收稿日期：2018-12-01修定日期：2019-05-16作者简介：任红涛（1982.04-），男，河北保定人，毕业于太原理工大学，主要从事灰铸铁、球墨铸铁铁液处理工艺的研究工作。
铸态铁素体球墨铸铁硬度的提高方法任红涛（一汽铸造有限公司铸造一厂，吉林长春130011）摘要：在熔炼方式改变导致铁素体球墨铸铁基体硬度降低的情况下，对影响其硬度的几个因素进行了分析，并围绕这些影响因素进行了大量试验研究，得出以下结论：（1）对于双联熔炼、多品种混流作业的生产方式，调整w （C ）量会使部分铸件发生缩松缺陷的风险增加，因此通过固溶强化及降C 增Mn 来改善铸件硬度的方法不可行；（2）中频炉熔炼铁液时增加适量的P ，使w （P ）量达到0.035%左右，可以有效提高球墨铸铁的基体硬度，也是解决中频炉熔炼条件下铁素体球墨铸铁硬度不达标问题的一种切实可行的方法。
关键词：球墨铸铁；铁素体；硬度中图分类号：TG255文献标识码：B文章编号：1003-8345（2019）03-0009-05阅韵陨：10.3969/j.issn.1003-8345.2019.03.003Method to Elevate Hardness of As-cast Ferrite Nodular IronREN Hong-tao（No.1Foundry ，FAW Foundry Co.,Ltd.，Changchun130011，China ）Abstract ：Under the condition that the matrix hardness of ferrite nodular iron was reduced due to the change of meltingmode ，several factors affecting its hardness was analyzed ，and a lot of experimental studies were carried out around thesefactors ，following conclusion were obtained ：（1）For duplex smelting ，multi-species mixed-flow production ，adjusting the contentof w （C ）would increase the rwask of shrinkage defects in some castings ，therefore ，it was not feasible to improve the hardness of castings by means of solid solution strengthening and decreasing C to increase Mn.（2）When melting cast iron melt in medium frequency furnace ，by adding appropriate amount of P to elevate the P content to about 0.035%，it was possible to elevate effectively the matrix harness of the nodular iron ，it was also a feasible method to solve the problem that the hardness of ferrite nodular iron was not up to standard under the condition of medium frequency furnace smelting.Key words ：nodular iron ；ferrite ；hardness（2）采用平衡砂芯结构及有效的排气系统，空腔环形砂芯的排气通道畅通，且砂芯强度高，制作方便，有效防止了铸件的气孔缺陷，且下芯定位准确，砂芯能够自动平衡，有效防止了铸件壁厚偏差缺陷，同时缩短了芯头长度。
（3）树脂砂造型生产铸件已普遍应用成形耐火陶瓷管制作浇注系统，其工艺设计简单，操作灵活方便，浇注可靠性高。
采用变径异型陶瓷管，使用方便简捷，随形设计内浇道，减少铁液流量集中过热，减小铸件接触热节，防止铸件产生缩孔、缩松缺陷。
参考文献[1]李川度，邱金全.G97轮毂的劈箱造型工艺[J].现代铸铁，2018，（01）：22-26.（下转第18页）笔者公司生产的球墨铸铁件主要有桥壳、平衡悬架、轮毂、减速器壳体、差速器壳体，材料牌号以QT450-10为主。
2013年3月，开始启用中频炉熔炼球墨铸铁原铁液，自此，以生铁+废钢+回炉料为主要金属材料、铸造焦炭为主要燃料的冲天炉铁液熔炼方式，被以废钢+球墨铸铁回炉料为主要金属材料、低S增碳剂进行增C来生产合成铸铁熔炼方式所取代。
熔炼设备采用12tABP中频感应电炉及45t工频炉，造型方式为粘土湿型砂造型。
在熔炼方式改变后，该牌号球墨铸铁件的硬度有一定程度的下降，附铸试块和25mm单铸试棒的硬度均不能满足国家标准的要求（硬度下限要求160HB）。
1影响铁素体球墨铸铁硬度的因素1.1基体中珠光体与铁素体的相对比例纯铁素体基体的球墨铸铁布氏硬度仅为150HB左右，所以要提高铁素体球墨铸铁的硬度值，需要通过一定的合金化措施，适当增加珠光体体积分数，从而提高铁素体基体球墨铸铁硬度，同时又不影响铸件的加工性能。
1.2铁素体基体的固溶强化程度在固态铸铁中，Si几乎全部固溶于奥氏体和铁素体，不进入碳化物。
Si原子与Fe原子可以结合成具有强共价键的含Si铁素体，不仅促进铁素体形成，而且使铁素体强化[1-5]。
德国曾以EN-GJS-400-18为试验对象，保持CE约4.3%，w（Si）量由3.0%增加至4.0%，不仅抗拉强度由480MPa左右提高至600MPa左右，其硬度也由约170HB 增加至约210HB[6]。
说明Si不仅强化了基体，还提高了基体的硬度。
1.3P对球墨铸铁基体的影响通常情况下，习惯将P定义为冷裂纹促成元素，会恶化韧性、提高脆性，所以，P是球墨铸铁件生产时不希望存在的元素，含量越低越好，一般要求在0.03%以下。
在生产高韧性球墨铸铁件时，特别是有低温冲击要求的铸件时，允许w（P）量在0.02%以下。
但是，往往忽视P有益的一面，如：在灰铸铁中，P起着推迟珠光体转变的作用；在球墨铸铁中，这个作用表现得特别明显。
球墨铸铁铁液容易过冷，共晶凝固迅速，石墨球在被奥氏体外壳包围的情况下生长，P元素在石墨和包围它的奥氏体之间或者奥氏体晶界的沟槽中以及在“石墨+奥氏体”共晶团外侧的铁液中富集凝固。
P的富集相没有充分的时间扩散到奥氏体及铁素体中，被冷却残留下来，阻碍C原子向已经析出的石墨扩散，在冷却时的固态相变中不得不按介稳定系统转变为珠光体。
所以，P元素只要运用得当，利用其稳定珠光体的特性可以提高铁素体球墨铸铁硬度[7]。
2改善铸件硬度的措施2.1降C增Mn采用中频炉单独熔炼铁液，炉前进行球化处理，浇注时添加Si-Mn合金，使原铁液w（Mn）量达到0.40%左右，同时浇注一组不添加Si-Mn合金的试棒（所有试棒在2h后打箱，确保充分冷却）作为对比。
表1为降C增Mn的试验数据。
由表1数据绘制的硬度对比曲线如图1所示。
由图1可见，只将w（C）量降至3.60%~3.70%，对照组试棒的硬度值仍不能满足要求，再辅以微量Mn合金化，试验组试棒硬度基本可以满足国家标准的要求。
图2是试验组部分试样的金相组织，可以看出，随着硬度的增加，珠光体体积分数也有所增加。
2.2Si固溶强化Si固溶强化球墨铸铁采用的手段是提高w（Si）量的同时降低w（C）量，使CE维持在4.3%第1组第2组第3组第4组第5组第6组C3.683.653.623.603.613.65Si1.131.051.081.111.141.06Mn0.430.170.390.180.420.190.360.170.410.200.400.18P0.0190.0170.0160.0180.0160.019试验组162170164-171173164163161163172175对照组155157154156154152158156156157157158组别原铁液化学成分w B（%）终铁液化学成分w B（%）硬度（HBW）表1降C增Mn的试验数据Tab.1Experimental data of decreasing C andincreasing Mn现生产试验第1组第2组第3组第4组第5组第6组第7组第8组第9组1791741791761711671671681741671641621621621631611651621631611521571571521521521581581471511561541581571541540.340.240.210.190.210.190.180.190.193.833.823.853.863.803.843.823.813.87试验组2.892.942.863.012.882.932.992.952.90对照组2.562.522.472.602.452.532.632.632.52Si原铁液化学成分w B （%）硬度（HBW ）组别试验组对照组Mn Ccast iron by Si solid solution strengthening注：每组试验数据对应2个w （Mn ）量，其中，位置居上的数据为添加Si-Mn 合金后的铁液w （Mn ）量，位置居下的数据为添加Si-Mn 合金前的铁液w （Mn ）量。
~4.4%，从而强化铁素体基体。
由于笔者公司对铁液化学成分的一致性要求较高，故在试验中不能降低w （C ）量。
因此，采用现生产原铁液化学成分进行球化处理，球化剂加入比例相同，不同的是试验组在球化处理的同时添加0.25%的75SiFe试验组对照组对熔炼方式改变前后的原铁液化学成分对比发现，P 、Ti 、Nb 元素变化最为显著，与熔炼方式改变前相比，P 减少一半，Ti 增加1倍，Nb 增加3.5倍。
Ti 、Nb 属于强的碳化物形成元素，会形成碳化物，增加显微硬度，这与球墨铸铁硬度下降的事实显然相悖，所以，硬度下降并非是由Ti 、Nb元素变化导致，可以排除。
试验中，分别验证了Mn 和P 对球墨铸铁基体硬度的作用，表3是P 和Mn 对球墨铸铁基体硬化的试验数据。
由表3可见，w （Mn ）量在0.5%以下时，硬度值并没有达到预期的效果，而当w（P ）量增加至0.05%左右时，硬度值却有较明显的提升。