可锻铸铁石墨化退火工艺的优化

　　近年来，我国可锻铸铁行业发展非常迅速，然而目前国内绝大多数生产可锻铸铁的企业，仍沿用上世纪60年代的生产工艺，采用铋或含铋的复合孕育剂，而后按传统的热处理工艺退火[1]。就退火工艺而言，由于第一阶段退火温度高，周期长，不仅浪费能源(仅退火处理的煤耗达每吨铸件500～1000kg)，生产率低下，产品质量不够稳定，退火设备的使用寿命低且严重污染环境[2-3]。因此，在当前大力推行节能减排的大环境下，有必要对可锻铸铁的生产工艺进行系统的研究，以缩短可锻铸铁的退火周期及降低退火温度，改进可锻铸铁的生产工艺，达到节约能源、提高劳动生产率、提高产品质量和减少环境污染的目的。

　　1 试验过程及方法

　　为了加快石墨化进程，缩短退火周期，改变碳、硅含量，同时考虑硅含量对可锻铸铁性能的影响，综合锰、硫、磷三种元素设计出了如表1所示的铁水成分[4-6]。鉴于铁水中的碳、硅含量，根据复合孕育的原则[7]，本文选择的孕育剂成分如表2所示。

　　铁水的熔炼设备为20kg无芯中频感应电炉。铁水的出炉温度用热电偶测量，控制在1450～1550℃。浇注前烘烤浇包，将铁水从电炉中倒入放置了孕育剂的浇包。铸型为桐油树脂砂型，将铸锭制备成拉伸和冲击试样。每个铸型浇注4个标准拉伸试样和2两个冲击试样，铸件与冒口共计约4kg，孕育剂的加入量以此为标准。

　　在设计退火工艺时，将传统退火工艺的高温阶段温度适当降低，保温时间也相应缩短，退火工艺如图1所示。退火的第一阶段温度设定为900℃，第二阶段温度设定为720℃，炉冷至600℃后空冷。

　　2 试验结果与分析

　　2.1 显微组织

　　图2为4种化学成分的试样的铸态组织。在光学显微镜下，放大100倍观察，发现本文所铸试样的铸态组织中均有石墨析出，只是析出的石墨数量、颗粒大小、形状及分布情况不同，且不同铁水成分所铸试样的铸态石墨形态差别较大。

　　前3组铁水成分的铸态组织中出现很少的初生石墨，图像中看到较大的黑色点状物可能是铸造过程中产生的缺陷或夹杂物。第4组试样的组织中有明显的初生石墨，并且石墨颗粒较小、分布较均匀。第2、4组试样的铸态组织中有明显的渗碳体，第4组试样中渗碳体较多。

　　与传统可锻铸铁的铸态组织相比，本文试样铸态组织中没有出现枝晶状的莱氏体，渗碳体含量均显著减少，且组织显著细化，说明本文所采用的孕育剂细化组织的效果明显。

　　对石墨化退火不同时间的试样进行了显微组织分析。在退火过程中，从高温阶段保温2h开始，每隔2h取出一个试样进行显微组织观察。第1、第2组和第3、第4组试样的显微组织分别如图3、图4所示。