灰鑄鐵件生產(chǎn)中，往往通過(guò)孕育處理消除鑄造缺陷，調(diào)整硬度，改善機(jī)械加工性能。孕育處理不僅可以最大限度地減少鑄件薄壁部分的白口傾向，改善鑄件的顯微組織和性能，細(xì)化晶粒，而且可以提高灰鑄鐵件強(qiáng)度。FeSi75孕育劑在增加共晶團(tuán)數(shù)量，細(xì)化晶粒，促進(jìn)A型石墨方面作用較強(qiáng)，但孕育后達(dá)到飽和時(shí)間短。長(zhǎng)效孕育劑能顯著延長(zhǎng)孕育作用的有效時(shí)間。
隨著柴油機(jī)功率提高，對(duì)柴油機(jī)主要部件一缸體的材質(zhì)性能要求隨之提高。一拖鑄造公司生產(chǎn)缸體零件一直采用FeSi75孕育劑加銅鉻合金化的處理方法，該工藝能夠保證鑄件的材質(zhì)性能，但存在鑄件生產(chǎn)合金成本高的問(wèn)題，且經(jīng)常出現(xiàn)鑄件薄壁處白口和加工難的問(wèn)題。通過(guò)改進(jìn)孕育工藝和孕育效果，改善灰鑄鐵的機(jī)械性能和組織均勻性，是灰鑄鐵研究的重要發(fā)展方向之一。所以有必要探索新的復(fù)合孕育劑來(lái)代替原有的生產(chǎn)工藝以降低鑄件的生產(chǎn)成本。
硅鋇孕育劑是一種長(zhǎng)效孕育劑，具有很強(qiáng)的促進(jìn)石墨化的能力，可改善薄壁鑄件中石墨的形態(tài)和分布狀況，而且還有減緩孕育衰退的作用。硅鋇孕育劑比硅鐵有更強(qiáng)的增加共晶團(tuán)數(shù)和改善斷面均勻性能力。資料介紹使用硅鋇孕育劑后，可提高鑄件強(qiáng)度，硬度差大幅減少，鑄件尖角處白口消除。
稿件編號(hào)：1203-026本文是以一拖鑄造公司生產(chǎn)的四缸干式缸體為對(duì)象，使用硅鋇孕育劑復(fù)合孕育加鉻與硅鐵孕育劑加銅鉻合金化工藝進(jìn)行對(duì)比生產(chǎn)工藝試驗(yàn)。
2試驗(yàn)條件和方法2.1試驗(yàn)條件四缸干式缸體在一拖鑄造公司靜壓線生產(chǎn)，鑄件重量151kg，每型1件。鐵液熔煉采用12t外水冷沖天爐與30t工頻爐雙聯(lián)熔煉；爐前采用氣動(dòng)孕育裝置，出鐵時(shí)孕育劑隨鐵液流入包內(nèi)。試驗(yàn)所用孕育劑成分見(jiàn)表1.澆注采用1.5t雙工位自動(dòng)澆注機(jī)澆注，采用程控在線隨流孕育裝置，根據(jù)孕育量設(shè)定值在澆注時(shí)隨流孕育，隨流孕育劑為硅鐵孕育劑（粒度0.4mm~1mm），孕育量0.08%~0.1%.原工藝鐵四缸干式缸體表1試驗(yàn)用孕育劑成分含量類型硅鋇孕育劑FeSi75孕育劑中國(guó)鑄造裝備與技術(shù)3/2012 2.2試驗(yàn)方法本次缸體工藝試驗(yàn)選擇在同一爐原鐵液成分相同的情況下，分別采用硅鋇復(fù)合孕育加鉻和硅鐵孕育加銅鉻兩種工藝方案，對(duì)爐前包內(nèi)鐵液進(jìn)行處理，在靜壓線澆注四缸干式缸體。每種工藝方案對(duì)應(yīng)所澆注的鑄件流水號(hào)，每一種方案對(duì)鑄件硬度、單鑄試棒進(jìn)行檢驗(yàn)，同時(shí)各取一個(gè)鑄件進(jìn)行本體解剖和材質(zhì)檢測(cè)。對(duì)比分析同一缸體上不同部位不同壁厚的硬度、強(qiáng)度及金相組織。具體實(shí)施方案見(jiàn)表2.表2兩種方案的孕育方法方案編號(hào)（復(fù)合孕育工藝）（合金化工藝）方案要點(diǎn)硅鋇+Cr孕育方法0.3%硅鋇+0.收75硅鐵硅鐵2.3試驗(yàn)過(guò)程按兩種工藝方案要求控制化學(xué)成分和進(jìn)行爐前處理（孕育及合金化）每種方案澆注1組單鑄試棒，每組三根。試棒開(kāi)箱時(shí)間全部為18min.爐前鐵液化學(xué)成分見(jiàn)表3.表3澆注試棒爐前包內(nèi)鐵液化學(xué)成分樣品種類白口深度工頻爐原鐵液硅鋇復(fù)合孕育+鉻硅鐵孕育+銅鉻（2）鑄件硬度檢測(cè)取兩種方案鑄件各7件檢查鑄件頂面硬度，檢驗(yàn)部位在每個(gè)鑄件檢查缸頂面3個(gè)位置（缸蓋與缸體連接大螺栓柱位置）。爐前澆注階梯試塊，檢測(cè)不同厚度試塊的硬度及金相組織。
（3）本體強(qiáng)度及金相組織檢測(cè)每種工藝方案依據(jù)所對(duì)應(yīng)流水號(hào)各取一個(gè)鑄件進(jìn)行解剖，檢驗(yàn)缸體不同部位本體的硬度、抗拉強(qiáng)度及金相組織；本體取樣部位包括缸頂面、軸瓦、主油道、缸孔壁、底部法蘭、軸承座等部位。
缸筒壁3試驗(yàn)結(jié)果及分析3.1缸體鑄件材質(zhì)要求四缸干式缸體鑄鐵牌號(hào)HT250.隨爐澆注030mm的單鑄試棒，抗拉強(qiáng)度250MPa；鑄件各部位（底面、頂面、主油道、軸承座等部位）本體強(qiáng)度達(dá)對(duì)應(yīng)本體強(qiáng)度195MPa；壁厚10mm~20mm，對(duì)應(yīng)本體強(qiáng)度225MPa.缸體表面硬度應(yīng)達(dá)到HB180~250；鑄件硬度在頂面、底面、主軸承孔分開(kāi)面上測(cè)量（以上測(cè)量面均為加工表面），同一缸體鑄件的硬度差不大于30HB.金相組織細(xì)片珠光體的含量不低于95%，滲碳體、磷共晶均不大于1%；石墨形態(tài)以A型為主，允許少量B型石墨，石墨長(zhǎng)4~6級(jí)，且要求均勻分布。
3.2單鑄試棒檢驗(yàn)結(jié)果及分析試棒化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果如表3所示，機(jī)械性能及金相組織檢驗(yàn)結(jié)果如表4所示。從結(jié)果上看，二種工藝方案澆注的試棒石墨形態(tài)均為A型石墨，石長(zhǎng)4級(jí)。說(shuō)明對(duì)于雙聯(lián)熔煉工藝，控制好爐內(nèi)原鐵液成分含量，同時(shí)保證出鐵時(shí)適當(dāng)?shù)脑杏浚瑑煞N工藝方案都可以滿足HT250牌號(hào)的抗拉強(qiáng)度和金相組織要求。使用硅鋇孕育劑后，與普通硅鐵孕育相比，爐前鐵液的白口明顯減小。
表4單鑄試棒機(jī)械性能及金相組織檢驗(yàn)結(jié)果樣品種類石墨珠光滲碳磷共抗拉強(qiáng)度硬度強(qiáng)度/形態(tài)長(zhǎng)度體晶硬度硅鋇復(fù)合孕育硅鐵孕育3.3鑄件硬度檢驗(yàn)結(jié)果及分析（1）對(duì)不同壁厚階梯試塊硬度及組織影響為了考察兩種孕育方案對(duì)鑄件壁厚敏感性的影ttFIVITT中國(guó)鑄造裝備與技術(shù)3/2012響，爐前澆注階梯試塊進(jìn)行試驗(yàn)。不同斷面的硬度及金相組織見(jiàn)表5.試驗(yàn)表明，在冷卻速度最快的5mm斷面處，使用硅鐵孕育出現(xiàn)D型石墨，而使用硅鋇孕育的樣品則沒(méi)有出現(xiàn)D型石墨，其它厚度斷面金相組織差別不大。與使用普通硅鐵相比，使用硅鋇孕育劑后階梯試塊不同斷面硬度差減小。
表5階梯試塊不同斷面的硬度及金相組織試驗(yàn)方案厚度石墨形態(tài)石墨長(zhǎng)度珠光體磷共晶碳體硬度硅鋇復(fù)合孕育硅鐵孕育A少D對(duì)鑄件同一平面（缸頂面）硬度的影響從表6鑄件硬度檢驗(yàn)結(jié)果看，二種工藝方案澆注的鑄件硬度接近，但是硬度差區(qū)別較大，即采用硅鋇復(fù)合孕育工藝方案鑄件硬度差明顯較小。
表6缸體鑄件頂面硬度檢測(cè)結(jié)果（HB）A方案：采用硅鋇復(fù)合孕育工藝生產(chǎn)序號(hào)流水號(hào)部位1部位2部位3平均值硬度差A(yù)HB平均值C方案：采用硅鐵孕育工藝生產(chǎn)序號(hào)流水號(hào)部位1部位2部位3平均值硬度差A(yù)HB平均值鑄件本體檢測(cè)結(jié)果及分析兩種孕育劑試驗(yàn)澆注的缸體鑄件本體金相組織檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7，~為鑄件本體典型部位金相組織照片。從檢驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，兩種工藝方案表7干式四缸體本體金相組織檢驗(yàn)結(jié)果采用硅鋇復(fù)合孕育工藝生產(chǎn)，流水號(hào)023樣取樣部位（厚度）石墨石長(zhǎng)珠光體碳體磷共晶硬度強(qiáng)度號(hào)形態(tài)底部法蘭（28mm）軸承座（30mm）缸頂位置（15mm）采用普通硅鐵孕育工藝生產(chǎn)，流水號(hào)027底部法蘭（28mm）軸承座（30mm）A+少量E缸頂位置（15mm）C4軸承座（A+少E，4級(jí)）的鑄件本體硬度與抗拉強(qiáng)度都達(dá)到了缸體鑄件材質(zhì)工藝要求。但硅鐵孕育生產(chǎn)的鑄件軸承座處出現(xiàn)少量E型石墨，且油道、軸承座及缸頂面處石墨長(zhǎng)度為3級(jí)，石墨長(zhǎng)度偏長(zhǎng)。而使用硅鋇孕育劑后，鑄件的組織均勻性得到改善。
3.4試驗(yàn)鑄件加工情況中國(guó)鑄造裝備與技術(shù)3/2012 A4軸承座部位（珠98）試驗(yàn)鑄件送冷加工廠加工，采用硅鋇復(fù)合孕育生產(chǎn)的鑄件，薄壁部位沒(méi)有再出現(xiàn)白口情況（檢視窗部位），在加工過(guò)程中檢測(cè)鑄件加工后表面硬度，硬度差14.5~20.3HB.而普通硅鐵孕育澆注的鑄件硬度差普遍在24~35HB.結(jié)果表明，使用硅鋇復(fù)合孕育可以改善鑄件的加工性能和組織均性。
3.5試驗(yàn)結(jié)果分析與普通硅鐵相比，硅鋇孕育劑增加一定量的鋇、鈣成分后，促進(jìn)了鐵液的形核能力，容易形成細(xì)小、分散的石墨，適當(dāng)增加共晶團(tuán)數(shù)，從而提高了鑄件的力學(xué)性能。與加銅合金化相比，硅鋇復(fù)合孕育主要通過(guò)改善鑄件的微觀組織，來(lái)提高鑄件的力學(xué)性能。鉻銅合金化在高碳當(dāng)量（4.1%左右）情況下，有利于增加和穩(wěn)定灰鑄鐵組織的珠光體含量。但是在碳當(dāng)量控制在3.85%~3.95%情況下，使用硅鋇復(fù)合孕育與鉻配合，可以滿足鑄件材質(zhì)性能要求。需要說(shuō)明的是，從實(shí)踐生產(chǎn)來(lái)看，無(wú)論采取何種工藝，原鐵液成分的控制，特別是碳、硅含量的控制對(duì)鑄件性能影響很大。
使用硅鋇孕育劑加鉻工藝代替貴重金屬銅后，能夠滿足缸體的材質(zhì)性能要求。硅鋇孕育劑的成本比75硅鐵成本高約25%，但減少貴重金屬銅的加入，從最終結(jié)果來(lái)說(shuō)可以較大幅度降低鑄件材料成本。
4結(jié)論通過(guò)工藝驗(yàn)證，說(shuō)明在穩(wěn)定控制鐵液成分的條件下，使用硅鋇孕育劑復(fù)合孕育加鉻工藝代替貴重金屬銅，可以保證鑄件本體的機(jī)械性能與組織要求，鑄件成本得到降低。
在缸體鑄件上使用硅鋇孕育劑后，與普通硅鐵孕育劑孕育相比，改善了鑄件的石墨形態(tài)和組織均性，解決了缸體鑄件薄壁部位白口和加工困難的問(wèn)題。
目前硅鋇孕育劑己在一拖鑄造公司生產(chǎn)缸體鑄件上得到應(yīng)用，滿足了客戶的質(zhì)量要求。
