改善球墨铸铁件低温冲击韧性的措施

用在北方寒冷地区的球墨铸铁件要求有足够好的低温冲击韧性。比如，用在寒冷地区的风力发电机的铸件，要求在-40℃下运转20年至30年不损坏，所用的球墨铸铁件必须符合耐低温高韧性球墨铸铁件标准。还有用在寒冷地区的铁路及地铁配件，起重设备及其配件等等，也有这方面的需求。武汉职业技术学院机电学院分析总结了影响球墨铸铁件低温冲击韧性的各种因素，提出了改善其低温冲击韧性的措施。

他们认为，控制珠光体含量，确保基体组织中的铁素体量达到90%以上，是改善球墨铸铁件低温冲击韧性的关键所在。由于铁素体的塑性和韧性相对其它组织的基体要好，所以低温耐冲击球墨铸铁都是采用全铁素体基体的牌号。为了保证实现所需的铁素体组织，可以采取以下措施：

一、熔炼球墨铸铁时控制化学成分

试验表明，球墨铸铁中Si的含量对其韧性影响很大。当ω(Si)为0.8时，室温的冲击功较低，但-20℃时的冲击功最高;而ω(Si)为1.8%时，-40℃时的冲击功最高;ω(Si)为2.1%时，常温的冲击功最高。P以及P与Si的配比对低温韧性的影响也很大。当ω(Si)为2.6%，ω(P)从0.02%提高到0.05%时，-40℃时的冲击功从120J降至10J左右。锰是促进珠光体形成的元素，而且呈正偏析，导致球墨铸铁最后凝固部位铁素体量减少，故应限制。武汉职业技术学院的研究小组建议：ω(C)=3.5~3.8，一般取中值，厚壁取下限；ω(Si)=1.8%~2.2%；ω(Mn)<0.2；ω(P)越低越好。控制Cr,V,Sn,Ti,W,Mo等促进珠光体形成元素的含量，越低越好。这些元素多从废钢中来，故对废钢应严加管理。

二、选用合适的球化剂和孕育剂

球化剂宜选用Mg6RE2中镁低稀土球化剂。若原铁液硅高，可选用不含Si的球化剂，如国外多用Ni-Mg。球化剂的MgO/Mg≤0.1，以免出现夹杂物降低冲击韧性。

孕育剂，以采用含Ba硅铁为宜。虽然加Bi,Sb可增加球数，提高球墨铸铁塑性，但长时间回炉料的累积，会增加干扰元素（如Al,Ti,Pb,As,Sn,Zr,Te,Bi,B等）的总量。

三、工艺的优化

球化处理温度控制在1450℃左右为宜，采用二次冲入法，先出鉄液三分之二，球化后再冲三分之一。

浇注温度以1350℃左右为宜。铸件保持铸形直到500℃以下开箱。

经过试验，确定能得到最佳的低温冲击性能的热处理工艺为:升温至880℃保温2.5小时，炉冷至720℃，再保温3.5小时，最后炉冷至600℃出炉。用带V形缺口的单铸试块进行测试，所获材料在-40℃时的冲击韧度指标达22.17J/cm2；其常温抗拉强度为372.8MPa，屈服强度为250.2MPa，伸长率为25%。

经风机铸件叶轮毂的实践证明，采取上述措施后，球墨铸铁件低温冲击韧度不足的情况有很大改善。金相组织:球化率为90%~92%，球数108~130个/mm2，铁素体量接近100%。力学性能:常温抗拉强度为375~390MPa，屈服强度为240~260MPa；-20℃冲击韧度平均17.2J/cm2，最低16.2J/cm2，-40℃冲击韧度平均13.0J/cm2，最低11.2J/cm2。均达到或超过欧洲标准的要求。