2025

砂型铸造生产高强韧球墨铸铁工艺浅析

作者：

汪国昌

我公司目前生产的铸态高强韧球墨铸铁有QT550-10、QT600-8、QT700-8、QT800-5，它们主要用来制造汽车上需要承受高机械应力的零部件，且使零件轻量化。

砂型铸造生产铸态高强韧球墨铸铁是一个系统工艺，其控制的核心在于成分、工艺、冷却的协同控制。它要求自原材料到铸件开箱时间都有明确的工艺目标并准确实施，不能单靠合金化、球化孕育处理等某一个工艺过程来实现。本文从成分设计、球化孕育、冷却调控等关键环节出发，结合砂型铸造特性，探讨铸态高强韧球墨铸铁的生产工艺及其对性能的影响。

一、成分的精准设计

铸态高强韧球墨铸铁须通过成分调控直接获得珠光体和铁素体的平衡组织。碳当量（CE）通常控制在4.2%～4.5%，以兼顾流动性与收缩控制。具体的碳含量和硅含量需协同匹配，避免石墨漂浮或碳化物生成。为获得符合工艺要求的成分，需从纯净炉料开始，特别要注意炉料中有害微量元素的控制，对于熔炼、球化和孕育工艺要精准控制，避免成分出现较大偏差，最终影响基体组织的平衡，从而使铸件性能不稳定。

目前，公司承接的高强韧球墨铸铁件一般为轻量化后的薄壁铸件，特别需要提升球化等级（石墨球数量、大小、形状及分布均匀性）和加强孕育。一般来说，高强韧球墨铸铁的延伸率是比较难以稳定控制的，这就需要我们除了通过精准的成分设计控制铁素体含量外，还必须做到提高铁液的纯净度，减少或不用容易形成碳化物且容易偏析至晶界的元素。铜、锡、锑都是珠光体形成元素，单独加铜、加锡、加锑都能获得100%的珠光体。在铸态高强度高塑性的球铁中，单独使用这些元素效果不如铜加锡，铜加锑。加铜后的球铁，由于锡的加入，改变了铜的组织偏析状态，使得铜元素在基体内分布变得很均匀，加入0.003%的锑后，增加了球数，减少了球墨直径，提高了球化率，从而提高了机械性能，使组织得以均匀化，解决单加铜的组织不均匀导致伸长率不稳定，屈服强度低的问题。

要稳定生产高强度、高伸长率的材料，首先要保证基体组织中珠光体和铁素体有一个较合适的比例，并通过控制其微量元素的含量、细化组织、对组织进行固溶强化等多项措施，来达到高强度和高伸长率的目的。

二、球化与孕育工艺控制

球化剂和孕育剂质量的好坏直接决定铸件的性能，首先是两种材料的规格型号必须符合工艺要求，特别是其中的Mg和稀土元素的含量；其次是加入工艺和加入量应满足产品工艺要求，否则，其作用将大大降低。球化剂主要是促使铁液中的C形成石墨球，Mg元素是主要的球化元素，稀土是辅助球化元素，起缓和反球化元素干扰的作用，同时还可提升球化率和净化铁液；孕育剂主要是细化基体并抑制碳化物的生成，为达到此目的球化孕育应在规定时间内完成，禁止出现衰退现象发生。

采用堤坝冲入法进行球化，其处理过程是一个复杂且精细的过程，其各种处理剂的放置顺序、覆盖严实程度、夯实程度都会影响铁水的处理效果。甚至可以说采用冲入法进行球墨铸铁的球化孕育的成败就是该工序决定的也不为过。

采用冲入法进行球化经常会忽视的地方如下：1.所选用的球化剂，孕育剂等处理剂的纯净度。因为其内含有的夹杂、氧化物无法通过球化处理后的扒渣除净，最终进入铸件引起缺陷。2.球化处理温度应尽可能恒定，其温度波动范围应控制在±15℃。3.堤坝式球化包的深径比和堤坝深是有要求的。一般深径比≥1.5-2.0，堤坝在装完处理剂后需在高处20mm以上。 4.球化包烘干烘透状况。