國際鑄業(yè)技術(shù)專家劉連琪淺談球墨鑄鐵碳和硅含量的分類簡(jiǎn)述。 

 鑄鐵件的碳當(dāng)量的選擇是比較固定的，那么，碳和硅就構(gòu)成一定的關(guān)聯(lián)。本文使用了這種關(guān)聯(lián)的關(guān)系。敘述碳或硅的含量不同的球墨鑄鐵類型。

 一.超高含碳量球狀石墨鑄鐵.

 考古發(fā)現(xiàn)2000年前中國古代批量生產(chǎn)球狀石墨的鑄鐵!中國科學(xué)院自然科學(xué)史研究所華覺明老師發(fā)表了幾篇專著?？脊虐l(fā)現(xiàn)了:球狀石墨變形,疑似是被鍛打所引起的;批量存儲(chǔ)了球狀石墨鑄鐵板鑄件!足以說明當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)工藝的多樣性。理化檢驗(yàn)證實(shí)，其含碳量在4.0%上下；含硅量在0.8%上下。值得關(guān)注的是，某研究機(jī)構(gòu)對(duì)這樣的鑄件進(jìn)行重熔，凝固以后，仍然顯示的是球狀石墨。

 中國古代，冶鑄使用的是豎爐，鐵水溫度偏低,古人使用大量氣囊鼓風(fēng)，鐵水含氧量比較高，鐵水析出的碳結(jié)晶時(shí)，疑似在均勻活性元素氧的作用下，沒有方向性生長，成為球狀。豎爐現(xiàn)場(chǎng)，存在加熱裝置，似乎無論是鐵范還是泥范，古人都進(jìn)行烘烤以后使用的。從而有效的保證充型，降低氣孔，保證基體組織。

 為此，本人對(duì)某大型鋼鐵公司大型高爐煉鋼生鐵鐵水崩濺被大氣氧化的凝結(jié)物進(jìn)行理化檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了存在大量球狀石墨，而不是C型石墨。這里，含碳量4.3%上下，含硅量0.5-0.8%。

 這樣，現(xiàn)在對(duì)球墨鑄鐵的球化處理時(shí)使用氧硫孕育處理劑，就比較好理解了。關(guān)于含硫量，值得注意的是，英國鑄協(xié)的鑄鐵金相圖片提供了超硫鑄鐵，含硫量0.22%時(shí)，石墨呈現(xiàn)緊實(shí)狀——球團(tuán)狀石墨，圖片說明：含錳量不足于中和含硫量。就是說，在適當(dāng)多的活性氧硫元素的均勻作用場(chǎng)下，石墨結(jié)晶趨向緊實(shí)狀態(tài)，而不是呈現(xiàn)方向性生長。

 二．高碳低硅型球墨鑄鐵

 當(dāng)前，我國大量采用的是高碳低硅型球墨鑄鐵，由于含碳量比較高，充型能力強(qiáng)、縮前膨脹作用好。只是，由于比較高的含碳量，容易出現(xiàn)碳量的比重偏析，表現(xiàn)為石墨聚集、漂浮。當(dāng)然，鑄造工藝進(jìn)行適當(dāng)凈化鐵水，或者逸流技術(shù)措施，可以減輕以致克服這種現(xiàn)象。

 無論哪國學(xué)者都承認(rèn)這里的硅存在于鐵素體中,就是說,硅固溶于鐵素體中,根據(jù)固溶強(qiáng)化原理,必然是硅固溶強(qiáng)化了鐵素體。李傳軾老師說明，珠光體內(nèi)的鐵素體占比高達(dá)80%，可見，硅的固溶強(qiáng)化作用的貢獻(xiàn)之大。

 我國球化使用的球化劑，往往含稀土比較多，很多人說是浪費(fèi)稀土資源，就其本質(zhì)上更進(jìn)一步應(yīng)該說明的是，稀土在其凈化雜質(zhì)的過程中，結(jié)合的形成物只是具有高熔點(diǎn)性質(zhì)，可惜的是，其比重略小，體型略大——特別是復(fù)雜的結(jié)合物，漂浮脫離鐵水的速度受到限制，生產(chǎn)上就出現(xiàn)需要不止一次的扒渣，實(shí)際生產(chǎn)中所謂的出現(xiàn)二次渣問題，與稀土含量偏高的不斷新生稀土凈化產(chǎn)生的結(jié)合物不無關(guān)系。以此，現(xiàn)在我國的共識(shí)是，選擇優(yōu)質(zhì)、高純生鐵，降低稀土使用量。如今的中國，處于高純生鐵供大于求的狀態(tài)，并且價(jià)格回落。

 三．高硅碳比型球墨鑄鐵

 北京鋼鐵學(xué)院，現(xiàn)在是北京科技大學(xué)的鐘雪友教授，中國《鑄造手冊(cè)》的編委會(huì)編委。曾經(jīng)在灰鑄鐵中推廣高硅碳比，稱之為雙高灰鑄鐵，性能非常不錯(cuò)的，可惜的是，由于技術(shù)機(jī)理特別是生產(chǎn)技術(shù)的操作上在傳遞過程中出現(xiàn)偏差，造成在生產(chǎn)實(shí)施中推廣困難。1994年，北京鋼鐵學(xué)院某教授告訴我，他們學(xué)校在進(jìn)行了球墨鑄鐵的高硅碳比研究，但是，我一直沒有看到研究結(jié)果，前些年我委托現(xiàn)在的北京科技大學(xué)鑄造專業(yè)研究生尋找當(dāng)時(shí)的研究資料，答復(fù)是：沒有找到。

 我曾經(jīng)在河南滎陽，大規(guī)模的牌號(hào)QT500-7鑄態(tài)的195柴油機(jī)的凸輪軸上，使用含碳量3.3-3.5%，不允許超過3.5%的成分控制。機(jī)械性能檢測(cè)性能非常好。

 1986年，我們青海鑄造廠就使用含碳量不超過3.5%，甚至不超過3.3%的成分掌控。大量檢驗(yàn)結(jié)果，顯示，無論是QT400-18，還是QT700-2，QT800-2，抗拉強(qiáng)度和斷后伸長率都比國家標(biāo)準(zhǔn)高了許多。這樣的成分掌控，用于南極科考的120馬力推土機(jī)上的不同牌號(hào)的球墨鑄鐵件，用于東北、西北的高寒地區(qū)的油田抽油機(jī)變速箱全套齒輪——代替ZG35CrMo，沒有出現(xiàn)質(zhì)量問題——甚至出現(xiàn)，在新疆，抽油機(jī)變速箱的40Cr軸斷裂，更換新軸以后我們的球墨鑄鐵齒輪還能繼續(xù)使用的現(xiàn)象。

 因?yàn)榍蚰T鐵件的碳當(dāng)量的規(guī)范，碳量的降低，必然是含硅量的提高。

 這就有一個(gè)硅的使用的理論理念和生產(chǎn)技術(shù)操作問題了。

 四．高硅低碳型球墨鑄鐵

 就是現(xiàn)在所謂的第二代球墨鑄鐵，其大大提高了含硅量，使含硅量等于或超過含碳量。充分強(qiáng)調(diào)硅固溶強(qiáng)化作用。同時(shí)得到很好的抗拉強(qiáng)度和非常好的斷后伸長率。這與過去的球墨鑄鐵在提高抗拉強(qiáng)度時(shí)，必然降低了其斷后伸長率不同。

 理論上，固溶強(qiáng)化有兩種作用表現(xiàn)：間隙固溶——提高材料的強(qiáng)度而犧牲材料的韌性；置換固溶——同時(shí)增加材料的強(qiáng)度和韌性。

 歐洲人公開了其不同牌號(hào)的化學(xué)成分。類同于我國的硅系耐熱球墨鑄鐵。而我國的硅系耐熱球墨鑄鐵，一般給出的技術(shù)數(shù)據(jù)是硬度偏高，斷后伸長率低，甚至感覺其存在脆性。

 我們應(yīng)邀考察了一些工廠的硅耐熱球墨鑄鐵生產(chǎn)實(shí)踐，多反映，鑄態(tài)時(shí)鑄件較脆，但是也有不很脆的情形。金相

 顯示，某知名公司的硅鉬耐熱球墨鑄鐵存在明顯的含硅夾雜物。工藝考察，某公司近3米鑄件，脆裂甚至分裂成為3-5塊，而改善工藝以后，徹底根治了脆裂問題。

 我們青海鑄造廠熔煉鋁合金的電熱坩堝爐，一直使用鑄態(tài)RQTSi5耐熱球墨鑄鐵代替耐熱鑄鋼，也發(fā)現(xiàn)，長期使用以后報(bào)廢的硅耐熱球墨鑄鐵坩堝，在使用大錘破碎時(shí)，常有大錘被強(qiáng)烈反彈現(xiàn)象，說明材料強(qiáng)度，塑韌性相當(dāng)不錯(cuò)。青海重型機(jī)床廠的一個(gè)軸工件熱處理罐籠，要求使用RQTSi5，澆注重量達(dá)5-6噸，幾經(jīng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，找到我們，第一件，由于鑄造工藝和鐵水生產(chǎn)技術(shù)考慮不夠，造成上下盤之間收縮嚴(yán)重受阻，鑄件嚴(yán)重破碎。改進(jìn)鑄造工藝和熔煉技術(shù)，順利交貨。我們?cè)诤幽?，生產(chǎn)的軸承套圈熱處理料框和底板，采用RQTSi4Al2,也是優(yōu)化鑄造工藝，鐵水生產(chǎn)工藝取得成功的。五.低碳球墨鑄鐵

 云南理工大學(xué)研究的超亞共晶球墨鑄鐵系列,含碳量1.2-2.0,含硅量1.8-3.0,使用0.4-0.8%的Sx特殊變質(zhì)劑進(jìn)行變質(zhì)處理。得到的新型球墨鑄鐵。其中，Sx變質(zhì)劑含有過去通常認(rèn)為的反球化的表面活性元素。他們的推導(dǎo)，也非常重視變質(zhì)劑的活性元素的作用。