等温淬火球墨铸铁的特性、生产技术及应用
曾艺成
②孕育方法
孕育效果的好坏，孕育方法比孕育剂的作用更大。在生产中常用工艺如下；
a. 倒包孕育：浇注前从运转包倒入浇注包时，添加孕育剂。添加时间越接近浇注时，效果越好，添加孕育剂质量分数一般为0.1％，粒度一般小于5mm。
b．浇口杯孕育：将粒度为0.2～2mm的孕育剂放入带拔塞的定量浇口杯内，当铁液在浇口杯中有一定量后拔塞充型，孕育剂添加的质量分数为0.1～0.2％，适用于大型铸件，见示意图。
c. 随流孕育：在茶壶式浇包或气压浇注包，侧面装有可控制孕育剂流量的漏斗，通过机械或光电管控制，使漏斗内的孕育剂在浇注期内均匀地随流进入铸型（见示意图）。孕育剂添加的质量分数为0.1～0.15％，粒度20～40目，此法适用于中小铸件在流水线生产或批量生产。
d. 型内孕育块孕育：见示意图。孕育剂的主要成分是硅铁，也可附加少量其他元素，如稀土、锰等。把孕育剂破碎成100筛号以下，用黏结剂结成固定的形状，也可用铸造方法浇注成孕育块，放在直浇道底部，加入量为铸件质量分数的0.02％～0.05％。它适用于批量和流水线生产铸态铁素体铁件。
浇口杯孕育随流孕育 孕育块孕育
4）采用具有紧实、精确的铸型及合理的铸造工艺
球墨铸铁凝固时有石墨析出，膨胀量和铸铁液态收缩量大致相近。生产上可以利用这种特点，采用刚性铸型，避免铸型胀大，获得无缩孔、缩松的铸件。静压、高压、挤压、气冲等高紧实度潮模造型、树脂砂造型、金属型覆砂、壳型填铁丸、水冷金属型等都是比较适合球墨铸铁生产的造型方法，获得广泛应用。此外在铸造工艺的考虑上，因球墨铸件具有糊状凝固的特点，凝固期间液体金属流动困难，冒口的有效补缩距离短，只能起补充液态收缩铁液作用，共晶团间的缩松只能靠石墨化膨胀来填补。因此对于大型复杂、壁厚不均的铸件，为使温度常均匀，大量使用冷铁和内浇口分散进入的工艺。
球墨铸铁处理后，有很多粘渣，容易随铁水流入型腔。应在浇注系统上采用挡渣、撇渣装置。球墨铸铁易氧化，浇注时如出现紊流、飞溅，将生产二次渣，为防止这类铸造缺陷，除控制较低残余镁量外，也在铸造工艺上采取措施，例如，加大浇注系统尺寸，改变各部份尺寸的比例等，使铁水快速、平稳无冲击地充满型腔，达到减少铁水和空气接触时间及接触面的目的。
球墨铸铁容易出现皮下气孔，生产上也应从造型材料上采取措施，防止这类缺陷。例如，增加型砂透气性，降低水份，使用煤粉砂等。
球墨铸铁收缩与造型方法、零件复杂程度有很大关系，变化很大，甚至出现胀大现象。因此，制造模型时，应结合零件的具体结构来选择缩尺比例。
三、等温淬火工艺的确定
1. 等温淬火工艺
要使等温淬火球墨铸铁具有优异的力学性能，就必须对其等温转变的全过程进行严格控制。等温淬火球墨铸铁的强度和硬度取决于奥氏体化温度和等温温度，合金元素和微区成分偏析则决定了奥氏体等温转变的动力学。为此，要严格控制的热处理工艺参数有：奥氏体化温度和时间及奥氏体等温转变温度和时间。
（1）奥氏体化温度和时间，奥氏体化温度一般选择在完全奥氏体化温度以上30～50℃，多在850～930℃之间，温度与含硅量关系如表13所示。
表13 等温淬火球墨铸铁最低奥氏体化温度与含硅量的关系
Si(%)温度（℃）Si(%)温度（℃）
2.28102.8847
2.38152.9854
2.48213.0861
2.58273.1866
2.68333.2875
2.7840
其它合金元素也会影响奥氏体化的最低温度，但是它们并不像硅的影响那样大。奥氏体化温度变化范围应控制在±5℃～10℃。
为了降低等温淬火球墨铸铁的硬度，改善其加工性能、近来发展一种双相ADI。它的奥氏体化温度较低（750℃～850℃），等温淬火前处于铁素体+奥氏体+石墨三相共存区，等温淬火后基体组织为针状铁素体、富碳奥氏体、分散状的先共析铁素体和石墨，ASTM－879M中牌号750－500－11就是这种组织的铸铁，这种牌号的铸铁生产时要求加入较多的合金元素，才能保证其抗拉强度和屈服强度。
下图出Cu-Ni合金化球墨铸铁奥氏体化温度与等温淬火温度及冲击韧度的关系。
奥氏体化与不同等温转变温度对冲击韧度的影响
至于奥氏体化时间，主要目的是使基体完全转变为奥氏体和使奥氏体达到碳饱和。试验表明，在试样热透后保温15分钟，已足以使基体完全奥氏体化。保温时间主要决定于壁厚，一般是每25mm，保温1小时。
（2）等温温度和时间
奥氏体等温转变温度和时间直接影响等温淬火球墨铸铁的力学性能。对于每种不同成分的球墨铸铁来说，其奥氏体等温转变过程是不相同的。应具体选择相应的奥氏体等温转变的条件。
在等温转变过程中要求只有针状铁素体析出与生长，没有碳化物析出。这是制定等温处理工艺的关键。
由于合金元素在共晶团边界可呈正偏析或负偏析，从而影响针状铁素体转变的快慢。如促进石墨化元素Si、Ni、Cu等富集在共晶团内部，降低了奥氏体中的含碳量，有助于针状铁素体的形成。因此，针状铁素体是在奥氏体晶界和石墨球界面上形核并长大的。
另外，在平衡条件下，高温转变的针状铁素体碳的固溶量很低，随着转变温度降低，铁素体碳的固溶量逐渐增加。因此，在没有析出碳化物的条件下，更容易得到稳定的奥氏体。下图是在不同等温转变温度下，碳在针状铁素体中的溶解量。
不同等温转变温度下碳在针状铁素体中的溶解量
奥氏体等温淬火后其组织转变如下图所示。奥氏体等温转变（E－G）使含碳量增至1.8％～2.2％，这种奥氏体在室温时热力学和力学上都是稳定的。这种高碳奥氏体加上碳过饱和的针状铁素体的混合组织是等温淬火球墨铸铁所期望的组织。如果保温时间不够（E—F），此时的奥氏体中含碳量仅1.2％～1.6％，这种奥氏体在室温时是稳定的，但受力或机械加工时会转变为马氏体。如果铸件在等温盐浴中保温时间现延长（J－K），即产生第二阶段的反应。此时高碳奥氏体将分解为更加稳定的铁素体和碳化物，产生类似于钢中的贝氏体。碳化物的出现会降低伸长率和韧度。化学成分、合金元素和球化率、石墨球数等因素对这两个阶段反应有影响。因此，等温转变的时间要取决于工艺条件、铸件壁厚及冶金质量等因素。
(未完待续)