某型号高镍球墨铸铁生产工艺的研究
摘要：高镍球墨铸铁是一种含Ni在13%-36%范围内的一种奥氏体铸铁，这种材料要求其微观组织中石墨为球状，且基体组织为奥氏体。
我公司承接D-3型号高镍铸铁产品的生产任务，根据实际生产需要，按照化学成分进行配置炉料并制定生产工艺。
关键词：球墨铸铁；熔炼；工艺设计
1.
实验背景
我公司此次承接的产品为轴套类铸件，材质为D-3高镍铸铁，高镍铸铁镍含量在13%-36%之间，在海水等自然水、污水、盐、高温碱及稀酸中具有很好的耐腐蚀性能，无磁，可控热膨胀，低温和高温抗氧化性能良好，在很多领域都有应用。
2、铸件工艺性分析
2.1铸件材料分析
铸件材料为Ni含量高的奥氏体球墨铸铁，合金含量高，C、Si含量低，熔炼和浇注温度高，奥氏体铸铁的线收缩和体收缩都大于普通的铸铁，接近于碳钢；凝固特性与普通灰铸铁和球墨铸铁有很大不同，也不同于碳钢，更类似于典型的结晶范围很宽的合金。
奥氏体铸铁组织中的奥氏体枝晶发达，石墨和碳化物充填枝晶间的空隙。
奥氏体铸件的缺陷主要为疏松，要获得组织致密的铸件，都必须靠冒口建立起的铁液静压力和温度梯度，使液体的凝固始终处于正压力状态下。
2.2凝固特性
奥氏体铸铁的线收缩和体收缩均大于普通铸铁，更接近于碳钢；凝固特性与普通灰铸铁和球墨铸铁有很大不同，奥氏体铸铁组织中的奥氏体枝晶发达，石墨
和铬的碳化物充填枝晶间的空隙，奥氏体的主要缺陷是缩孔和缩松，由于产品结
构固定，如何根据要求配比出化学成分及性能合格的铸件为此次生产工艺的难点
所在。
3、铸造工艺过程
与传统砂型铸造不同，此次球墨铸铁的生产采用熔模精密铸造进行生产，与
传统砂型相比，熔模铸造铸件尺寸精度高、表面粗糙度值细，生产灵活性高、适
应性强，加之技术协议要求不允许补焊，采用熔模铸造更利于实现产品的生产及
交付。
3.1炉料配比及熔炼控制
因为是配料生产，配制前使用光谱仪对原材料的化学成分进行检测，然后根
据实际结果进行配比，使用中频炉进行冶炼浇注，拟配钢水总重为80公斤，熔
炼采用中频炉，炉料中要特别注意微量元素的影响，镍有很强的吸气性，为防止
铁液吸气，镍板需要在熔炼后期加入，铬铁等合金最好在光谱原铁水成分后调整
成分时加入，奥氏体球墨铸铁在容量过程中吸气倾向大于一般球墨铸铁，炉料中
回炉料多时吸气倾向更大，因此，有锈、有油污或潮湿的炉料应提前进行预处理，不可直接投入钢液中进行使用。
此外，应特别注意不能使用带有红色铁锈的炉料，因为其中含有氢氧化铁，其稳定性很强，不易分解，氢不易形成水分析出而蒸发。
3.2球化处理
奥氏体球墨铸铁应采用不含稀土的球化剂，在相同的条件下进行球化处理，
奥氏体球墨铸铁中镁的收得率可能比一般球墨铸铁高20%-30%，而且在此后的转
运和浇注过程中镁的衰减也比较慢。
3.3孕育处理
奥氏体球墨铸铁孕育处理后，孕育效果的衰退比一般的球墨铸铁快，因此，
应注意做好孕育处理并安排好孕育后的转运及浇注作业，特别是含铬的奥氏体球
墨铸铁，孕育不好，铸件很容易产生缩孔、缩松缺陷，而且加工性能也会恶化。
为得到良好的孕育效果，应注意以下几点；在熔炼的后期加入铬铁；最后加
入锰铁和硅铁；炉前孕育处理用75%的硅铁细粒，加入的硅量约为0.5%；浇注时
用硅锶孕育剂进行随流孕育，加入量约为0.2%左右，孕育剂的粒度为20-40目
3.4 生产要点
3.4.1生铁和回炉料需要喷砂处理，在熔炼前表面无锈蚀。
铁屑需要在丙酮
中清洗干净。
浇注前需要将铁屑、球化剂、孕育剂在100~150℃炉温中烘烤1小
时左右，温度不宜过高，以免氧化。
3.4.2出铁温度：1550℃，浇注温度：1480~1500℃
3.4.3浇注时间：控制在5min以内。
3.4.4脱氧：出铁水前脱氧程序同铸钢，硅钙用量150克，铝用量35克
3.4.5球化和孕育处理
采用堤坝式浇包，放置0.6kg球化剂于堤坝的一侧，均匀紧实后放入0.4kg
孕育剂（HTBa4加入0.1kg，HTSr1加入0.3），上面覆盖铁屑。
出铁时先缓慢地
将铁水注入无球化剂一侧，至铁水的2/3时，停浇，待球化剂与铁水反应平缓后，继续浇注剩余铁水，同时随流依次加入剩余硅钙粉、球化剂和孕育剂等至铁水包。
将铁水温度降至1500℃时浇注。
3.5铸件的热处理
含镍奥氏体铸铁件铸态组织中的碳化物为条状，为了改善加工性能和铸件综
合性能，需要对其进行热处理，热处理后条状碳化物转变为粒状碳化物。
需要特
别注意的是，在高温保温后出炉时要注意，出炉时需要快冷，因为奥氏体铸铁高
温保温后，碳化物分解，碳固溶到高温奥氏体内。
在缓慢冷却过程中，碳会在晶
界中以细小碳化物形成析出，会严重降低奥氏体铸件的韧性。
热处理工艺见下图
热处理工艺
1.
铸件化学及性能结果检测
试样化学成分检测见表4，性能检测结果见表5，经检测，结果满足技术要求
钢种
C 总量气
Si
Mn<
P<
Ni
Cr
Mo
D-3
2.6
1.0
-2.8
1.0
0.08
28 〜32
2.5~
3.5
0.7 〜1.0
2.3
6
0.98
0.021
28.36
3.08
0.85
表4
牌号
抗拉强度
ksi (Mpa)
屈服强度(0.
2%偏差)
ksi (Mpa), 2
2in或50mm
标距的延
伸率％, N
布氏硬
度
(3000k
g)
D-355 (379)30[207] 6.0
139-202
实
测
397268 6.5185
表5
1.
结论：
（1）严格精确地控制化学成分是生产高镍奥氏体铸铁的重要前提；
（2）提高炉料的洁净度能有效避免含镍奥氏体球墨铸铁的皮下气孔；
（3）使用熔模精密铸造能够生产出符合技术要求的高镍球铁；
参考文献：
[1] 申泽骥，唐骥，苏贵桥.高镍奥氏体铸铁的生产工艺特征【J】.铸造技术，2003，24（2）；91-92
[2]姜不居；周衡泽，陈冰，许云祥。
熔模铸造手册，北京：机械工业出版社2000.10
[3]王文清，李魁盛.铸造工艺学。