高強(qiáng)度與收縮一直是矛盾存在，分享高強(qiáng)度灰鑄鐵的收縮傾向技術(shù)

高強(qiáng)度與收縮一直是一對(duì)矛盾，生產(chǎn)高強(qiáng)度的鑄件，收縮傾向大，收縮問(wèn)題如果不能很好解決，應(yīng)付產(chǎn)生大量的收縮廢品缺陷。解決材料的收縮問(wèn)題，總的原則是要有較高的碳硅當(dāng)量。高碳硅當(dāng)量加合金化的工藝比低碳硅當(dāng)量少加合金的工藝收縮傾向小，因此，應(yīng)當(dāng)在選擇高碳硅量前提下，開(kāi)發(fā)提高性能的新技術(shù)。

減少收縮具體的措施可以從以下方面考慮：

⑴促進(jìn)石墨化的工藝措施是減少鐵液收縮措施。

電爐熔煉：增碳技術(shù)的應(yīng)用是解決鐵液收縮的關(guān)鍵技術(shù)。由于鐵液凝固過(guò)程中的石墨析出產(chǎn)生石墨化膨脹作用，良好的石墨化會(huì)減少鐵液的收縮傾向，因此，增碳技術(shù)工藝。

由于加入增碳劑提高了鐵液的石墨化能力，因此，采用全廢鋼熔煉加增碳劑的工藝，鐵液的收縮傾向反而更小。這是非常重要的一個(gè)觀念轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)的觀念是認(rèn)為多加廢鋼會(huì)增大鐵液的收縮傾向，這樣我們就容易走入一個(gè)誤區(qū)，不愿意多用廢鋼，而喜歡多用一些生鐵。

多用生鐵的缺點(diǎn)是：生鐵中有許多粗大的過(guò)共晶石墨，這種粗大的石墨具有遺傳性，如果低溫熔煉，粗大的石墨難以消除，粗大的石墨從液態(tài)遺傳到了固態(tài)，使凝固過(guò)程中本來(lái)由于石墨析出應(yīng)該產(chǎn)生的膨脹作用削弱，因此使鐵液凝固過(guò)程中的收縮傾向增大，粗大的石墨又必然降低了材料的性能。因此，與用廢鋼增碳工藝相比，大量用生鐵的缺點(diǎn)就是：

①?gòu)?qiáng)度性能低。

同樣成分做過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，性能低半個(gè)排號(hào)。

②收縮傾向大。

同樣條件下，比廢鋼增碳工藝收縮大。

對(duì)于電爐熔煉，增碳技術(shù)的核心是使用高品質(zhì)的增碳劑。采用廢鋼增碳工藝，增碳劑就成為增碳工藝中重要的環(huán)節(jié)。增碳劑質(zhì)量的好壞決定了鐵液質(zhì)量的好壞，增碳工藝能否獲得好的石墨化效果，減少鐵液收縮，主要取決于增碳劑：

① 增碳劑一定要選用經(jīng)過(guò)高溫石墨化處理的增碳劑。。

只有經(jīng)過(guò)高溫石墨化處理，碳原子才能從原來(lái)的無(wú)序排列變成片狀排列，片狀石墨才能成為石墨形核的核心，促進(jìn)石墨化。

②好的增碳劑含硫都非常低，w(S)小于0.03%是一個(gè)重要的指標(biāo)。

對(duì)于沖天爐熔煉：高溫熔煉關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)，高溫熔煉可以有效消除生鐵粗大石墨的遺傳性。高溫熔煉可以提高滲碳率，減少配料中的生鐵加入量。以滲碳方式獲得的碳活性好，要比多加生鐵帶來(lái)的碳有更好的石墨化作用，反映在鑄件上，就是石墨的形態(tài)更好，分布更均勻。石墨的形態(tài)好，就會(huì)提高材料的性能，包括切削性能，而 石墨化效果好，就能減少鐵液的收縮傾向。

⑵提高原鐵液的硅量，控制孕育量。

灰鑄鐵中的硅一部分是原鐵液中的硅，一部分是孕育帶入的硅。

許多人喜歡原鐵液中的硅低點(diǎn)，然后用很大的孕育量孕育，這種做法并不科學(xué)：大量的孕育是不可取的，這會(huì)增大收縮傾向。孕育是為了增加結(jié)晶核心的數(shù)量，促進(jìn)石墨化，少量的孕育（0.2%～0.4%）就可以達(dá)到這個(gè)目的。從工藝控制來(lái)說(shuō)，孕育量應(yīng)該相應(yīng)穩(wěn)定，不能有過(guò)大的變化。這就要求原鐵液的硅量也要相應(yīng)穩(wěn)定。提高原鐵液的硅量，既可以減少白口和收縮傾向，又能發(fā)揮硅固溶強(qiáng)化基體的作用，性能反而不降低。目前比較科學(xué)的做法是提高灰鑄鐵原鐵液的含硅量，孕育量控制在0.3%左右，這樣可以發(fā)揮硅的固溶強(qiáng)化作用，對(duì)提高強(qiáng)度有利，也對(duì)減少鑄件收縮有利 。

⑶合金化的方法對(duì)鐵液收縮有很大影響。

合金化能有效提高鑄鐵的性能，我們常用的合金元素是鉻、鉬、銅、錫、鎳。

鉻：鉻能有效地提高灰鑄鐵的性能，隨著加入量的增加，性能會(huì)一直提高。鉻的白口傾向比較大，這是大家顧忌的問(wèn)題。加入量太大，會(huì)出現(xiàn)碳化物。至于鉻量的上限如何控制，不同的加鉻工藝，上限有所不同，如果鉻加入到原鐵液中，其上限不要超過(guò)0.35%，提高原鐵液中的鉻量會(huì)使鐵液白口傾向和收縮傾向加大，非常有害。

另一種加鉻的工藝不是提高 原鐵液鉻是，而是將鉻加入到鐵液包中，用沖入法沖入，這種工藝會(huì)大大減少鐵液的白口和收縮傾向，同前一種工藝相比，同樣的鉻量，白口和收縮傾向會(huì)減少一半以上，這種加鉻方式，鉻的上限可以控制到0.45%。

鉬：鉬的特性與鉻非常相似，不再作具體描述。由于鉬的價(jià)格昂貴，加鉬會(huì)大幅度增加成本。因此，應(yīng)盡可能少加鉬，多加一些鉻。

用沖入法加鉻、加鉬是減少合金化收縮的有效措施。

⑷鐵液澆注溫度對(duì)收縮的影響。

溫度高鐵液收縮傾向大，這是大家都有的經(jīng)驗(yàn)。要控制澆注溫度在合理的范圍內(nèi)是非常重要的，澆注溫度如果高于工藝規(guī)定的合理的溫度20～30℃，收縮傾向就會(huì)大幅增加。生產(chǎn)中要注意這樣一種現(xiàn)象，沒(méi)有自動(dòng)保溫功能的電爐，可能會(huì)使鐵液溫度升高，di一包鐵液的澆注溫度會(huì)低一些，隨后溫度會(huì)越來(lái)越高，如果不加以控制，就有可能產(chǎn)生收縮廢品。生產(chǎn)中di一包鐵液要燙包，燙好的包再用，而且di一包鐵液澆注溫度要控制在下限，不要在上限，防止溫度不斷升高。電爐熔煉控制好澆注溫度，是防止鑄件產(chǎn)生收縮廢品的關(guān)鍵措施。

⑸鐵液氧化傾向不容忽略：氧化大、收縮大。

鐵液氧化傾向大是非常有害的，也會(huì)增大收縮傾向。為了降低鐵液氧化，沖天爐熔煉就要實(shí)現(xiàn)快速熔煉?，F(xiàn)在國(guó)外的電爐熔煉技術(shù)可以做到加入的鐵料在幾分鐘內(nèi)快速熔化，大大縮短了鐵料在高溫氧化階段的時(shí)間，氧化傾向大幅降低，同時(shí)由于電爐增碳技術(shù)的應(yīng)用，使鐵液的氧化進(jìn)一步降低，所以電爐熔煉也可以生產(chǎn)出低氧化、低收縮的鐵液。只要嚴(yán)格控制好澆注溫度，用電爐熔煉生產(chǎn)復(fù)雜的缸體、缸蓋鑄件也很有優(yōu)勢(shì)。

HT250及高牌號(hào)灰鑄鐵的生產(chǎn)技術(shù)

隨著柴油機(jī)功率的增大，對(duì)灰鑄鐵缸體、缸蓋材料的性能要求也不斷提高，從HT250的牌號(hào)，提高到HT300，甚至達(dá)到HT350，以滿(mǎn)足大功率的需要。這給生產(chǎn)帶來(lái)了相當(dāng)大的難度。常規(guī)的提高材料性能的一些工藝措施會(huì)增大鑄鐵的收縮傾向，產(chǎn)生過(guò)高的廢品率。

蠕墨鑄鐵是大功率柴油機(jī)缸體、缸蓋材料的發(fā)展方向，但蠕墨鑄鐵的切削性能差，同灰鑄鐵相比相差2～3倍，這是制約蠕墨鑄鐵應(yīng)用的很關(guān)鍵的問(wèn)題。另外，如何保鑄件不同壁厚都能有很好的蠕化率，這方面還沒(méi)有過(guò)關(guān)，仍需研究。

HT300灰鑄鐵缸體我們已經(jīng)可以穩(wěn)定生產(chǎn)，對(duì)HT350及更高牌號(hào)灰鑄鐵的生產(chǎn)技術(shù)，我們也正在進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究，采取的措施是在保持高碳硅量的基礎(chǔ)上，采用變質(zhì)處理技術(shù)，不增加合金用量，但可以獲得非常高的強(qiáng)度，鐵液的收縮傾向仍然很小。

具體做法是：原工藝碳硅當(dāng)量（CE）約為4.0%，合金含量（wB）為0.2%Cr,0.3%Mo,0.5%Cu,0.04%Sn,試棒性能可以達(dá)到HT350。

由于鉬成本太高，我們開(kāi)發(fā)了新的變質(zhì)處理技術(shù)，用GF3580變質(zhì)劑進(jìn)行處理，在不加鉬鐵的情況下，試棒性能超過(guò)加鉬，性能達(dá)到了HT400以上。同時(shí)考察了鐵液的白口和收縮傾向，由于碳硅量較高，而合金量并沒(méi)有增加，所以鐵液白口和收縮傾向不大，這就很好地解決了強(qiáng)度和收縮的矛盾。

該技術(shù)目前正在進(jìn)行批量生產(chǎn)驗(yàn)證試驗(yàn)，許多方面需要進(jìn)行考核，還不能說(shuō)是成熟的技術(shù)。但從現(xiàn)有的技術(shù)指標(biāo)來(lái)看，灰鑄鐵在不增加鐵液收縮傾向的前提下，提高性能仍然有很大的潛力，當(dāng)HT350及更高牌號(hào)灰鑄鐵生產(chǎn)技術(shù)可以生產(chǎn)復(fù)雜缸體、缸蓋時(shí)，鑄鐵的生產(chǎn)技術(shù)將會(huì)產(chǎn)生重大飛躍。