微量锡的加入对铸铁影响的试验研究

宋 伟 ，张蕾蕾 ，宋 鹏

（1.太原理工大学材料科学与工程学院，山西太原 030024；2.太原重型机械配件厂，山西 太原 030024）

近年来，随着冶金、矿山、建材、农机、煤炭、电力及工程机械等行业的迅速发展，人们对提高铸铁性能的研究不断深入，各国学者对提高铸铁各方面性能进行了大量的研究工作，但是单独加锡对铸铁性能影响的研究甚少。

有许多重要的耐磨铸铁件，如活塞环、缸套、活塞或轴瓦等，过去采用普通铸铁或球墨铸铁制造。采用各种方法，但是珠光体量不稳定，不耐磨，屈服强度不能满足弹力的需要，有的铸件不但硬度不均匀，还会部分产生硬质点，难于机加工，返工的废品较多，而且珠光体量少而粗，寿命较低。锡作为微量合金元素加入铁水，能否改善铸铁的基体，使珠光体量显著增长，组织均匀和细化，并能提高珠光体在高温下的稳定性。总之，为了比较系统地对微锡铸铁的组织和性能加以综合研究，根据上述思路，我们进行了一系列的试验。

1 试验

1.1 试验材料

试验所用材料为：共晶和过共晶球墨铸铁，以及亚共晶和过共晶灰铸铁铁；99.9%纯锡片。

1.2 试验设备

型号为SSG2—12—16的坩埚电阻炉；拉力试样按GB977—B型标准试样的金属铸型及干、湿砂型；石墨坩埚

1.3 试验方法

采用传统的包内冲入孕育方法，按要求熔化出符合成分的铁水，以铁水重量0.01%～0.1%的99.9%纯锡片，加入铁水包中（试验时用另外一个坩埚代替），铁水冲入，然后浇注。

1.4 试验条件

为了保证试验条件的一致性，避免因材料、设备及试验条件的不同而产生的误差，材料都是一次性采购，并经过化验确定了成分。设备提前调试校准，以保证试验的相对准确。

2 试验结果及讨论

2.1 锡对形成珠光体的助长作用

为了验证微量锡对铸铁珠光体的助长作用，在共晶和过共晶球墨铸铁，以及在亚共晶和过共晶灰铸铁铁水中，加微量锡实验，结果是：加锡（Sn）0.03%，可使共晶球墨铸铁由50%珠光体量增长到80%；锡（Sn）增加到0.05%，珠光体量变化不大；锡（Sn）增加到0.1%，基体全部变为珠光体。过共晶球墨铸铁加锡（Sn）0.05%，珠光体量由50%增长到75%；锡（Sn）增加到1%，珠光体量也增长为100%；亚共晶灰铸铁在未加锡（Sn）时，珠光体量仅60%，加锡（Sn）0.06%，可使珠光体量达到95%；锡（Sn）再增加至0.08%，珠光体量为100%。过共晶灰铸铁在无锡时铁素体为60%，加锡（Sn）0.06%，即可使珠光体量达到95%，锡（Sn）一直增加到0.1%珠光体量并无改变，不过珠光体片变的更加细化。试验数据见表1.

表1 锡（Sn）对珠光体量的影响

2.2 锡（Sn）对形成碳化铁的影响

利用不同成分的铁水，加入不同量的锡，对激冷深度进行试验，证明微量锡不会引起自由渗碳体，在加锡（Sn）0.1%以内时，用亚共晶和过共晶铁水浇注的15 mm×25 mm（底×高）的三角试片白口深度没有明显的改变，检验50多个试样的内部组织，没有发现任何渗碳体的痕迹。

为了进一步验证锡（Sn）对激冷铸件渗碳体的影响，再用亚共晶和过共晶铁水浇注断面为5 mm×7 mm（底×高）的激冷试块（湿型，）加锡（Sn）由0.03%到0.1%，均未发现任何白口组织。因此，微量锡（Sn）的加入是不会产生自由渗碳体的。

2.3 锡（Sn）对孕育的作用

微量锡不但不会促成渗碳体的生长，而且往往对铸铁起孕育作用。微锡的孕育作用，表现在对石墨形状、尺寸和分布的改变，但不增加铁素体量（反而大大减少），这是与其他孕育剂（例如硅（Si））等不同之点。

如果锡对铁水起孕育作用，则在已经充分孕育的高硅铁水中再加锡时，就会使石墨片变粗大，也可能使已经球化了的铁水中石墨的球化程度变坏。当然，锡对孕育不完全的铁水来说，的确能够起补充孕育的效果，使石墨得以改善。例如表1中序号4的过共晶铁水，加锡由0.02%增加0.1%，石墨片逐渐增厚，石墨金相见图1a）、b）；表1中序号2的球墨铸铁，无锡时的石墨球化率为95%，加锡0.06%以后，变为 70%金相组织见图 1c）、d）.

图1 金相组织

因此，用微量锡取代硅铁等作为铸铁的孕育剂，经过实际验证，不但可以在较高碳当量的铸铁成分中显著地提高铸铁的硬度和强度，而且改善了铸造性能，稳定了铸件质量，处理操作方便安全，是一种比较实用的工艺。

表2 是表明采用不同孕育剂和不进行孕育处理的铁液的一些初步的比较。

4 结论

微量锡对孕育不完全的铁水来说，的确能够起补充孕育的效果，使石墨得以改善。由于锡作为珠光体基本的稳定剂，也会提高铸铁的物理和机械性能，因此考虑到用微量的锡作为铸铁的加入剂是可以部分地取代硅铁、硅钙等孕育剂的。经过验证，也证实了这点结果：微量锡不但能作为珠光体的稳定剂，而且还能稍微改变石墨基体的形状，改善铸铁的铸造性能，减少了由于硅铁等其他孕育剂给铸铁所带来的一些疵病，显著地提高了铸铁的质量，降低了废品率。此外，又发现碳当量较高的铸铁成分，可获得较高的铸铁硬度和机械性能，破除以往认为要提高铸铁的硬度，就要尽量降低铸铁的碳硅含量等的看法。

表2 用锡和硅铁作为加入剂对铸件性能的比较

用锡作为加入剂来处理铸铁，在实际生产上也是比较简便安全的，只要熔化出符合铸铁要求成分的铁水，当铁水冲入包中时，只有白烟和少量沸腾现象（不注意时不会发现）铁水表面无渣，加上覆盖物，既可浇注。但锡在铸铁中的含量必须不少于0.01%，但也不要超过0.1%，才能起稳定珠光体基体的作用。因此，对微锡铸铁的工艺控制，一般为加锡（Sn）0.06%～0.08%.

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