德國球墨鑄鐵的熔煉和處理技術(shù)
1977年德國所產(chǎn)球鐵的64%是由感應(yīng)電爐熔煉的，15%由熱風(fēng)沖天爐、2.3%由冷風(fēng)沖天爐熔煉，其余直接用高爐和其他熔爐的鐵水處理。
德國球鐵原鐵水的出滬溫度一般在1520℃以上。所以雙聯(lián)熔化法在球鐵生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，主要用于調(diào)整沖天爐和高護鐵水的化學(xué)成分及溫度。
據(jù)筆者在德國考察，即使有直讀光譜儀監(jiān)測，冷風(fēng)沖天爐熔煉的球鐵質(zhì)量波動也很大，因而沖天爐熔制球鐵正逐漸被電爐取代。德國生產(chǎn)的大型球鐵件都是采用電爐熔煉，例如THYSSEN公司FWH鑄造廠就裝有一臺65t,兩臺35t和一臺8t工頻爐，生產(chǎn)過l80t重的鑄件。
一、球鐵專用生鐵
GGG-40鑄態(tài)球鐵約占德國球鐵總產(chǎn)量的70%。為保證鑄態(tài)達到要求性能，僅把含錳量低作為質(zhì)量標志已遠遠不夠，更重要的是要求千擾球化元素和穩(wěn)定珠光體元素的含量低而且穩(wěn)定。德國高爐生產(chǎn)的球鐵專用生鐵的成分見表1，其微量元素及其含量不大于以下數(shù)量。
生產(chǎn)厚大斷面球鐵要特別住意爐料中千擾球化元素Ti, Pb, Sb, Bi,促進碳化物元素B, V, Cr和穩(wěn)定珠光體元素Mn, Gu, Sn的含量。
德國在爐料配比中，生鐵所占比例已從1960年的32%下降到1987年的16%，相反廢鋼由18%上升到39%。
二、化學(xué)成分選擇
表2近似給出了球鐵原鐵水的化學(xué)成分，括號中的數(shù)字是可能使用的合金元素含量。
德國球鐵的碳當量一般為4.2~4.3%。當鑄件模數(shù)〔M）較小時，鑄態(tài)無碳化物存在所需碳當量的最小值可按此經(jīng)驗公式確定:
為了降低所需的過熱溫度，減小鐵水收縮傾向，在相同碳當量情況下，應(yīng)采用盡可能高的碳和低的硅。所以普通球鐵的含5i量不超過2.6%;特殊球鐵GGG一35.3和GGG-40.3的含Si量不超過2.100/a e隨著Si% x Sc(共晶度）乘積的增加(一般球鐵不超過3.0},石墨球數(shù)量和生成鐵素體傾向亦增大。
在通常GGG-4o的化學(xué)成分范圍內(nèi)，若錳含量小于0.7%，鑄態(tài)鐵素體球鐵中珠光體數(shù)量主要不是由錳，I}是由微量元素錫、鉻和殘余鎂量確定。關(guān)于伴隨元素和干擾元素對上述球狀珠光體數(shù)量的影響有如下經(jīng)驗公式：
珠光體量(%)=-2 .45 768.〔%Sn)一5″2″(%Si 106.(%Mg)-142. (%CO) 138.(%Cr) 549(%N) 101.(%Al） 51.6（%P)
德國鐵素體球鐵的含錳量一般為0.1-0.2%，珠光體球鐵為0.3—0.4. 普通球鐵的含磷量保持在0,08%以下，高韌性球鐵則要求低于0.05% 。原鐵水含硫量一般要求小于0.02%，否則要進行脫硫處理。
MG殘取決于鐵水停留時間和鑄件壁厚，一般為0.02-“0.08%，為抵消于擾元素的影響.大部分球化劑中含有約1,0%的稀土元素。各種干擾和伴隨元素的最大允許含量取決于鑄件壁厚，如果低于表3給出的含量，則可不加稀土元素。
三、球化處理
德國采用改進的中間包處理球鐵工藝，鎂的吸收率可達60%,鎂燃燒生成的煙氣減少80%，因此其應(yīng)用較廣泛。
鐘罩法在大型球鐵件生產(chǎn)中廣泛采用，如FWH廠就用此法生產(chǎn)。該法處理鐵水效果穩(wěn)定，鎂的吸收率高，增硅量只有0.2-0.5%由于球化反應(yīng)強烈，有利于反應(yīng)物上浮。但處理過程中熱量損失較大，所需時間較長。鐘罩法所用球化劑按重量以塊狀形式供貨，其化學(xué)成分見表4。
適合于沖入法的球化劑成分見表5，其中VL63(s)和VL53(s)的稀土量很高，用于處理冶金質(zhì)量特殊的鐵水。
球化處理的須往意原鐵水中欽的含量，隨著鈦含量增加，實現(xiàn)完全球化所需的Mg含量也上升。當Ti大于0.05%時，將強烈地阻礙球狀石墨形成，并減少石墨球數(shù)量。最有害的是鈦會降低其他干擾元素的臨界值，從而增大其危害性。但其不利影響可通過球化劑中含有的鈰抵消。
四、孕育處理
德國通用的球鐵孕育劑除普通FeSi外，F(xiàn)eSi-Zr和FeSi-Mn-Zr亦有廣泛應(yīng)用。常見的孕育劑的化學(xué)成分見表6
ZL80是一種應(yīng)用廣泛，孕育衰退慢的孕育劑，有不同的熔點可洪選擇。ZIRCOGRAF熔解速度快，可用于各種孕育工藝。
球鐵孕育劑的含鋁量應(yīng)小于1%，粒度不超過8mm。適宜的孕育處理溫度為1400–1480℃ 從孕育處理到澆注完成的時間一般不超過}5分鐘。多次孕育最適合于球鐵的生產(chǎn)，為此單件小批生產(chǎn)的大中型鑄件都采用澆口盆孕育，機器造型的小型鑄件}}l采用型內(nèi)孕育或隨流孕育工藝。孕育塊埋在澆口盆中或直澆道底
部，操作簡便。一般澆包孕育時孕育量取0.4‘一0.5%，如果還要進行二次孕育，澆包孕育量最多0. 3% O澆口盆或型內(nèi)孕育量為0.1-0.2%，如果孕育量太大，反而會造成“過孕育”缺陷，如石墨漂浮，縮孔縮松等。
五、鑄態(tài)與熱處理
GGG-35. 3和GGG-80這兩種球鐵對大型鑄件投有應(yīng)用意義，前者的性能必須經(jīng)過鐵素體化退火才能達到。其余牌號的球鐵既可鑄態(tài)，也可通過熱處理方法生產(chǎn)
生產(chǎn)鑄態(tài)球鐵時，必須考慮鑄件在型內(nèi)的冷卻速度,嚴格控制化學(xué)成分，避免鑄件出現(xiàn)嚴重成分偏析。
生產(chǎn)鑄態(tài)鐵素體球鐵，特別是須保證沖擊功的高韌性球鐵。必須使用含微量元素及錳低的特種生鐵。GGG-40.3要求其鐵素體晶粒細小而均勻，故對爐料及熔煉處理技術(shù)的要求嚴格;如果鑄件壁厚相差大或基體中珠光體量超過10%。通常也要進行熱處理。
調(diào)整鐵素體和珠光體混合基體組織的球鐵GGG-50的性能，比起GGG-40或GGG-70和GGG-80要復(fù)雜得多，因為化學(xué)成分及工藝參數(shù)的微小波動都會導(dǎo)致基體組織產(chǎn)生區(qū)別。要在大型鑄件的不同壁厚得到相同數(shù)量的珠光體尤為困難。所以在設(shè)計要求許可的情況下，應(yīng)盡量采用GGG-40或GGG-60代替GGG-50。
基體以珠光體為主的GGG-60—般用鑄態(tài)方法生產(chǎn)。GGG-7D要求細片狀珠光體基體，對厚壁鑄件只有通過加入穩(wěn)定珠光體元素，才能在鑄態(tài)生成這種組織。用熱處理方法生產(chǎn)GGG- 70以上牌號，同樣受到鑄件壁厚限制，為保證鑄件性能，有時還需同時加入合金元素。
六、合金化
為了鑄態(tài)生產(chǎn)球鐵GGG-60到GGG-80,必須加入穩(wěn)定珠光體的合金元素銅或錫或者采用較高的錳含量，實際生產(chǎn)中通常是加入銅。獲得珠光體基體所必需的銅含量取決于鑄件壁厚和原鐵水的錳含量，錳量增加可以降低銅的加入量，卻增大生成碳化物的傾向。鑄件加入銅還可以減少壁厚敏感性的影響。
錫對生成珠光體的作用約比銅強10倍，錫錳結(jié)合生成碳化物的傾向比銅錳結(jié)合強烈。如超出實現(xiàn)全部珠光體組織所需的錫含量，球鐵的抗拉強度反而下降，這是錫在晶界偏析所致。所以往往加入穩(wěn)定珠光體作用較弱的鎳來生產(chǎn)
鑄態(tài)珠光體球鐵，尤其在生產(chǎn)厚壁大型球鐵.件時更是如此。在對鑄件的耐熱性有特殊要求時，才加入鋁合金。
我在德國三家鑄造廠所見到的球鐵大都用鑄態(tài)方法生產(chǎn)，只有個別鑄件才進行消除內(nèi)應(yīng)力退火，其實際選擇的化學(xué)成分(平均值)見表7 。 EB廠采用相同成分的原鐵水，按不同牌號和鑄件壁厚，直接將純銅粒沖入鐵水包，穩(wěn)定而簡便地生產(chǎn)多種鑄態(tài)密烘球鐵，其性能高于DIN標準類似牌號。
七、鐵水質(zhì)最檢測及調(diào)整
德國鑄造廠都配備了直讀光譜儀，所用試樣為在銅模中澆出的激冷片。一般廠只測定14-16種元素，大型鑄造廠要測定25種元素，有時還檢測氧含量。有的廠還同時采用燃燒法精確測定鐵水的含碳量和含硫量，在60-150秒內(nèi)即可得出分析結(jié)果，用以修正光譜分析數(shù)值。
熱分析儀廣泛用于爐前檢測鐵水質(zhì)量，可以記錄鐵水冷卻曲線和打印分析數(shù)據(jù)，測定含碳量比光譜儀情確，但含硅量的精度不如光譜儀。根據(jù)測出的鐵水過冷度，可以判斷鐵水冶金質(zhì)量的優(yōu)劣。
出鐵槽鐵水溫度一般采用輻射式高溫計連續(xù)檢測、自動顯示和記錄。感應(yīng)電爐直接用訣速微型熱電偶測溫。
德國鑄造廠在工頻爐熔煉過程中很住重增碳工藝。常用增碳劑有2一4種，對其含硫量和灰分含量育嚴格要求。為保證增碳效率，應(yīng)在1430-1500℃溫度范圍內(nèi)，盡量在鐵水含硅量較低時增碳。Sic用于出鐵前快速調(diào)整碳硅量并具有增加晶核作用。有的廠在沖天滬鐵水出鐵時加入量硅鐵或碳粉進行孕育或調(diào)整成
分。
超聲檢驗在一般鑄造廠已成為例行檢驗項目，除用于檢側(cè)鑄件缺陷外，還可判斷石墨形態(tài)。檢驗球化效果最可靠的方法還是快速金相法，密烘鑄鐵廠廣泛應(yīng)用此法。
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