RuT300蠕墨铸铁的工艺探究

2020-08-01

铸造设备与工艺 2020年3期

（潍柴重机股份有限公司滨海铸造厂，山东潍坊 261108）

蠕墨铸铁作为一种新型的铸造材料在发动机的关键零部件如气缸体、气缸盖上已得到应用，这是由于随着柴油机国家排放标准及节能要求的提高，其爆发力及燃烧峰压对发动机的关键零部件的材质及性能提出了更高的要求。蠕墨铸铁基体石墨形态介于片状和球状之间，具有接近于球墨铸铁的力学性能，同时又具有与灰铸铁相似的良好抗振性、导热性及铸造性能，且较灰铸铁具有更优的塑性和抗疲劳性[1]。

目前生产气缸体、气缸盖、曲轴箱毛坯牌号多为RuT400、RuT450，基体组织以珠光体为主，具有良好的强度、刚度、塑韧性，但成本较高。RuT300 牌号蠕墨铸铁具有塑韧性、热导率高，强度、硬度弹性模数降低，热应力积聚小，在高温中抗氧化和抗生长的耐热性好[2]等特点，也可应用于大型发动机气缸体。RuT300 基体组织以铁素体为主，具有较高的延伸率，不需要通过加入一定量合金或热处理来提高强度或硬度，成本较低。

1 制定合理的化学成分

依据RuT300 特点，并参考其他蠕墨铸铁牌号工艺生产的特点，最终确定化学成分。

1.1 碳当量

碳当量对力学性能的影响不像灰铸铁那样敏感，亚共晶成分有利于蠕铁的形成，但碳当量太高，初晶石墨析出太多，会出现石墨漂浮，ω（CE）一般为4.2%～4.5%.

1.2 硅

硅是促进石墨化元素，硅能使共晶温度升高。考虑RuT300 高延伸率及蠕化率问题，综合考虑，ω（Si）一般为2.1%～2.5%.

1.3 锰

在蠕墨铸铁蠕化过程中，硫和氧已经在镁和铈处理时被中和，或者结合成稳定的化合物，因此少量的锰可以作为合金元素而发挥作用，但RuT300 基体组织以铁素体为主，ω（Mn）一般不超过0.4%.

1.4 硫

硫是反石墨蠕化元素，属于有害杂质。电炉熔炼通过严格控制原材料，硫含量越低越好，越稳定越好，ω（S）一般控制在0.020%以下。

1.5 磷

磷不影响蠕化处理，但是属于有害元素，当磷含量超过质量分数0.07%时，基体内容易出现磷共晶，使断后伸长率急剧降低。ω（P）一般控制在0.06%以下。

1.6 铜

球墨铸铁中加入少量铜能显著提高珠光体数量，促进石墨化，细化共晶团，增加石墨球数量，提高蠕墨铸铁的强度和硬度，考虑铜的加入量一般控制在0.2%以下。

1.7 锡

在蠕墨铸铁中加入0.02%～0.06%质量分数的锡，可使基体组织中的珠光体数量明显增加，但加入量不能过多[3]。

2 熔炼工艺的控制

2.1 原材料的要求

在蠕墨铸铁生产中，需要控制一些微量元素的含量：如Ti、Pb 等，为了保证加工性能，减少刀具磨损，在蠕墨铸铁生产中的主要原材料要专用，制定专用标准。

2.1.1 蠕墨铸铁专用废钢

建议采用薄厚均匀，形状规整、种类稳定的低钛碳素钢（如Q235、Q255 等），要求ω（Ti）≤0.02%.

2.1.2 高纯生铁

低硫、低磷、低钛且稳定的高碳低硅的高品质生铁（如辽宁本溪生铁）。

2.1.3 蠕铁回炉料

需要经过抛丸处理且分类的蠕铁回炉料（或铁素体球铁回炉料）。

2.1.4 石墨化增碳剂

经过石墨化处理且低硫含量的增碳剂。

2.2 电炉熔炼

目前熔化铁水多为感应电炉，熔炼铁水具有白口倾向大，收缩倾向大，适合生产不同牌号铸件的特点。由于过冷倾向大的特点，需要高温静置，静置温度一般为1 510 ℃～1 540 ℃，高温利于渣上浮，能起到净化铁水的作用。但静置时间一般不要过长，过长会导致铁水氧化严重，一般静置时间5 min～20 min为宜。炉料的加料顺序和其它牌号炉料配料顺序一样即可，配料要控制回炉料加入比例，保证铁水成分符合工艺要求，电炉具体配料比例见表1.

表1 电炉铁料配料比例（质量分数，%）

2.3 原铁水化学成分控制范围

电炉熔化完毕后需要立即取样，要求精确检测原铁水化学成分，特别是硫含量，目前一般采用C-S分析仪和直读光谱仪对原铁水的化学成分进行检测，具体化学成分如表2.

表2 蠕墨铸铁原铁水化学成分控制要求（质量分数，%）

2.4 蠕化处理控制

为了精准控制，一般选用喂丝法生产蠕墨铸铁，根据出铁量多少、初浇温度高低及铁水运输时间，处理温度控制在1 460 ℃～1 520 ℃范围内较为合适。为了充分反应，喂线速度不应过快，在充分保证吸收率的前提下，喂线结束后反应时间不应低于1 min[4-5].

2.5 孕育处理控制

蠕墨铸铁孕育处理是为了消除蠕化元素（Mg、RE 等）引起的白口倾向，但孕育量过大，产生晶核多，有利于产生过多球状石墨，加入量一定要适当。孕育能细化组织，提高力学性能，一般选用喂丝过程孕育，不建议采用随流孕育。

3 试验的结果及应用

3.1 试块检测结果

按照以上制定的工艺对此浇注Y 型试块进行试验，试验结果达到了国标规定的要求，检测抗拉强度值不低于330 MPa，断后伸长率不低于3%（力学性能见表3）.Y 型试块断面金相结果见表4，典型的金相图片如图1 所示。试样的石墨和基体组织对比分析结果表明，RuT300 基体组织以铁素体为主，但加入适量合金能提高铸件性能，提高珠光体含量，满足RuT300 牌号要求。