钨作为悬浮剂在钨铸铁生产中的应用

徐小光

摘 要：将工业钨用作悬浮剂，开展钨铸铁悬浮铸造实验。目的是为探讨悬浮铸造对钨铸铁带来的影响，具体涉及以下方面，分别为：致密度、显微组织、机械性能。据调查显示，和常规铸造相比较而言，钨铸铁经悬浮铸造以后，其显微组织更细化，就连产生缩孔缺陷的现象也很大改善，而且还可以在一定程度上提高钨铸铁的密度、硬度以及耐磨性。此外，还可以延长钨铸铁的使用寿命，具备较强的经济效益。

关键词：钨铸铁；悬浮铸造；探讨；分析；经济效益

中图分类号：TF593 文献标志码：A

通常情况下，都会用砂型、金属型对钨铸铁进行铸造。然而，上述方法在铸造过程中容易受到其他因素的影响，出现许多不必要的问题。比如，在凝固过程中，大部分铸件都会出现的问题。其中，钨铸铁之所以被破坏，就是因为出现缩孔。所以，必须选用适宜的铸造工艺，方便及时消除缩孔，这对于提高钨铸铁的抗破坏性能来说，具有非常重要的现实意义。据调查显示，运用离心铸造生产的低合金白口铸铁件，不仅可以在一定程度上提高铸件的密实度、硬度，而且，还能消除铸件的缩孔。只不过，离心铸造工艺只适宜生产圆筒形铸件或是球形铸件。当然，也可以选用压力铸造法来提高铸件的内部质量。但由于投资成本高、消耗大，所以，其应用范围也受到了影响。针对上述现象，就应选取一种合理、有效的铸造方法，除了提高钨铸铁件的质量以外，还必须节约成本。

1 悬浮铸造工艺的表现形式

早在20世纪60～70年代，悬浮铸造就已经被研发出来。该种方法是指铸件在浇注时，可以随着金属流，适当加入一定量的固态金属粉末，只要金属粉末的成分和金属液相似，就可以起到冷却的作用。换句话说，就是将金属液的热量吸收，改变铸件的凝固方式，以此达到细化晶粒、消除缩孔的目的，这样一来，就可以提高结晶取向的随意性。可若是固态金属粉末和金属液的化学成分不一样，就相当于变质剂。当前阶段，悬浮铸造工艺已被广泛应用于多个行业。据调查显示，如果将铁锰作为悬浮剂，就应浇注4m3，和高锰钢钢水浇筑方法相比较而言，后者的耐磨性得到显著提高。此外，应用85%的纯铁粉与15%的锰铁粉进行悬浮铸造，不仅可以细化晶粒，更能减少二次枝晶臂之间的距离，不断提高铸件的断裂韧性。据相关文献报道，悬浮铸造不光能让合金体的收缩值下降38.5%，同时还能简化铸造工艺的设计，从而进一步提高金属的有效利用率。

最近几年来，随着科学技术的快速发展，人们也开始对悬浮铸造工艺引起重视。相关文献报道，悬浮铸造可以让铸铁件的石墨化退火周期减少一半以上；此外，低铬白口铸铁经铁合金粉末悬浮处理以后，可以提高铸铁件的抗磨性。这表明，悬浮铸造方法不仅可以在一定程度上提高铸件的质量，而且还能提高其性能。

2 实验方法

2.1 悬浮剂的构成

一般来说，悬浮剂主要是由工业纯铁粉与钨铁粉组合而成。只不过纯铁粉的含量为90%，钨铁粉的含量仅为10%。其中，纯铁粉与纯钨粉的化学成分有以下几种，比如：硅、磷、硫、铁、锰。铁粉粒度为36～80目。紧接着，将铁粉在200℃的温度下烘干，适当加入悬浮剂。

2.2 钨铸铁悬浮铸造工艺

钨铸铁的化学成份控制范围：C为2.7%～3.1%，Si≤1.0%，Mn为0.6%～0.8%，P<0.05%，S<0.04%，W为2.0%～2.5%。应用中频感应电炉对钨铸铁进行熔炼，铁水出炉温度大约为1550℃～1585℃。铁水浇注到潮模砂铸型中，如此一来，就可以直接生产耐火制品模具。具体工艺如图1所示。

图（1）中，1代表浇口杯；2代表引导浇道；3代表悬浮杯；4代表悬浮剂漏斗；5代表直浇道；6代表型腔；7代表胄口；8代表砂型。此时，可以从模具本体选取样本进行测试。当然，在模具加工之前，还应进行软化退火处理，或者是在电阻炉内进行硬化热处理。

2.3 性能测试

通常情况下，开展冲击韧性实验，都是在摆锤式冲击实验机上。冲击荷载为146N，跨距30mm，测试样品的尺寸为10mm×10mm×50mm。实验结果为试样的平均值。其次，还应在冲击试块上，使用线切割机切割出15mm×10mm×7mm的试片；然后使用洛硬度计测定出硬度，计算其平均值。

如果开展磨损实验，就应在ML10型两体静载销盘磨损实验机上开展。一般来说，磨损过程大多是在载荷的作用下，此时，试样相当于砂纸，等走完螺旋线轨迹以后，就可以完成圆盘运动。实验荷载为2.5kg与3.0kg。当然，在开展实验之前，还应检查实验数据是否出现差错。通常情况，数据的标准误差不允许超过2.5%。

3 实验结果分析

3.1 悬浮铸造对显微组织以及宏观组织的影响

相比一般铸造与悬浮铸造的晶粒组织来说，结晶粒度更为精细，且铸件表面不存在柱状晶区。当进行常规铸造时，金属液的过热度与结晶潜热都有可能会通过铸型传递出。所以说，结晶会从型壁位置开始，在此期间，晶体会在金属液的内部长出，如同一个柱状晶，且中心位置会因温度而发生变化。只不过，冷却过程比较长，再加上铸件的断面晶粒组织比较粗大。当然，在悬浮铸造过程中，悬浮剂会吸收金属液的热量，增加结晶核心，最重要的是还可以缩短冷却时间，细化晶粒组织，消除柱状晶区。这样一来，铸件的断面都为等轴晶组织。也就是说，悬浮铸造不光可以细化钨铸铁的宏观组织与微观组织，而且还能缩小二次枝晶之间的距离。

3.2 悬浮铸造对致密度的影响

和一般铸造相比较来说，悬浮铸造不仅可以提高钨铸铁的密度，同时还能减少缩孔。当钨铸铁采用常规铸造法进行生产时，由于凝固温度的范围比较宽，以至于铸件出现多种问题，比如，缩孔、疏松等，甚至还会降低铸件的致密度。针对上述现象，就应尽快提高钨铸铁铸件的致密度。尤其是悬浮铸造时，由于悬浮剂的影响，金属液结晶形核，缩短了二次枝晶臂之间的距离，甚至还减少了补缩阻力以及缩孔，进而在一定程度上提高了铸件的致密度。

3.3 悬浮铸造对机械性能的影响

悬浮铸造对钨铸铁机械性能的影响分析，和一般铸造相比较来说，虽然会提高硬度与冲击韧性，但却不能提高铸件的硬度。相反，悬浮铸造不光可以提高钨铸铁的致密度，而且还能提高其硬度。

结论

（1）应用悬浮铸造方法生产钨铸铁铸件，除了可以细化组织以外，还能弥补缩孔、疏松等缺陷，提高机械的性能。（2）运用悬浮铸造方法生产耐火制品模具，可以有效延长铸件的使用寿命。（3）悬浮铸造属于一项投资少、收效快的新型工艺，应当引起广泛关注。

参考文献

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[3]李卫，曾绍连.含钨量对铸态290Cr26MoW耐磨铸铁组织和硬度的影响[J].铸造，2011（4）：405-408.