摘要：随着，我国高新技术的逐渐发展，带动了球墨铸铁技术的完善，产量占铸件总量的比例逐年增加，但高精端的球墨铸铁铸件铸造技术研究和生产仍然是难题。通过论述球墨铸铁铸件铸造技术中的核心工艺要点，介绍了球墨铸铁铸件铸造技术最新研究进展，在分析部分先进工艺技术的同时展望了研究发展的趋势。
关键字：球墨铸铁；铸件铸造；研究
引言
所谓的球墨铸铁呈粥状凝固，凝固温度范围宽。厚大球墨铸铁件由于壁厚大，凝固时间长，石墨球大且少，产生缩孔、缩松的倾向比灰铸铁件大得多。在工艺设计思路上，有人认为应该遵循顺序凝固的原则，有人认为球墨铸铁件在满足一定条件下，只需要采用小冒口或无冒口也能生产出结构完整的铸件。对于厚壁大件球墨铸铁件如何解决以上问题，是一个需要克服的难题。
1球墨铸铁铸件生产现状
1.1生产现状
国际上一些发达国家，针对生产球墨铸铁具有较高的专业技术水平，如在结构复杂、技术条件苛刻、环境条件恶劣的核乏燃料球墨铸铁储运容器铸件生产上德国Siempelkamp公司取得重大成功，该铸件尺寸为φ2500mm×5976mm，壁厚为400mm，总质量为115000kg，其生产工艺控制要求极其严格，是世界球墨铸铁铸件最高水平的代表。美国通用电器GE公司6兆瓦海上风电是当前全球投入商业运营的最大型风机产品，所用转子铸件直径6900mm，总质量达40000kg，是铸件领域高难薄壁大型旋转产品，不仅要求无结构缺陷，而且在6900mm直径范围内，圆心偏移不能超过15μm，该产品曾先后在意大利、法国等多家工厂进行试制，但因铸造缺陷终未能成功。国内整体铸造水平相对落后，高精端的球墨铸铁铸件研究和生产仍然是难题，尤其是原材料及工艺控制方面能力仍然较差，目前还未形成大规模百吨级球墨铸铁铸件的生产能力。国内几个规模较大的球墨铸铁铸件厂商主要以风电铸件研究为主，如无锡一汽铸造、宁波日月铸造、大连重工铸造、宁夏长城须崎、德阳东汽铸造等。同时部分厂商也在重型燃机气缸铸件、船用柴油机机体铸件、水泵机座铸件等高端球墨铸铁件领域取得了重大生产和研究成果。
1.2技术研究进展
近些年，我国的球墨铸铁技术逐渐的发展，并处于一个注重铸件品质的重要阶段，该阶段是一个应用范围扩大，产量快速增长的时期。对球墨铸铁低温冲击、疲劳性能、强韧性等品质稳定性的的要求和研究也在不断提高，从大量研究结果及生产状况来看，国内还需进一步加大球墨铸铁铸造技术研究的力度。
2球墨铸铁铸件铸造技术研究
2.1熔炼工艺研究
2.1.1氧和硫元素控制
在球墨铸铁铸件铸造技术的使用中氧和硫是主要的表面活性元素，对石墨基面改变与棱柱面的生长速度有重要影响，使棱柱面的生长速度大于基面的生长速度，阻碍球状石墨生成而有利于片状石墨生长。硫是重要的反球化元素之一，球化元素首先消耗于脱硫脱氧，一部分脱硫产物MgS等进入溶渣，还有一小部分硫化物存在于铁液中，这样就降低了球化效果，缩短孕育作用时间。一般铁液在球化处理前要求氧、硫的含量尽量低。在薄壁球墨铸铁件生产过程中，氧和硫元素的影响较之普通球铁有所区别。试验表明：对于壁厚为2mm的球铁铸件来说，为了确保有效抑制组织白口化，硫的含量需要保持在0.011％以上。采用硫含量不同的生铁进行熔炼，在相同的熔炼工艺条件下进行真空处理，分析熔存氧含量对石墨数量的影响。结果显示对壁厚超过6mm的球墨铸铁铸件的球墨数量影响很小；而对壁厚2mm的薄壁铸件来说，真空处理10min时，球墨数量最多且组织无白口化。在保证组织无白口化的情况下，含硫量为0.02％的生铁浇注的壁厚为2mm铸件的石墨数量最多，达到800个/mm2。这个结果验证了最新孕育机理之一：MgS，RES等硫化物能够作为石墨形核核心，促进石墨化，增加石墨数量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.1.2球化方法改进
球墨铸铁在制造生产的过程中，需向铁液中加入一定量的添加剂来完成脱硫、球化及孕育处理。对铁液进行球化处理是球墨铸铁生产与研究中极其重要的环节。多年来，国内外已经成功地研究出多种球化处理方法，主要有插入法、冲入法、转包法、型内法、包盖法、喂线法等。目前仍有一些新的球化处理方法在研究之中，对球化处理方法有人曾经作过专门总结，但仍存在有比较性不强，选用或继续研究的目标不够明确等不足。在前人研究的基础上对其中两种比较高效的方法进一步进行比较系统的总结。
2.1.3包芯线喂线球化处理
球墨铸铁铸件铸造技术使用中，出现球化时加入的添加剂一般都具有密度小、熔点低、沸点低、易氧化等特点。因此，包芯线技术在球墨铸铁生产中有广阔的应用前景。目前包芯线技术在球铁生产上的应用主要集中于脱硫、球化和孕育三个方面。对于包芯线加镁处理装置并已用于生产，但其试验研究工作仍在继续。与现有的球化处理方法相比包芯线球化处理工艺主要优点。同时包芯线球化处理工艺受包芯线结构及直径、包覆材料种类及厚度、球化剂种类与含镁量、喂线工艺参数、铁液温度等多因素影响，所以工艺方面相对复杂。
2.2铸造工艺技术研究
2.2.1浇注系统工艺研究
所谓的浇注系统是指铸型中液态金属流入型腔的通道总称。浇注系统设计正确与否对铸件品质影响很大，有数据统计显示铸件废品中约有30%是因为浇注系统不当所引起的。虽然球墨铸铁铸件浇注系统与铸钢件相比结构简单，但如果设计不当，在铸型的充型过程中易发生内浇道在导入铁液时造成金属液在型腔中相互冲撞、飞溅，从而导致氧化、夹杂、砂眼和气孔。
2.2.2冒口工艺研究
球墨铸铁铸件铸造中的冒口主要是用以在铸型内贮存金属液体、补偿铸件形成过程中可能产生的收缩，防止铸件产生缩孔、缩松并兼有排气、集渣、引导充型的作用[7]。铸件浇注后的收缩过程包括液态收缩和随后的凝固过程收缩，在整个金属凝固过程中所有的液相收缩必须有效补充，从而避免铸件的缩孔缺陷。通过进行图7所示的对比实验，对经验数据和实际实验结果分析可知，普通的砂型或无绝热套的冒口与发热或保温冒口套冒口的有效铁液补缩量相差甚远，前者补缩效率仅仅为后者的15%，补缩有限。通常使用发热或保温冒口套是最有效的解决方法，有利于增加或保持冒口铁液温度，允许铁液在冒口中保持更长的时间，利于对铸件进行液态补缩，使用普遍的有一种微型冒口，该冒口采用发热材料制作，其内的液态金属能够保持很长时间。使用该冒口的好处在于既能够提供补缩所需的足够液态金属，又可接受石墨化膨胀析出过程中膨胀出来的金属液体。通常把这种既能提供所需补缩金属又能接收膨胀液体的冒口称为压力控制冒口。
3球墨铸铁铸件铸造技术的展望
3.1球墨铸铁铸造过程是一个复杂的不可逆过程，
在实际生产中往往有很多不可控因素或工艺的不成熟导致铸件报废或达不到预订的工艺目标，开展重大技术装备、铸造技术的基础理论研究，发展数值模拟、物理模拟及专家系统，使球墨铸铁铸造技术由“经验”走向“定量”。
3.2大力发展新的球化及孕育技术
高强度高韧性球墨铸铁生产的推动力在于球化及孕育技术的不断进步和改进，孕育技术的发展往往寄希望于开发新的孕育剂，但近年来，孕育方法的改进，特别是迟后孕育，受到了人们的重视。因此，今后在发展孕育剂的同时，可能对孕育技术的研究将转向为发展新的孕育方法。
3.3球墨铸铁新材料、新工艺
研究应以汽车工业、航空航天及核能工业为主要目标，以强韧化、轻量化、精密化和高效化为特点。
结语
综上所述的内容，可以看出在球墨铸铁铸件研究受到越来越多的关注。如何合理进行铸件工艺设计、熔炼参数设定并生产优质的铸件将成为球墨铸铁铸件生产过程的主要问题。
参考文献
[1]雷富军.合金元素及铁液处理方法对铸态球墨铸铁强度特性的影响[M].日本：日本岩手大学材料物性工学科，2003.
论文作者:高才炜
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第10期
论文发表时间:2018/7/31
标签：铸件论文; 球墨铸铁论文; 冒口论文; 石墨论文; 工艺论文; 技术论文; 方法论文; 《建筑模拟》2018年第10期论文;