隨著我國進入WTO和造船業(yè)的發(fā)展，對厚斷面球墨鑄鐵件的需求不斷增加。幾年來工廠在批量生產(chǎn)軸徑180-320mm曲軸的基礎(chǔ)上，又為修船研究所連續(xù)生產(chǎn)了6件ф1651×415 mm，最大熱節(jié)園ф331 mm，重量5750kg的靜力軸承本體，獲得用戶滿意。
厚大斷面球鐵件在生產(chǎn)存在冷卻速度緩慢，容易造成鑄件厚壁中心或熱節(jié)石墨畸變，球數(shù)減少，組織粗大和石墨飄浮等球化孕育衰退問題。因此導(dǎo)致鑄件的機械性能顯著下降，給大斷面鑄件的生產(chǎn)帶來困難。結(jié)合生產(chǎn)實踐我們認(rèn)為應(yīng)從以下幾方面加強控制。
1．對原材料的選擇和化學(xué)成分的設(shè)計
（1）原材料的選擇
使用天津鐵廠14#生鐵（C4.2-4.4%sil.32-1.44%p≤0.06%,s≤0.02%）。采用沖天爐，中頻爐雙聯(lián)熔煉用CaC2脫硫，球化劑用RE-Mg合金，含（RE5-7%，Mg9-11%，Si40-42%）孕育劑為75 Si-Fe。經(jīng)過球化劑和孕育處理，能夠滿足厚斷面球鐵件生產(chǎn)。
在配料中廢鋼及加入一些合金元素，Cu、Mo、Sb等，對提高和穩(wěn)定厚大斷面球鐵件的等級有一定的作用。
（2）化學(xué)成分的設(shè)計
原鐵水C3.6-3.8%Sil1.2-1.4，Mn0.2-0.4%，s≤0.02%，p≤0.05%
球化后C3.2-3.4%，Si2.2-2.4%，Mn0.5-0.8%，S≤0.02%，P≤0.05%
RE0.015-0.03%，Mg0.04-0.06%，Cu0.05-0.8%，Mo0.2-0.4%
Sb0.005-0.01%
① Mg使球墨圓整，對大斷面球鐵能減緩球化衰退，Mg阻礙石墨析出，殘Mg量高，增加收縮和脆性，Mg易氧化，在鐵水表面形成氧化膜，進入砂型易使鑄件產(chǎn)生夾渣和皮下氣孔。殘Mg量應(yīng)控制在保證球化的前提下越低琥好，但我們考慮大件凝固時間長應(yīng)提高抗衰退能力。Mg量應(yīng)高些，控制在0.05-0.06%。
② RE是通過低抵消干擾元素的有害作用，而間接地起球化作用，因此用一些雜質(zhì)較多地方生鐵，通過RE的作用也能生產(chǎn)育好的球鐵鑄件，但在厚大鑄件中，RE留量高容易造成碎塊狀石墨增多，我們一般控制在0.015-0.03%。
③ Cu細(xì)化石墨和強化珠光體，阻止鐵素體形成，在厚大斷面鑄件中加入0.5%的Cu細(xì)化索氏體，明顯提高鑄態(tài)機械性能，并改善厚斷面組織的均一性，一般加0.5-0.8%。
④ Mo是穩(wěn)定碳化物元素，能提高厚大斷面球鐵抗蠕變能力，提高球化等級，加入量為0.2-0.4%: Mo作用與相似，通常與銅聯(lián)合加入，能促進大斷面鑄件中心部位球化，抑制石墨飄浮，加入量Cu：Mo為2：1。
⑤ 生產(chǎn)厚大斷面珠光體球鐵，適當(dāng)加入量Sb能量提高球光體量，并能改善斷面中心部位的球化狀況，使得球經(jīng)小，球數(shù)多，提高鑄態(tài)性能。Sb的加入還提高了基體的強度和硬度。使用Sb其白口傾向明顯比常規(guī)合金低，球化等級也提高。生產(chǎn)厚大斷面珠光體球體，加入一定數(shù)量的Sb能抑制碎塊狀石墨的出現(xiàn)。
2．球化劑及球化處理
（1）球化劑一般使用的球化劑為Mg和RE-Mg合金。Mg處理的珠鐵經(jīng)小，園整。普遍用壓力加鎂法。目前我廠采用RE-Mg合金作球化劑，實踐發(fā)現(xiàn)在厚大斷面球鐵生產(chǎn)中，RE-Mg合金能發(fā)揮出Mg 的球化作用強度和RE和脫S去氣效果好的特點，對厚大斷面球鐵件較適用。
（2）球化處理球化處理我們采用沖入法。將RE-Mg合金破碎成粒度為15-25mm的碎塊，加入量視鑄件厚度而定，厚度超過200mm的鑄件加入量為1.8-2.0%，處理方法：將容量大于處理鐵水量1/2的、包底設(shè)有堤壩的球化處理鐵水包，烤成暗紅色，然后將合金碎塊放入堤壩背鐵水流的內(nèi)側(cè)，搗實合上面再放0.4%的粒度為10-15mm的碎Si-Fe，上面再覆蓋搗實后30mm厚的稻草灰或珍珠巖，為延緩反映時間，一般草灰上再蓋一塊鐵板以降低球化劑反應(yīng)溫度，延緩反應(yīng)時間，出鐵溫度在1450-1480℃若鐵水溫度>1500℃球化反應(yīng)激烈，造成鐵水脫碳，脫碳可達(dá)0.5%。而且Mg大量揮發(fā)，增加耗Mg量影響球化，鐵水流不可直接沖到合金，待鐵水面漫過合金200mm以上開始反應(yīng)為好，首次出銹水量應(yīng)占總量的2/3，球化反應(yīng)3-5分鐘，靜止后扒掉水面上的渣子（此時鐵水很稠液面上冒小火苗），然后沖入剩余的1/3鐵水。目的是沖入Si-Fe進行孕育處理。
3．孕育劑及孕育處理
孕育劑要求具有強烈的促進石墨化作用，并能維持時間較長，吸收率高而穩(wěn)定，降溫少而價廉，我們選用75Si-Fe為孕育劑。
鐵水球化處理后試片為白口，因為Mg阻礙石墨析出，此時C部分以滲碳體形式存在，孕育處理就是通過加Si-Fe促進石墨生核，獲得細(xì)小繁多的石墨球，在球化劑上面放一層Si-Fe的目的只是為了抵消Mg阻礙石墨析出的作用，孕育效果不大。孕育必須在補加鐵水時沖入Si-Fe充分?jǐn)嚢璋窃?，此時檢查試片斷口為銀灰色，試片兩側(cè)有凹陷。
實踐中發(fā)現(xiàn)一包處理好的球鐵鐵水，在澆注約20分鐘的剩余鐵水取試片發(fā)現(xiàn)白口增大這屬于孕育衰退，過大，變形，數(shù)量減少，因此我們在澆注厚斷面球鐵件時，考慮到孕育衰退問題，不采用一次性大孕育量的做法，而采用多次孕育，一般進行二次孕育后，還要采用包內(nèi)浮硅孕育，在包嘴內(nèi)放Si-Fe塊，隨澆注隨熔化，其重量、塊度視鐵水重量的澆注速度而定。對≥ 200mm以上的厚度較均勻的件，用鐵漏斗隨鐵水流采用澆口撒Si-Fe粉的方法，往型腔加孕育劑，但要計算好重量和流速。
對厚斷面心部球化不良問題，主要是球化衰退。我們在二次孕育時，向鐵水中加入少量的Sb，以減少球化衰退，改善了斷面心部石墨的球化狀況。
實踐中得出在鐵水成分、溫度及球化劑不變的情況下，采用多次孕育的大斷面球鐵件球化良好，聯(lián)體澆注的試塊石墨球較多而園整，反之石墨較少，大而畸形。因此在保證終硅量不變的前提下，采用多次孕育的方法，不斷的往鐵水里加生核劑，以保證厚大面球鐵件質(zhì)量穩(wěn)定性。
采用上述處理工藝鑄件達(dá)到預(yù)期目的。沒有出現(xiàn)孕育衰退現(xiàn)象，后期澆注的Y型試樣檢測力學(xué)性能鑄σb=701N/mm2，δ=2.3%金相觀察球化級別為2級球經(jīng)為5級碳化物數(shù)量<7%。
4．結(jié)論
（1）壁厚>100mm的厚大斷面球鐵件的化學(xué)成分的選擇，會直接影響厚大斷面球鐵件生產(chǎn)的成??；正確選擇CE，用Reg作球化劑，多次孕育處理，量能夠防止球化衰退、石墨飄浮、球數(shù)減少等的缺陷。
（2）在化學(xué)成分上添加某些合金元素如銅鉬銻，采用少量多次孕育抑制石墨飄浮，石墨畸變，使球鐵厚壁中盡部位仍保持良好的球狀石墨，鑄態(tài)獲得球光體，性能達(dá)到QT700-2的指標(biāo)。
（3）為加快冷卻速度，造型采用成型冷鐵工藝，強制快冷是必要的。
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