QT500_7球墨铸铁熔炼过程控制

球墨铸铁具有良好的综合性能，较高的强度、硬度、良好的塑性和韧性，被广泛应用于机械制造、冶金矿山、石油化工、交通运输等部门【1】。影响球墨铸铁生产稳定性的因素很多，要稳定地生产球墨铸铁，必须把握好化学成分设计，原铁液熔炼、球化处

理、孕育处理、浇注。本文针对铸态QT500-7球墨铸铁熔炼工艺过程，从化学成分、铁液熔炼，球化处理、孕育处理等方面介绍熔炼过程的控制。

1QT500-7组织性能要求

QT500-7球墨铸铁要求：基体组织是珠光体+铁素体（珠光体25%～35%、铁素体65%～75%），石墨等级4～5级，σb≥500MPa，δ≥7%，硬度180～200HB。其化学成分见表1[2]。

2各元素对球墨铸铁组织性能的影响

2.1碳和硅

碳和硅是促进石墨化元素。在一定的冷却速度和孕育条件下，碳当量增加可以提高球铁的石墨化程度，碳以碳化物的形态存在的数量减少，以石墨形态存在的数量增加。选择含碳量应保证球墨铸铁具有良好的铸造性能和力学性能。高碳量有助于获得健全铸件。碳能促进镁的吸收，改善球化效果，能够促进石墨化，减小白口倾向，增加石墨核心，使石墨细化，提高石墨球的圆整度；可以提高铁液的流动性，增加凝固时的体积膨胀，减少铸件的缩孔体积和缩松面积，使铸件致密。过高的碳容易产生石墨飘浮，碎块状石墨等缺陷，使铸件综合性能降低。针对QT500-7碳当量可以在4.5%～4.8%，含碳量选取3.6%～4.0%，对于铁素体+珠光体的QT500-7，硅量2.4%～2.7%。

2.2锰

锰是形成碳化物能力比较强的元素。在一次结晶过程中锰增加铸铁过冷倾向，促进形成碳化物（Fe.Mn）3C。在共析转变过程中，锰降低共析转变温度，稳定并细化珠光体。对于铸态铁素体要防止一次渗碳体及过多的珠光体，根据炉料条件要求一般猛量低于0.5%。

QT500-7球墨铸铁熔炼过程控制

白龙1，任智勇2，张国伟2，徐宏2,张馨心2

(1.北方通用动力集团有限公司616厂，山西大同037005；2.中北大学材料科学与工程学院，山西太原030051)

摘要：对QT500-7熔炼过程中化学成分的选择、原材料选择、熔炼工艺、球化处理、孕育处理、质量检测等方面进行了分析。提出合理的成分配比、熔炼、球化、孕育处理工艺。经检测，所得材料的力学性能达到了QT500-7的要求，金相组织符合标准。

关键词：球墨铸铁；化学成分；球化；孕育；组织性能

中图分类号：TG255文献标识码：A文章编号：1000-8365(2014)02-0411-03

Control of Meltimg Process for Ductile Cast Iron QT500-7

BAI Long1,REN Zhiyong2,ZHANG Guowei2,XU Hong2,ZHANG Xinxin2

(1.616Factory,North General Power Group Co.,Ltd.,Datong037005,China;2.School of Material Science and Engineering, North University of China,Taiyuan030051,China)

Abstract：Analyzing the smelting process for ductile cast iron QT500-7,including the choice of chemical composition,casting process,the choice of raw materials,melting process,spheroidizing treatment,inoculation treatment,quality inspection and other aspects according to the performance index of QT500-7,the reasonable composition,melting process,spheroidizing process and inoculation process were put forward.The testing results show that the mechanical properties of the tested materials achieve the requirements of QT500-7,and the microstructure meets standard.

Key words：ductile iron；chemical composition；spheroidizing；inoculation；microstructure and performance

收稿日期:2013-09-24

作者简介:白龙（1965-），山西大同人，研究员级高工.研究方向：发动机先进制造技术研究.

电话：138********；E-mail：chenjianjunde@

表1QT500-7的化学成分w(%)

Tab.1Chemical composition of QT500-7

C Si S Mn P Mg残RE残

3.55～

3.85

2.3～

3.0

＜0.05

0.5～

0.8

＜0.03

0.035～

0.070

0.025～

0.05

Vol.35No.2 Feb.2014

铸造技术

FOUNDRY TECHNOLOGY411

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2.3硫和磷

硫与镁、稀土亲和力很强，消耗铁液中的球化元素，形成MgS 、稀土硫化物渣，降低球化率；硫高易造成球化元素残留量而导致球化不良，还易形成皮下气孔、夹渣等缺陷，严重影响球铁的性能。故要求铁液中含硫量尽可能的低。含硫量要控制在0.03％以下。

Fe -P 二元合金中磷，在α-Fe 中最大溶解度为2.8%。球铁中，由于其他成分的影响，磷的溶解度很

小，当含磷量超过溶解度极限时，磷以磷共晶形态析出。由于成分、冷却速度、偏析等原因，球铁含磷

0.5%时就可以出现磷共晶。

3原材料选择

采用12kg 中频感应电炉熔炼，原材料是Q10

生铁+中碳钢+硅铁，其中各元素的含量见表2。在配制原材料时要控制各种元素的含量，并考虑其烧损量，在烧损后的元素含量要控制在最终元素含量的范围内见表3。

4球化孕育工艺

4.1原铁液熔炼

球墨铸铁原铁液熔炼时，要减少碳烧损和氧化，

需要注意以下事项：

（1）要控制熔炼温度不能超过1550℃。温度过高会导致原铁液中碳烧损严重，最终导致球化不良。

（2）在初次熔炼铁液，要用生铁清洗炉壁，目的是清洗炉壁上的铁锈，减少铁液中碳被氧化。

（3）加入生铁前，把生铁表面的铁锈除净。（4）在炉内加入小块生铁时，务必先将其预热到

400℃以上（温度越高越好），缓慢加入铁液里面，以

防止铁液飞溅出来，导致实验事故。

（5）熔化过称中，铁液表面出现粘糊状杂质时，不要急于捞渣，渣层可以起到保护铁液不被氧化的作用。

（6）等铁液完全熔化，注意测试铁液温度。当铁液温度达到球化温度（1460～1500℃）时，进行球化。尽量减少铁液熔炼时间，能节约能源，同时减少铁液中的碳和硅的烧损。

4.2増碳处理

由于目标要求含碳量3.89%。而原材料中含碳最多的生铁含碳4.38%，考虑高温下碳的烧损15%，则配料中生铁含量很高也很难保证含碳量3.8%。所以需要増碳。增碳剂选择石墨电极碎屑，一般来说增碳剂的颗粒越小则其与铁液接触的界面面积大，增碳的效率就会较高，但太细的颗粒易于被大气中的氧所氧化，也易于被对流的空气或抽尘所致的气流带走。因此，增碳剂颗粒尺寸的下限值以1.5mm 为宜，而且其中不应含有0.15mm 以下的细粉。颗粒尺寸的最大值，应该以能在作业时间内溶入铁液为度。如果增碳剂在装料时随金属炉料一同加入，碳与金属的作用时间长，增碳剂的颗粒尺寸可以较大，上限值一般可为12mm 。如果在出铁时加入铁液中，则颗粒尺寸宜小一些，上限值一般为6.5mm 。所以粒度选择在1.5~6.5mm 。在原铁液熔化后温度达到

1480~1520℃冲入铁液即可。増碳后碳的吸收率为90%。然后按照碳的烧损15%计算。用铁皮包覆碳颗

粒冲入铁液底部，减少碳的燃烧浪费，增加吸收率。

4.3球化孕育工艺

球化剂、孕育剂合金应预热。球化剂粒度为l0～

25mm ，孕育剂粒度为3～20mm 。球化剂选用FeSiMg8RE7，粒度20mm ；孕育剂为75硅铁，粒度10mm 。

实验采用12kg 中频感应电炉，由于炉体内铁液太少，需要严格控制球化温度在1450～1500℃

(最佳在1480～1500℃)，球化剂加入采用凹坑包

底冲入法，球化处理后浇注时间不超过2min 。球化剂加入量1.5%。球化前球化剂进行预热，冲入铁液以后不应过度搅拌，以免温度降低过快。球化时间

30s （球化剂加入到孕育剂加入的时间）。测试铁液

温度1400℃，开始浇注。

5理化检测结果

实验浇注Y 型附铸试块，浇注完毕后保温24h

落砂清理后，加工成标准拉伸试样，测试得到δ=9.1%，

σb =510MPa ，硬度190HB 。试样基本满足QT500-7

球墨铸铁的要求。图1是试块金相组织。实验对比

GB\T9441-2009《球墨铸铁金相检验》：可以看出，铁

素体75%+珠光体25%；球化率80%~85%；石墨等级4～6级。组织符合QT500-7基体要求。

表3目标化学成分

w （%）

Tab.3The target chemical composition of QT500-7

C Si Mn S P 3.895

2.940

0.106

0.020

0.041

表2原料配比

Tab.2The ratio of raw materials

废钢

硅铁孕育剂球化剂增碳剂锰铁总质量

0.5320.0420.0350.140.0560.03577.8

0.5

0.5

2

0.7

0.5

100

生铁

质量

/kg 6.16w （%）

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FOUNDRY TECHNOLOGY

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412··

白龙，等:QT500-7球墨铸铁熔炼过程控制6结语

由于实验采用12kg 中频感应电炉熔炼，铁液质量太少，实验要尽量减少碳烧损，可以采用转包球化孕育，但需要严格控制温度变化，最好从球化孕育到浇注温度下降不超过150℃。铁液球化完毕进行浇注，可以容易控制浇注温度。参考文献：[1]Misaka Yoshitaka ，Kawasaki Kazuhiro ，Komotori Jun.Fatigue

strength of ferritic ductile cast iron hardened by super rapid induction heating and quenching

[J]．Materials Transactions ，2004，45：2930-2935.

[2]

李传栻，杨国杰，张振斌,等.铸造工程师手册[M].北京:机械工业出版社,1997.[3]沈阳铸造研究所，大连工学院，上海科学技术学会合编.球墨铸

铁[M].机械工业出版社，1982.(a)未浸蚀

(b)4%硝酸酒精溶液浸蚀

图1试样金相组织Fig.1The microstructure of the samples 200μm

200μm

《铸造技术》02/2014413··

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