鑄造廠家生產(chǎn)汽油機(jī)和柴油機(jī)缸體時(shí)，一直采用硅鈣孕育劑進(jìn)行孕育，經(jīng)常出現(xiàn)力學(xué)性能達(dá)不到要求的現(xiàn)象，并且所生產(chǎn)的缸體在機(jī)加工過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)滲漏、夾渣等缺陷。經(jīng)分析，產(chǎn)生這些缺陷的主要原因是組織粗大，在熱節(jié)部位產(chǎn)生縮松;另外，由于硅鈣孕育劑成渣傾向大，處理需用的加人量大，造成渣量較大而易產(chǎn)生鑄件夾渣凹。為解決這一問(wèn)題，在熔煉上進(jìn)行了多方面試驗(yàn)，特別是對(duì)孕育劑進(jìn)行了多品種的試驗(yàn)，最后選用鍶硅孕育劑取得了很好的效果。
1、試驗(yàn)條件
采用容量為6t的變頻感應(yīng)電爐進(jìn)行熔煉，造型方式為濕型砂氣沖造型生產(chǎn)線，連續(xù)生產(chǎn)。鐵液出爐溫度為1 480~1 500 C，鐵液包容量為1 000 kg;孕育方式采用包內(nèi)沖人法，孕育劑加入量為0.30%~0.45%，試樣在中間包次澆注完鑄件后澆注。
所用爐料為:廢鋼為優(yōu)質(zhì)碳素鋼，生鐵為河南球墨生鐵和本溪球墨生鐵，回爐料為同類產(chǎn)品回爐料,孕育劑為鍶硅孕育劑和硅鈣孕育劑，其他合金材料還有FeSi、FeMn等。鍶硅孕育劑的主要成分見(jiàn)表1。
爐前檢測(cè)采用澆濕型三角試樣檢查白口深度，用激冷型檢查鐵液凝固時(shí)頂部發(fā)生的行為作快速判斷。采用濕法分析鐵液成分，10t萬(wàn)能強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)抗拉強(qiáng)度，布氏硬度計(jì)檢測(cè)硬度，金相顯微鏡檢查金相組織。
2、試驗(yàn)結(jié)果及分析
2.1爐料配比
根據(jù)鑄造廠的實(shí)際條件，對(duì)不同的爐料配比進(jìn)行了試驗(yàn)，具體的爐料配比見(jiàn)表2。并且在同一種爐料配比方案中同時(shí)采用硅鈣孕育劑和鍶硅孕育劑兩種孕育劑進(jìn)行孕育處理。
圖：爐料配比
2.2 試生產(chǎn)抽查結(jié)果
2.2.1
力學(xué)性能和金相組織采用不同的爐料配比方案一和方案二，用硅鈣孕育劑和鍶硅孕育劑分別進(jìn)行孕育處理，其力學(xué)性能和金相組織呈現(xiàn)出不同的結(jié)果，表3為兩種孕育劑孕育處理后的化學(xué)成分，表4為兩種孕育劑孕育處理后的力學(xué)性能和金相組織。
2.2.2鑄件質(zhì)量變化情況
采用硅鈣孕育劑和鍶硅孕育劑分別進(jìn)行孕育處理,鑄件質(zhì)量發(fā)生了相應(yīng)的變化。用鍶硅孕育劑處理的鑄件，夾渣、滲漏、縮松等缺陷得到了明顯下降，具體統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表5。
2.3 試生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析
從表3和表4可以看出，碳當(dāng)量在3.90%~ 4.10%范圍內(nèi)，使用鍶硅孕育劑不但可以獲得較高的力學(xué)性能，而且金相組織比使用硅鈣孕育劑的效果要好得多。當(dāng)采用第二種方案時(shí)，碳當(dāng)量在3.99%~4.10%范圍，也可獲得較高的抗拉強(qiáng)度值。當(dāng)碳當(dāng)量達(dá)到4.10%時(shí)，抗拉強(qiáng)度仍能達(dá)到260 MPa以上，而同爐采用硅鈣孕育劑孕育后的抗拉強(qiáng)度值在240-260 MPa范圍，比鍶硅孕育劑孕育處理的抗拉強(qiáng)度值要低20 MPa左右。
從表4可以看出，采用鍶硅孕育劑的石墨均為A型和少量C型，長(zhǎng)度在5~6級(jí)范圍;而采用硅鈣孕育劑的石墨長(zhǎng)度都在4~5級(jí)，隨著碳當(dāng)量的增高，石墨長(zhǎng)度也在增長(zhǎng)，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)F型石墨。用鍶硅孕育劑進(jìn)行處理的鐵液的共晶團(tuán)數(shù)量比使用硅鈣孕育劑處理的鐵液的共晶團(tuán)數(shù)量要少一些。
圖：兩種孕育劑孕育處理后的化學(xué)成分
圖：兩種方案的金相組織
2.4 技術(shù)效果分析
在相同的試驗(yàn)條件下，鍶硅孕育劑的減白口能力比硅鐵要高30%~ 50%，與硅鈣相近。在化學(xué)成分3.35%~ 3.40%C、2.00%~ 2.15%Si、0.70%~0.80% Mn、≤0.060% P、0.060% ~ 0.080% S、0.40%~0.60% Cu、0.060%~0.090%Sn，出爐溫度1 480~1 .500 C,孕育劑加人量0.35%，孕育處理后2 min取三角試塊檢測(cè)白口深度，采用鍶硅孕育的白口深度為0~2 mm;采用硅鈣孕育的白口深度為1~2 mm;硅鐵孕育的白口深度為1~4mm。而且斷面均勻性與抗衰退能力比硅鐵好;同時(shí)在大量降低過(guò)冷度的同時(shí)，并不過(guò)多的增加共晶團(tuán)數(shù)量，減少了鑄件縮松傾向的產(chǎn)生，特別是對(duì)于電爐熔煉增硫的鐵液，它的作用可以得到最大限度的發(fā)揮。另外，鍶硅孕育劑特別有利于改善薄壁鑄件中石墨的形態(tài)和分布狀況，使不同厚度處組織的差別更小，過(guò)冷組織只見(jiàn)于鑄件的表層;鍶硅孕育劑易熔解、形渣少，適用于感應(yīng)電爐熔煉下生產(chǎn)各種灰鑄鐵件。
另外，采用鍶硅孕育劑處理的鐵液，抗衰退能力較硅鐵和硅鈣孕育劑強(qiáng)。在相同的試驗(yàn)條件下，鍶硅孕育劑的抗衰退能力比硅鐵和硅鈣強(qiáng)。在化學(xué)成分3.35%~3.40%C、2.00%~ -2.15%Si、0.70%-0.80%Mn、≤0.060% P、0.060%-0.080%S、0.405-0.60% Cu、0.060%-0.090%Sn，出爐溫度1480~1500 C，孕育劑加入量0.35%，孕育處理后每隔1min澆注一組試樣，測(cè)其抗拉強(qiáng)度的變化。通過(guò)試驗(yàn)，硅鐵、硅鈣、鍶硅孕育劑孕育處理后達(dá)到最佳狀態(tài)的時(shí)間分別為1min、5min、7min,這說(shuō)明鍶硅也是一種長(zhǎng)效孕育劑。
根據(jù)要求在鐵液中加人了少量的Cu、Sn合金元素，Cu、Sn都是強(qiáng)烈穩(wěn)定珠光體的元素，但它們對(duì)珠光體的細(xì)化作用甚微。對(duì)細(xì)化石墨，細(xì)化珠光體起主要作用的還是鍶硅。
圖：鑄件質(zhì)量變化情況
3、結(jié)論
經(jīng)過(guò)多次反復(fù)的試驗(yàn)，共澆注了100余噸鑄件進(jìn)行機(jī)械加工。同時(shí)對(duì)多批鑄件進(jìn)行跟蹤統(tǒng)計(jì)，可以看出，夾渣、縮松、滲漏等缺陷都得到較好的改善，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。對(duì)鑄件進(jìn)行硬度測(cè)試，鑄件的硬度HB均在190-220范圍內(nèi)。
(1)用鍶硅孕育劑代替硅鈣孕育劑生產(chǎn)高碳當(dāng)量高強(qiáng)度灰鑄鐵是可行的。鑄件顯示出良好的力學(xué)性能,其抗拉強(qiáng)度值均超過(guò)250 MPa。同時(shí)還能獲得理想的金相組織:細(xì)片狀的A型石墨和少量的C型石墨(<5%) ，珠光體含量在98%以上。
(2)采用鍶硅孕育劑處理灰鑄鐵時(shí)，碳當(dāng)量可達(dá)到3.90%~4.10%，而加入量只有0.30%~0.35%，就能取得較好的效果。同時(shí)，由于鍶硅孕育劑帶人的渣量較少，減少了鑄件的渣孔缺陷。