們開發(fā)了新的變質(zhì)處理技術(shù),，用GF3580變質(zhì)劑進(jìn)行處理,，在不加鉬鐵的情況下，試棒性能超過加鉬,，性能達(dá)到了HT400以上。同時(shí)考察了鐵液的白口和收縮傾向,，由于碳硅量較高,，而合金量并沒有增加，所以鐵液白口和收縮傾向不大,，這就很好地解決了強(qiáng)度和收縮的矛盾,。

該技術(shù)目前正在進(jìn)行批量生產(chǎn)驗(yàn)證試驗(yàn)，許多方面需要進(jìn)行考核,，還不能說是成熟的技術(shù),。但從現(xiàn)有的技術(shù)指標(biāo)來看,，灰鑄鐵在不增加鐵液收縮傾向的前提下，提高性能仍然有很大的潛力,，當(dāng)HT350及更高牌號灰鑄鐵生產(chǎn)技術(shù)可以生產(chǎn)復(fù)雜缸體,、缸蓋時(shí)，鑄鐵的生產(chǎn)技術(shù)將會(huì)產(chǎn)生重大飛躍,。