蠕墨鑄鐵與傳統(tǒng)材料灰鑄鐵

表2蠕墨鑄鐵與傳統(tǒng)材料灰鑄鐵、鋁合金的力學(xué)性能對(duì)比(20°C)性能單位GJV450GJL250GJV300A390.0抗拉強(qiáng)度MPa450250300275彈性模量GP長率%1-2001旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞(20C)MPa210110125100旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞(225C)MPa20510012035熱導(dǎo)率W/m-K364639130熱膨脹系數(shù)10-6K-112121218密度g/cc7.17.17.12.7硬度BHN10-3000215-255190-225215-255110-150四.蠕墨鑄鐵的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于蠕墨鑄鐵早在1984和1987年，我國就制訂了蠕墨鑄鐵一金相與蠕墨鑄鐵件行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并在1999年進(jìn)行了修訂，但至今還沒有國家標(biāo)準(zhǔn)。盡管我國把蠕墨鑄鐵作為一種材料來進(jìn)行研究和應(yīng)用要早于國外(例如二汽的蠕墨鑄鐵排氣管、無柴的蠕墨鑄鐵缸蓋)，發(fā)表的論文也多達(dá)600多篇，這是件十分遺憾的事情。德國在2002年5月，由德國鑄造協(xié)會(huì)制訂了蠕墨鑄鐵的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，編號(hào)為W50⑵。在此基礎(chǔ)上現(xiàn)制訂了國際蠕墨鑄鐵標(biāo)準(zhǔn)。在此標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，石墨主要以蠕墨存在就算蠕墨鑄鐵，但規(guī)定在鑄件的主要壁厚，蠕墨數(shù)量要大于80%。由于壁厚會(huì)影響到蠕墨數(shù)量，故進(jìn)一步規(guī)定，在整個(gè)鑄件上不允許出現(xiàn)片狀石墨外，在鑄件其它次要部位的蠕墨數(shù)量可以有變動(dòng)，也即低于80%，但鑄造企業(yè)認(rèn)為蠕墨量也不應(yīng)低于60%，也可和鑄件使用方協(xié)商一致。為取得純粹蠕墨鑄鐵的特殊性能，瑞典在活塞環(huán)上應(yīng)用就要求蠕墨數(shù)量大于90%[7]。對(duì)于排氣管，由于系統(tǒng)重量支撐和利用排氣熱量促進(jìn)點(diǎn)火系統(tǒng)的要求，規(guī)定蠕化率50%以上就可，以便獲得更高的強(qiáng)度。而對(duì)于缸體、缸蓋鑄件則要求80%以上的蠕化率，確保理想的鑄造性能、切削性能與熱傳導(dǎo)的綜合優(yōu)良性能，同時(shí)又能確保不產(chǎn)生片狀石墨而引起的軟點(diǎn)。同時(shí)又要求90%的基體珠光體保證有足夠的強(qiáng)度。在化學(xué)成分中又要求TK0.02%以防止碳化物的形成，有好的切削性能。

和我國一樣，該標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)單鑄試樣（加工過）的抗拉強(qiáng)度，對(duì)蠕墨鑄鐵進(jìn)行分級(jí)。如表4所示共分五級(jí)，每級(jí)抗拉強(qiáng)度差50MPa，也即和灰鑄鐵、球墨鑄鐵的分級(jí)一樣。和我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相比（見表5），我國也為五級(jí)，表4 ISO蠕墨鑄鐵的分級(jí)及力學(xué)性能牌號(hào)抗拉強(qiáng)度。bMPa屈服強(qiáng)度。02MPa斷裂時(shí)的伸長率%硬度HBW30GJV—300300?375220?295N1.5140?210GJV—350350?425260?335N1.5160?220GJV—400400?475300?375N1.0180?240GJV—450450?525340?415N1.0200?250GJV—500500?575380?455N0.5220?260但級(jí)差為40MPa，整個(gè)強(qiáng)度性能要比國外訂低一級(jí)。同時(shí)還沒有國外缸體所要求的450強(qiáng)度等級(jí)牌號(hào)。在硬度上，我國允許硬度范圍大，且高值硬度也高。這表明，國外用蠕墨鑄鐵更注重它的強(qiáng)度性能，同時(shí)又要求它有較好的機(jī)械加工性能。表5 我國蠕墨鑄鐵的分級(jí)（JB/T4403—1999）牌號(hào)抗拉強(qiáng)度。MPa屈服強(qiáng)度。 MPa斷裂時(shí)的伸長率%硬度值范圍不小于Ru4204203350.75200?280Ru3803803000.75193?274Ru3403402701.0170?249Ru3003002401.5140?217Ru2602601953121?197德國有一公司，它可生產(chǎn)合金蠕墨鑄鐵，表6是其企標(biāo)規(guī)定的性能。這表面整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)要求要比我國高，工廠所做工作更為細(xì)，要求更高（硬度值差僅HB20）。表6坎潑公司的合金蠕墨鑄鐵性能牌號(hào)金相組織硬度HB30室溫性能。樸°0.2,Mpa6，%GJVSiMo4.5?6.0鐵素體+珠光體+特殊碳化物205?225>550>470>2780°C性能彈性模量MPa熱導(dǎo)率，W/mK。『MPa°0.22,Mpa6，%20C500C600C>70>60>35140000423432線脹系數(shù)，X10-6凝固收縮%Ac「C20?200C至800C至815C121313.50.75855五.蠕墨鑄鐵的生產(chǎn)要點(diǎn)蠕墨鑄鐵的蠕化處理范圍本身就很窄，國外又要求更高的蠕化率，所以必須要采用合適的生產(chǎn)技術(shù)與相應(yīng)的蠕化劑。國外鑄造廠廣泛采用沖天爐、電爐或電爐、電爐雙聯(lián)工藝，處理前后又有熱分析儀與真空直讀光譜儀進(jìn)行檢測(cè)，加之爐料秤量準(zhǔn)確，爐況穩(wěn)定，工藝人員對(duì)每種鑄件都有詳細(xì)的工藝規(guī)定，所以很容易達(dá)到對(duì)每個(gè)鑄件的特殊要求（例如，鐵液的碳當(dāng)量波動(dòng)都能小于土0.05%），為獲得高蠕化率的鑄件打下了基礎(chǔ)。原鐵液中硫的含量對(duì)蠕化處理，即蠕化劑的消耗與最終蠕化率的大小有決定性的影響，為此幾家工廠都采用爐外脫硫，使蠕化處理前鐵液的含硫量穩(wěn)定在0.01?0.03%之間，并認(rèn)為最佳的原鐵液殘硫量應(yīng)在0.01?0.02%[3言4除了巳熟悉的吹氣、搖包脫硫外，有一工廠使用4個(gè)感應(yīng)器產(chǎn)生磁場攪拌的裝備，可使硫量脫至0.01?0.02%。它使用碳化鈣和石灰脫硫，每次處理的量最大可至20t,處理時(shí)間為9?15min，修理間隔為3?4個(gè)月，巳可靠地使用兩年4。鐵液在蠕化處理后的鎂稀土量決定了石墨的形狀與各類石墨的數(shù)量。圖8為一個(gè)研究所得結(jié)果，即凝固后鑄件中石墨球比例與鎂含量的關(guān)系⑹。較為一致的看法是MgW0.01%為片狀石墨，Mg在0.01?0.018%可獲得蠕墨鑄鐵，Mg在0.025?0.04%為球墨鑄鐵。故獲得蠕墨鑄鐵的鎂范圍為±0.004%。實(shí)際生產(chǎn)中，而確保獲得蠕墨的絕對(duì)含鎂量又和原材料，熔煉條件，孕育處理方法有關(guān)。蠕化處理后每五分鐘又要損失鎂0.001%，故更增加了控制高蠕化率的難度。各研究結(jié)果基本趨于一致，為防止鈦對(duì)爐料的污染和改善切削性能，現(xiàn)在蠕化劑多為FeSiMgRe。其中Mg量為4?5%，Re主要是鈰，量在0.5%到6.0%不同，但傾向于在1.0?1.5%。有的企業(yè)在蠕化劑中還使用鈣。蠕化處理方法和球化處理方法相同，由于喂絲法有控制精確，改善勞動(dòng)環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，尤其可用計(jì)算機(jī)，根據(jù)處理的鐵液量和快速測(cè)定的原硫量可精確控制喂絲量，故國外喂絲得到了迅速的推廣應(yīng)用(表4)，現(xiàn)在普遍應(yīng)為此法更適合于生產(chǎn)蠕墨鑄鐵。表4德國使用鑄造喂絲化處理的企業(yè)比例，%19891993199419951997112151830使用工藝不穩(wěn)定的沖入法時(shí)，Mg的吸收率波動(dòng)大，對(duì)蠕墨鑄鐵來說往往有處理過頭的現(xiàn)象，故不少廠使用加硫(FeS)的方法，來消耗過量的鎂，獲得蠕墨。在殘鎂量為0.015?0.03%時(shí)，建議加硫0.002?0.04%。應(yīng)該肯定，英國Sinter-Cast公司在現(xiàn)場控制蠕化率的檢測(cè)上做了大量工作。在蠕化處理后利用它類似于熱分析的檢測(cè)方法能立即確定蠕化狀況，然后看生產(chǎn)鑄件要求對(duì)處理后的鐵液進(jìn)行必要的鎂量調(diào)整（喂絲法），從而能確保所澆鑄件能獲得所要求的蠕化率。最后舉一生產(chǎn)實(shí)例來總結(jié)本文。德國哈爾貝克（Halberg）鑄造廠，從1991年開始為奧地生產(chǎn)V8蠕墨鑄鐵氣缸體。缸體主要壁厚為3.5mm，3升排量功率為150KW的缸體僅重74Kg。鐵液在感應(yīng)爐中熔煉，成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為：3.3?3.5%C，0.010?0