高品質(zhì)灰鑄鐵既要有高的強(qiáng)度和硬度，同時(shí)還要有好的切削性能。組織要盡量追求均勻一致，即均勻分布、中等大小的A型石墨；均勻分布、中等或中細(xì)的珠光體基體；盡可能少的夾雜物顆粒；盡可能少的游離分布的滲碳體和磷共晶；材質(zhì)純凈。

近幾年，許多轎車合資企業(yè)在缸體國產(chǎn)化生產(chǎn)中都碰到了一個(gè)非常棘手的問題，即所有國產(chǎn)化的材質(zhì)切削性能都較差。其原因可分為兩大方面，一是先天不足，即基礎(chǔ)件、硬件上存在差距，如熔煉技術(shù)、原材料質(zhì)量等；二是工藝水平的差距，如孕育技術(shù)、合金化技術(shù)等。以下針對這幾方面進(jìn)行闡述。

1熔煉技術(shù)

討論熔煉技術(shù)必須先弄清鐵水中的碳是如何獲得的，因?yàn)殍F水中碳的獲得方式不同，會對石墨的形態(tài)和分布產(chǎn)生根本的影響。

獲得高品質(zhì)的石墨是生產(chǎn)高品質(zhì)灰鑄鐵關(guān)鍵的技術(shù)。高品質(zhì)的石墨即是指均勻分布的、中等或中細(xì)大小的A型石墨。一切工藝措施都應(yīng)該圍繞這個(gè)目標(biāo)。

國產(chǎn)化的灰鑄鐵材質(zhì)與國外的主要差距表現(xiàn)為石墨形態(tài)，產(chǎn)生這種差距有許多深層次的原因，根本的原因是鐵水中碳的獲得方式不同。碳的獲得方式有兩種，一種是通過多加生鐵獲得；另一種是通過鐵水滲碳獲得，這兩種方式對灰鑄鐵的性能都產(chǎn)生巨大的影響，即同樣的鐵水化學(xué)成分，性能會相差1~2個(gè)牌號。鐵水中的碳如果是通過滲碳獲得的，則石墨的形態(tài)好，分布均勻，大小適中。鐵水中的碳如果是通過多加生鐵獲得的，則石墨的形態(tài)差，常會產(chǎn)生一些粗大的石墨，也就是所說的生鐵遺傳性。

鐵水熔煉方式不同，滲碳技術(shù)也不同。電爐熔煉要往鐵水中加入滲碳劑。而對于沖天爐熔煉，關(guān)鍵是要提高鐵水的熔煉溫度。國外沖天爐基本上都是采用熱風(fēng)送風(fēng)，有的還加氧，焦炭的質(zhì)量好，鐵水熔煉溫度高，能夠達(dá)到1550攝氏度以上，因此焦炭在鐵水中的滲碳率高，鐵水中的碳基本上都是通過滲碳獲得的，生鐵基本不加或加入量很少。與國外相比，國內(nèi)沖天爐熔煉技術(shù)比較落后，大都是采用冷風(fēng)送風(fēng)，對焦炭的質(zhì)量不重視，鐵水熔煉溫度低，一般為1450攝氏度左右，焦炭的滲碳率低，鐵水中的碳只能通過多加生鐵來獲得。而生鐵加入量越多，材質(zhì)的性能就越差，這是根本的先天不足。

對于電爐熔煉，同樣存在著碳的獲得方式問題。許多人往往采取簡單的只用生鐵和廢鋼配料的方法生產(chǎn)鑄鐵，這種大量加入生鐵的做法嚴(yán)重影響了鑄件質(zhì)量。因此，一定要加入滲碳劑增碳，減少生鐵的加入量，從根本上改善石墨的形態(tài)，提高材質(zhì)的性能。

2原材料質(zhì)量

原材料的質(zhì)量取決于原材料中的微量元素含量。

鑄鐵中的微量元素主要來自生鐵和廢鋼，生鐵一定要用高品質(zhì)的生鐵，廢鋼一定要用碳素鋼，嚴(yán)禁混入合金鋼。

由于生鐵的加入量較大，因此生鐵質(zhì)量的好壞對鑄件質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。我國好的生鐵產(chǎn)自本溪礦脈。但由于資源有限，現(xiàn)在生產(chǎn)的生鐵中加入了一部分其他礦石，某些微量元素的含量比以前高了許多。

由于微量元素累積到一定程度會使鑄鐵產(chǎn)生不良的石墨組織并影響基體組織，有時(shí)候產(chǎn)生的影響是致命的，因此有必要了解各種微量元素的特點(diǎn)。

微量元素的影響可分為3大方面，一是對石墨的影響，如鉛會嚴(yán)重惡化石墨形態(tài)；二是對基體組織的影響，如釩會促進(jìn)產(chǎn)生大量的索氏體，惡化切削性能；三是對夾雜物的影響，如鈦可形成鈦化物顆粒，對切削性能產(chǎn)生影響。

3冷卻速度

鐵水冷卻速度的快慢對石墨形態(tài)和金相組織產(chǎn)生很大影響，而冷卻速度是由造型方法決定的。金屬型鑄造、金屬殼型鑄造、殼型填鐵丸等鑄造方法之所以能夠生產(chǎn)出材質(zhì)優(yōu)良的鑄件，正是由于其的冷卻速度比較高。造型方法不同，冷卻速度產(chǎn)生差異，對材質(zhì)性能產(chǎn)生的影響是無法用其他工藝措施來彌補(bǔ)的。

對于曲軸和凸輪軸等軸類鑄件，往往都要進(jìn)行表面淬火處理，對材質(zhì)的質(zhì)量要求非常高。所以，這類鑄件基本上都是采取冷卻速度比較高的造型方法生產(chǎn)。

4合金化工藝

合金化的主要作用是提高鑄件材質(zhì)的強(qiáng)度和硬度。但合金化對石墨形態(tài)也是有影響的，許多人忽視了這方面的影響。

銅是生產(chǎn)灰鑄鐵常加入的合金元素，主要原因是由于銅熔點(diǎn)低，易熔解，合金化效果好，不增加鐵水的白口傾向。因此，許多人認(rèn)為多加銅不會產(chǎn)生危害性。但這種觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。銅的適宜加入量為0.2%~0.4%。大量地加銅，同時(shí)又加入錫和鉻的做法對切削性能是有害的，它會促使基體組織中產(chǎn)生大量的索氏體組織。

鈦在鐵水中與氮、碳的親合力強(qiáng)，容易形成氮化鈦或碳化鈦顆粒，一定數(shù)量的氮化鈦或碳化鈦顆粒分散分布在基體中，可提高缸體的耐磨性，但鈦化物數(shù)量多，對加工性能不利，尤其是對精鏜、珩磨危害性大，因此必須加以限制?？刂柒伒暮?，一般是將鈦含量控制在工藝要求的下限，即0.03%~0.05%。

鈦含量過多，會使石墨過冷，容易產(chǎn)生大量D、E型過冷石墨，所以鈦含量一定要控制在下限，并采取有效的孕育措施，消除過冷石墨的影響。

鈦的燒損嚴(yán)重，往鐵水中直接加入鈦鐵時(shí)，鈦的吸收率不穩(wěn)定，成分難以控制，所以應(yīng)將其做成中間合金加入到鐵水中。

稀土元素能中和灰鑄鐵中的許多雜質(zhì)元素，凈化鐵水，尤其是與硫產(chǎn)生強(qiáng)烈的反應(yīng)，形成石墨成核的核心，顯著地影響材料性能。因此，稀土元素在灰鑄鐵中的作用是有利的。特別是對于用高碳當(dāng)量的鐵水生產(chǎn)比較厚大的鑄件時(shí)，加入稀土元素有利于細(xì)化石墨，不致于使石墨過分粗大，提高材質(zhì)性能。

稀土元素的負(fù)面影響主要是使鐵水過冷傾向增大，因此加入量不易過多，具體加入量要根據(jù)鐵水和鑄件進(jìn)行調(diào)整。稀土還有使石墨形態(tài)蠕變的傾向。

往鐵水中加入稀土元素同樣有技術(shù)性，直接加入時(shí)吸收效果很差，而且造渣嚴(yán)重，必須將其做成中間合金，用一種載體元素把它帶入到鐵水中。

錫和銻都是強(qiáng)烈地穩(wěn)定珠光體的合金化元素，當(dāng)希望提高鑄件的硬度時(shí)，尤其是冷卻條件比較差的鑄件，加入少量的錫和銻能起到明顯的改善作用。

銻的合金化作用比錫更強(qiáng)烈。錫對石墨形態(tài)沒有影響，銻使石墨長度變短，尤其是對于厚大鑄件，使石墨變短的作用更明顯。雖然石墨長度變短了，但石墨并不細(xì)化，并伴有少量塊狀石墨。對于生產(chǎn)厚大斷面的鑄件，無論是球鐵還是灰鐵，加入少量的銻對改善其石墨形態(tài)是有利的。

銻的含量不超過0.02%時(shí)，對材質(zhì)的性能不會產(chǎn)生有害的影響。但如果銻的含量過高，則會使材質(zhì)脆化，產(chǎn)生有害影響。

鉻的合金化效果是非常強(qiáng)烈的，主要是因?yàn)榧鱼t使鐵水白口傾向增大，鑄件易收縮，產(chǎn)生廢品。所以，應(yīng)對鉻量加以控制。一方面希望鐵水中含有一定量的鉻，以提高鑄件的強(qiáng)度和硬度；另一方面又將鉻嚴(yán)格控制在下限，以防止鑄件收縮而造成廢品率增加。傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，原鐵水鉻量超過0.35%時(shí)，將對鑄件產(chǎn)生致命的影響。

采用鉻錳硅合金，用包內(nèi)沖入法加入時(shí)，雖然鉻量提高了，但鐵水的白口傾向和收縮傾向并不增大，鉻量可以放寬到0.5%。對比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)加銅生產(chǎn)的氣缸體，缸壁處會產(chǎn)生許多菊花狀的B型石墨；而改用鉻錳硅生產(chǎn)的缸體，缸壁處菊花狀的B型石墨基本消除，缸孔硬度提高，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定。

5孕育技術(shù)

孕育的主要目的是為了促進(jìn)石墨的析出，消除白口。

對孕育技術(shù)的研究主要是對孕育劑的研究和孕育方法的研究。我國孕育劑的品種比較單一，主要還是以75SiFe為主。75SiFe中的鋁、鈣含量對孕育效果影響很大，尤其是鈣的含量。我們現(xiàn)在使用的75SiFe，其鈣含量低，孕育效果差。為了提高孕育效果，應(yīng)當(dāng)要求孕育劑生產(chǎn)廠家提高鈣的含量。含1.0%~1.5%鈣、0.8%~1.2%鋁的75SiFe才會有較好的孕育效果。

近幾年，我們國家開發(fā)了多種以75SiFe基的孕育劑，滿足了不同類型鑄件特別是薄壁高強(qiáng)度灰鑄鐵件的要求。

a含鋇孕育劑。鋇在改善鑄件壁厚敏感性和提高抗衰退能力方面有顯著效果，即具有長效性。

b含稀土孕育劑。少量稀土能提高孕育效果，有顯著減小白口傾向的作用，減慢衰退速度。但加入量不能過大，否則會使白口增大。如與鈣、鋇復(fù)合使用，則其白口傾向減小，過冷石墨減少，具有長效功能，是生產(chǎn)薄壁高強(qiáng)度灰鑄鐵較好的孕育劑。

c含鍶孕育劑。能使厚斷面出現(xiàn)的縮孔、縮松減少，薄斷面能顯著消除白口，衰退慢。

d含鋯孕育劑。加鋯可提高抗衰退能力，有利于消除鑄件中的氣孔，減小白口傾向，得到均勻分布的A型石墨。隨流孕育技術(shù)在球鐵生產(chǎn)中是一項(xiàng)非常關(guān)鍵的技術(shù)，但是在灰鐵生產(chǎn)中卻很少應(yīng)用，這主要是對它的重要性認(rèn)識不足。生產(chǎn)高品質(zhì)的灰鑄鐵是離不開隨流孕育技術(shù)的。隨流孕育能有效地改善石墨形態(tài)，促進(jìn)石墨均勻析出。對于生產(chǎn)薄壁缸體鑄件，能有效防止薄壁處產(chǎn)生白口，還能減少或消除基體組織中游離分布的滲碳體和磷共晶，使珠光體組織片層間距均勻。

長期以來，許多從事鑄鐵材料研究的人把更多的精力放在了球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵的研究上，卻忽略了對灰鑄鐵生產(chǎn)技術(shù)的研究。其實(shí)，高品質(zhì)灰鑄鐵的生產(chǎn)技術(shù)和球墨鑄鐵一樣，都需要認(rèn)真研究給予足夠的重視。

6結(jié)束語

綜上所述，在對鑄鐵材質(zhì)質(zhì)量產(chǎn)生重大影響的五大方面的因素中，鑄鐵熔煉技術(shù)、原材料質(zhì)量、鑄型冷卻速度對鑄鐵材質(zhì)產(chǎn)生的影響是根本的。如果材質(zhì)方面產(chǎn)生的差距是由這幾方面的因素造成的，要想通過合金化工藝和孕育技術(shù)來彌補(bǔ)，有時(shí)是不可能的。所以，對基礎(chǔ)的、硬件方面的重要性一定要認(rèn)識清楚。