2025

砂型鑄造生產高強韌球墨鑄鐵工藝淺析

作者：

汪國昌

我公司目前生產的鑄態高強韌球墨鑄鐵有QT550-10、QT600-8、QT700-8、QT800-5，它們主要用來制造汽車上需要承受高機械應力的零部件，且使零件輕量化。

砂型鑄造生產鑄態高強韌球墨鑄鐵是一個系統工藝，其控制的核心在于成分、工藝、冷卻的協同控制。它要求自原材料到鑄件開箱時間都有明確的工藝目標并準確實施，不能單靠合金化、球化孕育處理等某一個工藝過程來實現。本文從成分設計、球化孕育、冷卻調控等關鍵環節出發，結合砂型鑄造特性，探討鑄態高強韌球墨鑄鐵的生產工藝及其對性能的影響。

一、成分的精準設計

鑄態高強韌球墨鑄鐵須通過成分調控直接獲得珠光體和鐵素體的平衡組織。碳當量（CE）通常控制在4.2%～4.5%，以兼顧流動性與收縮控制。具體的碳含量和硅含量需協同匹配，避免石墨漂浮或碳化物生成。為獲得符合工藝要求的成分，需從純凈爐料開始，特別要注意爐料中有害微量元素的控制，對于熔煉、球化和孕育工藝要精準控制，避免成分出現較大偏差，最終影響基體組織的平衡，從而使鑄件性能不穩定。

目前，公司承接的高強韌球墨鑄鐵件一般為輕量化后的薄壁鑄件，特別需要提升球化等級（石墨球數量、大小、形狀及分布均勻性）和加強孕育。一般來說，高強韌球墨鑄鐵的延伸率是比較難以穩定控制的，這就需要我們除了通過精準的成分設計控制鐵素體含量外，還必須做到提高鐵液的純凈度，減少或不用容易形成碳化物且容易偏析至晶界的元素。銅、錫、銻都是珠光體形成元素，單獨加銅、加錫、加銻都能獲得100%的珠光體。在鑄態高強度高塑性的球鐵中，單獨使用這些元素效果不如銅加錫，銅加銻。加銅后的球鐵，由于錫的加入，改變了銅的組織偏析狀態，使得銅元素在基體內分布變得很均勻，加入0.003%的銻后，增加了球數，減少了球墨直徑，提高了球化率，從而提高了機械性能，使組織得以均勻化，解決單加銅的組織不均勻導致伸長率不穩定，屈服強度低的問題。

要穩定生產高強度、高伸長率的材料，首先要保證基體組織中珠光體和鐵素體有一個較合適的比例，并通過控制其微量元素的含量、細化組織、對組織進行固溶強化等多項措施，來達到高強度和高伸長率的目的。

二、球化與孕育工藝控制

球化劑和孕育劑質量的好壞直接決定鑄件的性能，首先是兩種材料的規格型號必須符合工藝要求，特別是其中的Mg和稀土元素的含量；其次是加入工藝和加入量應滿足產品工藝要求，否則，其作用將大大降低。球化劑主要是促使鐵液中的C形成石墨球，Mg元素是主要的球化元素，稀土是輔助球化元素，起緩和反球化元素干擾的作用，同時還可提升球化率和凈化鐵液；孕育劑主要是細化基體并抑制碳化物的生成，為達到此目的球化孕育應在規定時間內完成，禁止出現衰退現象發生。

采用堤壩沖入法進行球化，其處理過程是一個復雜且精細的過程，其各種處理劑的放置順序、覆蓋嚴實程度、夯實程度都會影響鐵水的處理效果。甚至可以說采用沖入法進行球墨鑄鐵的球化孕育的成敗就是該工序決定的也不為過。

采用沖入法進行球化經常會忽視的地方如下：1.所選用的球化劑，孕育劑等處理劑的純凈度。因為其內含有的夾雜、氧化物無法通過球化處理后的扒渣除凈，最終進入鑄件引起缺陷。2.球化處理溫度應盡可能恒定，其溫度波動范圍應控制在±15℃。3.堤壩式球化包的深徑比和堤壩深是有要求的。一般深徑比≥1.5-2.0，堤壩在裝完處理劑后需在高處20mm以上。 4.球化包烘干烘透狀況。