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摘要：本文研究的一种球墨铸铁件，其抗拉强度超过420MPa，伸长率超过7%，屈服强度超过320MPa，硬度在150—210HB范围内，铸件壁厚区间为42—180.5mm之间，属于大断面球铁件。由于该铸件中最大与最小壁厚的差距较大，且对屈服强度的要求较高，要想铸造出符合上述要求的铸件，务必要注重生产工艺问题。
关键词：高屈服强度；球墨铸铁件；生产
引言：
高强度球墨铸铁件的生产主要采用合金化强化基体组织的方式获得。在该构件的生产中，虽然生铁、合金等原材料中包含强化基体组织的合金元素，但铸态球墨铸铁的伸长率往往较低，因此具有较强的铸造难度。本文将针对球墨铸铁件的生产过程进行分析与研究。
1.原材料准备与成分
在目前的生产过程中，采用5t/h两排大间距酸性冲天炉，其出铁温度大约为1450℃，采用1t浇包冲入法来完成球化处理。在处理过程中，温度始终保持在1430—1450℃之间，借助优质原材料使材料来源得以稳定，对硫含量进行严格控制，具体操作为：
（1）球化剂：使用GB4138-84的FeSiMg8RE3，孕育剂采用硅钡符合孕育剂、75硅铁，其中硅钡孕育剂的化学成分包括：Ba、Si、Ca、Al；
（2）新生铁：最为理想的配置为Q10生铁当中，硅含量不超过2%、磷含量不超过0.1%、硫含量不超过0.05%；在球体废品、浇冒口方面，将其分类放置并注明名称、化学成分，由于其中含有大约0.03%的硫，当生铁、焦炭中硫含量提升时，可以利用90%的回炉料与10%的生铁调配至适当比例的熔制原铁液，利用其来生产球铁；
（3）焦炭：在炉料进行熔化、过熱的过程中，焦炭属于增硫的主要来源。在焦炭当中，硫含量较多、体积较小、孔隙越大的增硫量越多。要想使铁液流量降低，最为行之有效的方式便是利用低硫焦炭。如若一定要用高硫焦炭，则最好使用低硫生铁，以此来减少铁液流量。对于硫含量较高的生铁、土焦来说，应采用炉内脱硫的方式，适当的加入一些萤石来提高炉渣碱度，促使铁液中的硫向渣快速扩散。
2.熔炼、球化及孕育处理
2.1熔炼
在球铁件生产过程中，将65%的生铁与35%的碳素废钢加入到金属炉料当中，利用中频炉进行熔炼，由于其中生铁的含量较高，为了去除其中石墨特性，使铁液变得更加纯净，应对铁液进行过热处理，保持处理温度在1480—1500℃之间，持续10min左右，便可将温度降低到1445—1455℃之间，进行下一步球化处理工作。
2.2球化与孕育
2.2.1球化剂的选择
在对球化剂的选择上，与铁液质量息息相关。由于原铁液中蕴含的硫量不尽相同，因此应选择含稀土量不同的球化剂，即便使用电炉熔炼，若是生铁中的杂质过多，当原铁水中S的含量超过0.03%时，则最好采用FeSIMg8RE7球化剂；如若S的含量不超过0.03%，则采用低稀土FeSiMg8RE5球化剂。球化剂的质量不但与化学成分有较大关联，与粒度之间也存在一定联系，在生产过程中，粒度越大，溶解速度越慢，反应熔化时间越长，很容易导致铁液表面被烧毁，影响镁的吸收与球化效果。同时，由于球化剂中的粒度较小，在比例上更应严格控制，加之铁水温度较高，很容易直接烧毁，如若温度低则又可能被氧化。因此，在生产过程中应根据球化包大小、温度来确定球化剂的力度。通常情况下，使用300kg左右球化包，处理温度在1510—1540℃之间，在球化剂粒度上选择5—30mm左右即可。
2.2.2球化处理
通常情况下，使用冲入法完成球化处理，堤坝高度设置在100—200mm左右，将球化剂放入到与炉体相接近的一侧以后，将0.4%的粒度加入其中，并覆盖在球化剂上，覆盖厚度大约为3—8mm，利用铁叉岛平，然后再将厚度在8mm左右的压板放置上面捣平，这样做能够使镁的回收率增加25%左右，保障球化剂的使用量占铁水重量的1.0%—1.2%之间。在球化反应过程中，时间大约在100—120s左右，在这过程中铁水应尽可能的避免与球化剂发生直接接触，球化方式应该是在铁水为1/3时才正式开始球化反应。由于电炉熔炼中的铁水含量较低，加上表面活度较大，因此氧化的概率较高，待到球化反应完毕后，应极快利用集渣剂覆盖，并转包孕育，处理后的铁水也应在第一时间浇注完毕，防止球化温度降低，对产品质量产生不良影响。通常情况下，应以铸件大小为依据，所等待的浇注时间小于8分钟。
2.2.3孕育处理
使用较为频繁的孕育剂通常为75FeSi，为了获得最为理想的孕育效果，对硅量进行合理控制，应结合生产条件，进行二次孕育。在孕育过程中，利用冲入法将0.4%左右的孕育剂添加到球化剂的表面，粒度为3—8mm左右，在冲入铁液过程中对其进行球化处理，同时发生孕育反应，在浇筑之前对铁水进行转移，使其从球化包转移到浇注包当中，将0.2%—0.3%的粒度注入其中，以此来完成二次孕育，极大的降低孕育衰退现象，使孕育效果得到显著提升。
2.3浇注与开箱
为了达到更加良好的孕育效果，避免孕育衰退，在铁液完成球化反应后的18min内完成浇注工作，使浇注温度保持在1330—1350℃之间。为了避免铸件在浇注完毕后发生开裂现象，铸件开箱温度应不超过300℃。
3.生产过程控制与结果
3.1控制过程
在对球墨铸铁件进行生产的过程中，要想使其屈服度、强度符合规定标准，则需要在确保良好球化的基础上，对基体组织中的铁素体含量进行严格把控。其主要的生产过程控制内容包括：
（1）控制铁液温度，一旦铁液温度过高，则会导致其剧烈犯浑，镁的吸收率降低，孕育衰老加快，对球化反应产生不良影响；如若铁液的温度过低，则会导致铁液的起爆较慢，甚至不发生反应。因此要严格控制铁液的温度，尽量将其控制在1430—1450℃之间即可。
（2）在生产过程中，粒度越大，溶解速度越慢，反应熔化时间越长，很容易导致铁液表面被烧毁，影响镁的吸收与球化效果。控制铁液中硅、碳的含量，坚持“高碳低硅”的原则；
（3）严格控制镁、RE的含量，确保二者的比例大于1；
（4）保障原材料质量、来源可靠，加强对硫含量的控制；
（5）由于球化剂中的粒度较小，在比例上更应严格控制，加之铁水温度较高，很容易直接烧毁，如若温度低则又可能被氧化。因此，在生产过程中应根据球化包大小、温度来确定球化剂的力度。
对此，应加大对炉料的管理力度，在对方、加料时应明确标记，保障称量的准确性。具体为：生铁，最佳配比为：Si含量小于2%、P含量小于0.1%、S含量小于0.05%，吨位大于50t，为球铁质量稳定提供切实保障。球铁废品：单独放置且注明化学成分；不合理球化剂或者粒度不超过5mm的合金，应单独放置，利用2.0%左右的加入量去除球铁液，对砂箱球墨铸铁件进行浇注。
3.2研究结果
经过探伤与力学性能检测后，发现铸件性能与表面质量已经能够充分满足技术要求，在对试块的划分成分、力学性能等相关项目进行测试后，各项指标如下：化学成分中：Si的含量为2.83%、Mn的含量为0.48%、P的含量为0.037%、S的含量小于0.01%；在力学性能方面：Rp0.2的数值为335MPa、Rm为445MPa；A为9.5%、HB为164。
结论：综上所述，通过本文的研究可知，对于壁厚相距较大的球铁铸件来说，在生产过程中为了确保其质量，可采用外冷铁来降低壁厚差；在生产高屈服强度的球铁铸件时，应尽可能的增加终硅含量；在球铁件生产过程中，将少量的锰加入其中，能够与孕育剂结合起来，不但能够减少锰的偏析，还能够使孕育效果得到显著提高。
参考文献：
[1]赵书城.高强度/高韧性铸态汽车球墨铸铁件生产技术[J].中国铸造装备与技术，2015（1）：7-10.
[2]刘斌.张印生，锻压机械产品铸态高强度球墨铸铁件的铸造生产[J].中国铸机，2016（6）：34-37.
[3]孟祥锋.铸态高韧性球墨铸铁件的成分控制及熔炼工艺分析[J].铸造技术，2016（1）：117-119.
关键词：高屈服强度；球墨铸铁件；生产
引言：
高强度球墨铸铁件的生产主要采用合金化强化基体组织的方式获得。在该构件的生产中，虽然生铁、合金等原材料中包含强化基体组织的合金元素，但铸态球墨铸铁的伸长率往往较低，因此具有较强的铸造难度。本文将针对球墨铸铁件的生产过程进行分析与研究。
1.原材料准备与成分
在目前的生产过程中，采用5t/h两排大间距酸性冲天炉，其出铁温度大约为1450℃，采用1t浇包冲入法来完成球化处理。在处理过程中，温度始终保持在1430—1450℃之间，借助优质原材料使材料来源得以稳定，对硫含量进行严格控制，具体操作为：
（1）球化剂：使用GB4138-84的FeSiMg8RE3，孕育剂采用硅钡符合孕育剂、75硅铁，其中硅钡孕育剂的化学成分包括：Ba、Si、Ca、Al；
（2）新生铁：最为理想的配置为Q10生铁当中，硅含量不超过2%、磷含量不超过0.1%、硫含量不超过0.05%；在球体废品、浇冒口方面，将其分类放置并注明名称、化学成分，由于其中含有大约0.03%的硫，当生铁、焦炭中硫含量提升时，可以利用90%的回炉料与10%的生铁调配至适当比例的熔制原铁液，利用其来生产球铁；
（3）焦炭：在炉料进行熔化、过熱的过程中，焦炭属于增硫的主要来源。在焦炭当中，硫含量较多、体积较小、孔隙越大的增硫量越多。要想使铁液流量降低，最为行之有效的方式便是利用低硫焦炭。如若一定要用高硫焦炭，则最好使用低硫生铁，以此来减少铁液流量。对于硫含量较高的生铁、土焦来说，应采用炉内脱硫的方式，适当的加入一些萤石来提高炉渣碱度，促使铁液中的硫向渣快速扩散。
2.熔炼、球化及孕育处理
2.1熔炼
在球铁件生产过程中，将65%的生铁与35%的碳素废钢加入到金属炉料当中，利用中频炉进行熔炼，由于其中生铁的含量较高，为了去除其中石墨特性，使铁液变得更加纯净，应对铁液进行过热处理，保持处理温度在1480—1500℃之间，持续10min左右，便可将温度降低到1445—1455℃之间，进行下一步球化处理工作。
2.2球化与孕育
2.2.1球化剂的选择
在对球化剂的选择上，与铁液质量息息相关。由于原铁液中蕴含的硫量不尽相同，因此应选择含稀土量不同的球化剂，即便使用电炉熔炼，若是生铁中的杂质过多，当原铁水中S的含量超过0.03%时，则最好采用FeSIMg8RE7球化剂；如若S的含量不超过0.03%，则采用低稀土FeSiMg8RE5球化剂。球化剂的质量不但与化学成分有较大关联，与粒度之间也存在一定联系，在生产过程中，粒度越大，溶解速度越慢，反应熔化时间越长，很容易导致铁液表面被烧毁，影响镁的吸收与球化效果。同时，由于球化剂中的粒度较小，在比例上更应严格控制，加之铁水温度较高，很容易直接烧毁，如若温度低则又可能被氧化。因此，在生产过程中应根据球化包大小、温度来确定球化剂的力度。通常情况下，使用300kg左右球化包，处理温度在1510—1540℃之间，在球化剂粒度上选择5—30mm左右即可。
2.2.2球化处理
通常情况下，使用冲入法完成球化处理，堤坝高度设置在100—200mm左右，将球化剂放入到与炉体相接近的一侧以后，将0.4%的粒度加入其中，并覆盖在球化剂上，覆盖厚度大约为3—8mm，利用铁叉岛平，然后再将厚度在8mm左右的压板放置上面捣平，这样做能够使镁的回收率增加25%左右，保障球化剂的使用量占铁水重量的1.0%—1.2%之间。在球化反应过程中，时间大约在100—120s左右，在这过程中铁水应尽可能的避免与球化剂发生直接接触，球化方式应该是在铁水为1/3时才正式开始球化反应。由于电炉熔炼中的铁水含量较低，加上表面活度较大，因此氧化的概率较高，待到球化反应完毕后，应极快利用集渣剂覆盖，并转包孕育，处理后的铁水也应在第一时间浇注完毕，防止球化温度降低，对产品质量产生不良影响。通常情况下，应以铸件大小为依据，所等待的浇注时间小于8分钟。
2.2.3孕育处理
使用较为频繁的孕育剂通常为75FeSi，为了获得最为理想的孕育效果，对硅量进行合理控制，应结合生产条件，进行二次孕育。在孕育过程中，利用冲入法将0.4%左右的孕育剂添加到球化剂的表面，粒度为3—8mm左右，在冲入铁液过程中对其进行球化处理，同时发生孕育反应，在浇筑之前对铁水进行转移，使其从球化包转移到浇注包当中，将0.2%—0.3%的粒度注入其中，以此来完成二次孕育，极大的降低孕育衰退现象，使孕育效果得到显著提升。
2.3浇注与开箱
为了达到更加良好的孕育效果，避免孕育衰退，在铁液完成球化反应后的18min内完成浇注工作，使浇注温度保持在1330—1350℃之间。为了避免铸件在浇注完毕后发生开裂现象，铸件开箱温度应不超过300℃。
3.生产过程控制与结果
3.1控制过程
在对球墨铸铁件进行生产的过程中，要想使其屈服度、强度符合规定标准，则需要在确保良好球化的基础上，对基体组织中的铁素体含量进行严格把控。其主要的生产过程控制内容包括：
（1）控制铁液温度，一旦铁液温度过高，则会导致其剧烈犯浑，镁的吸收率降低，孕育衰老加快，对球化反应产生不良影响；如若铁液的温度过低，则会导致铁液的起爆较慢，甚至不发生反应。因此要严格控制铁液的温度，尽量将其控制在1430—1450℃之间即可。
（2）在生产过程中，粒度越大，溶解速度越慢，反应熔化时间越长，很容易导致铁液表面被烧毁，影响镁的吸收与球化效果。控制铁液中硅、碳的含量，坚持“高碳低硅”的原则；
（3）严格控制镁、RE的含量，确保二者的比例大于1；
（4）保障原材料质量、来源可靠，加强对硫含量的控制；
（5）由于球化剂中的粒度较小，在比例上更应严格控制，加之铁水温度较高，很容易直接烧毁，如若温度低则又可能被氧化。因此，在生产过程中应根据球化包大小、温度来确定球化剂的力度。
对此，应加大对炉料的管理力度，在对方、加料时应明确标记，保障称量的准确性。具体为：生铁，最佳配比为：Si含量小于2%、P含量小于0.1%、S含量小于0.05%，吨位大于50t，为球铁质量稳定提供切实保障。球铁废品：单独放置且注明化学成分；不合理球化剂或者粒度不超过5mm的合金，应单独放置，利用2.0%左右的加入量去除球铁液，对砂箱球墨铸铁件进行浇注。
3.2研究结果
经过探伤与力学性能检测后，发现铸件性能与表面质量已经能够充分满足技术要求，在对试块的划分成分、力学性能等相关项目进行测试后，各项指标如下：化学成分中：Si的含量为2.83%、Mn的含量为0.48%、P的含量为0.037%、S的含量小于0.01%；在力学性能方面：Rp0.2的数值为335MPa、Rm为445MPa；A为9.5%、HB为164。
结论：综上所述，通过本文的研究可知，对于壁厚相距较大的球铁铸件来说，在生产过程中为了确保其质量，可采用外冷铁来降低壁厚差；在生产高屈服强度的球铁铸件时，应尽可能的增加终硅含量；在球铁件生产过程中，将少量的锰加入其中，能够与孕育剂结合起来，不但能够减少锰的偏析，还能够使孕育效果得到显著提高。
参考文献：
[1]赵书城.高强度/高韧性铸态汽车球墨铸铁件生产技术[J].中国铸造装备与技术，2015（1）：7-10.
[2]刘斌.张印生，锻压机械产品铸态高强度球墨铸铁件的铸造生产[J].中国铸机，2016（6）：34-37.
[3]孟祥锋.铸态高韧性球墨铸铁件的成分控制及熔炼工艺分析[J].铸造技术，2016（1）：117-119.