前言

鑄鐵作為結(jié)構(gòu)材料歷史悠久，因?yàn)樗哂心湍?、耐熱、耐氧化、耐腐蝕、耐酸堿及好的減震性；與其他合金比較又具有熔點(diǎn)低、充型性好、加工性好和成本低廉的優(yōu)越性，所以隨著社會(huì)文明和人們生活水平的提高，鑄鐵的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣。

鑄鐵的發(fā)展決定于吸收和采用先進(jìn)工藝、材料和控制技術(shù)。嚴(yán)格控制冶金因素、合理選擇鑄鐵成分，以及控制金屬的冷卻與結(jié)晶，不降低碳當(dāng)量也能生產(chǎn)出高強(qiáng)度、低硬度、低應(yīng)力的薄壁高強(qiáng)度灰鑄鐵。

灰鑄鐵的產(chǎn)量仍占鑄鐵件的首位，為促進(jìn)其水平的提高與發(fā)展，作者就控制冶金因素諸方面，提出些意見(jiàn)。

1原材料的選擇

1.1多用廢鋼

在回爐料使用相對(duì)平衡的條件下，減少新生鐵用量，多用廢鋼熔煉，其理由如下。

（1）新生鐵（特別是高碳量新生鐵）本身含有粗大的石墨片，雖然經(jīng)過(guò)重熔，但石墨的熔點(diǎn)，在重熔過(guò)程中石墨不能熔盡，在結(jié)晶中變成了石墨結(jié)晶的核心，使石墨變得粗大，成為鑄鐵組織中的薄弱環(huán)節(jié)，故使用新生鐵多，形成粗大石墨的機(jī)率多。

（2）廢鋼的使用量直接與生產(chǎn)的鑄鐵強(qiáng)度相關(guān)，東風(fēng)公司鑄鐵一廠使用工頻爐熔化，生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體鑄件，

（3）使用廢鋼是在熔化中增氮的一項(xiàng)措施，氮是促進(jìn)珠光體元素，隨氮量升高，石墨變短、變厚、呈禿頭狀，但含量過(guò)高容易產(chǎn)生裂紋狀氣孔。

（4）廢鋼組織成分的純凈度高，硫、磷等非金屬夾雜物低，但卻保留有微量的合金元素。

（5）增加廢鋼可減少新生鐵用量，可以削弱新生鐵產(chǎn)地的遺傳因素影響。

（6）使用廢鋼代替新生鐵，可以大大降低原材料價(jià)格。

1.2使用煉鋼生鐵

（1）煉鋼生鐵比鑄造生鐵價(jià)格低。煉鋼生鐵含硅量低，基體組織致密。

（2）使用煉鋼生鐵做爐料，在爐料中加入硅鐵或在出爐前加入硅鐵，控制硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)雜質(zhì)含量少，白口小、鐵液流動(dòng)性好、收縮小，可生產(chǎn)薄壁鑄件，縮孔廢品低，至滲漏現(xiàn)象也大大降低。

（3）使煉鋼生鐵熔化鑄鐵，在成分相當(dāng)?shù)臈l件下比較：硬度差小，石墨呈短片狀分布均勻、晶粒細(xì)、珠光體分散分布。

1.3低合金化

國(guó)外許多發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體、缸蓋等鑄件，成本略有增加，但所獲得的性能，無(wú)論是鑄造性能、強(qiáng)度、耐磨、壽命，或是間接效益都會(huì)贏得用戶的歡迎。這些合金元素被稱為穩(wěn)定化元素，加入十分方便。

2合理的熔化操作

2.1熔化設(shè)備的選擇

熔化技術(shù)一直圍繞節(jié)約能耗、提高鐵液質(zhì)量、改善勞動(dòng)環(huán)境方面進(jìn)行改進(jìn)，當(dāng)前總的趨勢(shì)是發(fā)揮沖天爐熔化熱效率高的功能，在條件允許下用感應(yīng)爐升溫并調(diào)整成分。

沖天爐已發(fā)展預(yù)熱送風(fēng)，開發(fā)了多種型式的集塵裝置，爐襯壽命也在不斷提高，國(guó)內(nèi)有4-6t/h的小爐也可連續(xù)作業(yè)一周。計(jì)算機(jī)在沖天爐上應(yīng)用也日益廣泛，可進(jìn)行監(jiān)控，自動(dòng)對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

用工頻爐熔化鑄鐵，由于鐵液保持時(shí)間長(zhǎng)，鐵液的攪拌作用又強(qiáng)，鐵液氧化嚴(yán)重，減少了石墨核心、白口傾向加大、縮孔傾向大、鐵液的流動(dòng)性差。熔化與保溫同爐操作也不經(jīng)濟(jì)，一般月產(chǎn)700t以上的單位多用沖天爐B感應(yīng)爐雙聯(lián)較多。月產(chǎn)100-700t單位，由于可控硅的應(yīng)用，使中、高頻感應(yīng)爐得到發(fā)展，投資費(fèi)用降低、熔化效率顯著提高，鐵液氧化現(xiàn)象減少，明顯改善鐵液質(zhì)量。

2.2使用工頻感應(yīng)爐熔化鐵液

工頻感應(yīng)爐熔化鐵液較慢（10t爐熔化要3h），鐵液存在時(shí)間較長(zhǎng)（沖天爐鐵液高溫經(jīng)歷僅幾min），又有翻騰的特點(diǎn)，所以鐵液氧化現(xiàn)象嚴(yán)重。為盡量避免和減少不利的一面，在操作中須注意如下幾點(diǎn)。

（1）調(diào)整鐵液中硫的含量。一般控制在0.04%~0.08%范圍。工頻爐熔化硫量帶入較少，硫量過(guò)低，孕育效果差，所以在配料中通常用黃鐵礦增加硫量。

（2）調(diào)整碳量。工頻爐熔化高溫鐵液持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，碳的波動(dòng)較大，為改善石墨形態(tài)，配料比沖天爐鐵液碳量應(yīng)高出0.05%~0.1%，減少白口傾向。操作中常用碎廢電極石墨棒做增碳劑。

（3）合理的加料順序。要根據(jù)工頻爐熔化特點(diǎn)合理裝料，才能獲得好的配料結(jié)果。裝料順序應(yīng)為：增碳劑!廢鋼!回爐料!新生鐵!鐵合金。新生鐵用量不足10%時(shí)，一般在熔化后期加入，鐵合金在出爐前加入。這種裝料順序化學(xué)成分變化較小，也容易控制。

（4）快速熔化。短時(shí)間不需要鐵液供應(yīng)時(shí)采用固體爐料保溫，當(dāng)需要時(shí)應(yīng)快速熔化，以使鐵液氧化造成的損失降到小。為了快速熔化，盡量使熔化期縮短到30min，如今發(fā)展為加大功率密度，用倍頻爐（180~540HZ）操作。

在設(shè)備難以改動(dòng)情況下，要控制一次配料成分合格率，這樣可縮短高溫調(diào)整時(shí)間。

3爐前操作

3.1控制出鐵溫度

在相同條件下鐵液溫度對(duì)質(zhì)量有很大的影響，隨著溫度的提高其性能變化。

溫度低時(shí)珠光體與鐵素體的組織變化起主導(dǎo)作用，當(dāng)溫度逐漸升高，除組織變化外，晶粒逐漸變細(xì)，珠光體片間距減少起作用。

鐵液溫度的提高，主要受益的是鐵液純凈度改變，同時(shí)也改變了組織結(jié)構(gòu)。但并非溫度越高越好，溫度過(guò)高，燒損也嚴(yán)重，C及Si的高濃度微區(qū)也會(huì)減少，容易形成枝晶骨架和E型石墨，所以鐵液應(yīng)保留部分過(guò)飽和的氧，有利孕育效果的加強(qiáng)，一般控制在1500攝氏度出爐為宜。

3.2使用熱分析技術(shù)

爐前利用熱分析方法，不足2min就能確定碳、硅、碳當(dāng)量的多少，并從冷卻曲線的幾個(gè)拐點(diǎn)上了解到初生奧氏體的形核過(guò)冷溫度、奧氏體生長(zhǎng)期的冷卻速度、共晶石墨或共晶滲碳體形核的溫度、共晶生長(zhǎng)的過(guò)冷度，以及共晶生長(zhǎng)的時(shí)間、溫度和速度，從曲線的變化就能確定鑄鐵組織的變化及石墨的形態(tài)，有時(shí)可以當(dāng)機(jī)立斷采用不同孕育加以調(diào)整改進(jìn)，又可觀察到孕育改進(jìn)后鐵液凝固的變化。

用熱分析技術(shù)，可以從容掌握與控制鑄鐵性能，是較為靈驗(yàn)的方法。

3.3孕育技術(shù)

爐前孕育是生產(chǎn)高級(jí)鑄鐵的必備手段，是減少白口、促進(jìn).型石墨生成、增加共晶團(tuán)數(shù)的重要措施，當(dāng)鐵液中硫量為0.04%~0.05%時(shí)，用0.2%~0.3%的75SiFe孕育，能產(chǎn)生明顯的孕育效果。

根據(jù)原鐵液成分的不同，要求鑄鐵性能的不同，已開發(fā)出了各種孕育劑。從結(jié)晶狀態(tài)分析：減少斷面敏感性使其在凝固期間能夠產(chǎn)生更多的晶核是關(guān)鍵，

3.4控制澆注溫度

控制澆注溫度，一方面是保留有好的充型性，更重要是使鐵液在型內(nèi)的均勻性提高，以降低冷卻速度、減少過(guò)冷度、盡量使型內(nèi)鐵液冷卻一致，從而達(dá)到組織均勻和硬度均勻的要求，也是提高鑄鐵品質(zhì)系數(shù)（即相對(duì)強(qiáng)度與相對(duì)硬度之比）的重要措施。

澆注溫度過(guò)高收縮增加，容易產(chǎn)生縮孔與縮松，溫度過(guò)低，雖然能夠充滿鑄型，但容易產(chǎn)生夾雜、氣孔等缺陷，鑄件內(nèi)部組織的不均勻性增加。

3.5注意鐵液保溫

在工業(yè)先進(jìn)國(guó)家多用有蓋澆包使其保溫，有利除渣、有利鐵液的均勻性。

包上加蓋難度較大，但我們已經(jīng)開發(fā)出有商品供應(yīng)的集渣劑（珍珠巖類），不僅保溫性好，而且可以減少污染，改善勞動(dòng)條件。堅(jiān)持使用集渣劑，既是一項(xiàng)保溫措施，也是減少鑄件夾雜、氣孔廢品的一項(xiàng)手段。

4灰鑄鐵熔煉的幾點(diǎn)建議

4.1氣體對(duì)鑄鐵性能的影響及控制

4.1.1氧在鑄鐵中有一定溶解度，且隨鐵液溫度及碳、硅含量而變化，但更多的氧以氧化物存在于晶粒之間變成夾雜物，惡化了結(jié)晶過(guò)程中的補(bǔ)縮，也影響到鑄鐵強(qiáng)度。

鐵液溫度高氧化程度高，鐵液溫度低自脫氧不足，孕育消失快，容易出現(xiàn)針孔、氣孔、混合石墨，并使力學(xué)性能降低。

有人說(shuō)，孕育能脫氧，所以沖天爐熔化比電弧爐熔化所需孕育劑少，而電弧爐又比感應(yīng)爐用量少。氧對(duì)灰鑄鐵的影響涉及一系列因素，是今后要著重研究的課題。

4.1.2氮為珠光體穩(wěn)定元素，但含量過(guò)高容易造成裂紋狀氣孔，并降低密封性能。氮對(duì)鑄鐵的影響機(jī)理及其控制措施，當(dāng)前試驗(yàn)研究不多。盲目把氮當(dāng)做鑄鐵冶煉中的惰性氣體可能有誤。

4.2鑄鐵結(jié)晶過(guò)程

如今鋼及某些有色合金（如鋅鋁合金）可通過(guò)細(xì)化組織，或通過(guò)添加元素、或通過(guò)熱處理工藝而獲得超塑性，或其他特殊性能。通過(guò)對(duì)鐵液結(jié)晶過(guò)程的研究，不僅能掌握石墨形態(tài)變化的規(guī)律，更可以從結(jié)晶過(guò)程的控制使鑄鐵性能達(dá)到一個(gè)新的境界。

4.3樹立質(zhì)量第一的思想

質(zhì)量的概念就是滿足用戶需要，生產(chǎn)鑄件不僅要滿足圖樣上要求的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，還要滿足下道工序的要求。