摘 要：高韌性球鐵的生產(chǎn)質(zhì)量控制的關(guān)鍵是獲得鑄件的組織中高的鐵素體含量、較高的球化率、直徑細(xì)小而多的石墨數(shù)，這是高韌性球鐵力學(xué)性能合格的根本。要獲得高韌性球鐵必須有優(yōu)質(zhì)的鑄造生鐵來保證，盡年來，生鐵供不應(yīng)求，價(jià)格日趨上漲，使鑄造廠面臨嚴(yán)峻的經(jīng)營形勢。針對這一問題，本文論述電爐熔煉同樣的球化劑、孕育劑，不改變球化及孕育處理工藝，采用晶體石墨增碳劑+工業(yè)碳素廢鐵+大量回爐料生產(chǎn)高附加值高性能球鐵合成鑄鐵工藝，更有益于成功獲得合格的高韌性球鐵，而且生產(chǎn)及管理成本低，顯著提高鑄造廠效益的幾個(gè)實(shí)例。
關(guān)鍵詞：晶體石墨；增碳劑；工業(yè)碳素廢鐵；電爐熔煉；合成鑄鐵；高韌性球鐵；奧貝球鐵；風(fēng)電球鐵鑄件；柴油機(jī)缸體；柴油機(jī)缸蓋
  由于鋼鐵工業(yè)的迅猛發(fā)展，生鐵資源日益緊缺，優(yōu)質(zhì)球生鐵供不應(yīng)求，價(jià)格日趨上漲。可供資源將持續(xù)緊張，高位運(yùn)行，勞動力成本持續(xù)上行的趨勢形成，可以斷定一個(gè)鑄造高成本的時(shí)代來臨。高耗能、高污染排放，生產(chǎn)低附加值鑄件的企業(yè)將首先被淘汰出局。應(yīng)用電爐合成鑄鐵技術(shù)提高鑄件質(zhì)量，降低鑄造成本，提高鑄造廠效益成為鑄造企業(yè)發(fā)展的根本。
  電爐熔煉合成鑄鐵的關(guān)鍵是增碳劑、調(diào) Mn 造渣輔料、工業(yè)碳素廢鐵的選擇及加入，以及冶煉質(zhì)量控制，使用增碳劑增加含碳量調(diào)整化學(xué)成分，改善鑄鐵的組織和性能；利用價(jià)格相對低廉的工業(yè)碳素廢鐵。降低成本；為了獲得更好增碳效果，生產(chǎn)中選用晶體石墨增碳劑。晶體石墨增碳劑主要用于高韌性球鐵鑄件（風(fēng)電球鐵鑄件）、奧貝球鐵鑄件及大型復(fù)雜的灰鑄鐵及球鐵柴油機(jī)缸體、缸蓋的生產(chǎn)；應(yīng)用晶體石墨增碳劑+廢鋼+大量回爐料是低成本生產(chǎn)高附加值高性能球鐵鑄件的新技術(shù)。本文著重介紹熔煉合成鑄鐵用的晶體石墨增碳劑及熔煉合成鑄鐵顯著提高鑄造廠效益的幾個(gè)實(shí)例。
1.碳及晶體石墨增碳劑材料特性
    碳在常壓下的熔點(diǎn)為 3550℃，沸點(diǎn)為 4194℃，3500℃開始升華，是熔點(diǎn)最高的元素。且在高溫下不發(fā)生晶態(tài)變化，幾乎不軟化、不變形。碳的同素異構(gòu)體有無定形碳、石墨和金剛石。不同結(jié)構(gòu)的碳密度不相同，無定形碳密度約為 1.98g/cm³ ，石墨密度約為 2.3g/cm³，金剛石密度約為3.51g/cm³ ，性能差別大。含碳晶體有一重要的特點(diǎn)是在無氧條件下加熱，晶體結(jié)構(gòu)會向更完整、更緊密的狀態(tài)轉(zhuǎn)變。無定形碳，如焦炭、木炭、炭黑等，在高溫作用下可轉(zhuǎn)變?yōu)槭?。石墨在高溫、高壓作用下可轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸?font style="font-size: 10px;">1 。
1.1.碳質(zhì)材料 碳質(zhì)材料是由碳元素組成的一類非金屬材料。由于晶體結(jié)構(gòu)和層片配列的變化，可以衍生出品種繁多的同素異構(gòu)體。所有的同素異構(gòu)體，在晶體結(jié)構(gòu)上都是以金剛石或石墨為基礎(chǔ)的。
1.1.1 金剛石 金剛石晶體屬等軸晶系，原子晶格為面心正立方，原子間距為 0.154nm，是碳的同素異構(gòu)體中原子排列最緊密的一種。金剛石是莫氏硬度值為 10，絕對硬度約為 10000kgf/mm。
1.1.2 石墨 石墨為六方層片狀結(jié)晶，石墨質(zhì)軟（莫氏硬度 2～3）、呈黑色、有光澤、并有潤滑感。石墨可分為天然石墨和人造石墨兩類，都是鑄造行業(yè)中廣泛應(yīng)用的材料。
（1）天然石墨 天然石墨中有鱗片狀石墨和微晶石墨兩種。中國是天然石墨產(chǎn)量最大的國家，產(chǎn)地主要有湖
南、內(nèi)蒙、黑龍江、福建、廣東、吉林等?。▍^(qū)）。俄羅斯、朝鮮、韓國、澳大利亞、墨西哥、馬達(dá)加斯加、印度、斯里蘭卡、加拿大和美國也有高儲量的天然石墨礦。其中斯里蘭卡出產(chǎn)的塊狀石墨是目前所知的純度最高的天然石墨，其中的碳含量接近 100％。通常開采得到的天然石墨中混有大量脈石和其他雜質(zhì)，如要求品位較高，就需要用浮選法提取。先將礦料粉碎、加水研磨制成礦漿，再用石灰或堿將礦漿調(diào)成弱堿性，并加入水玻璃抑制脈石，然后用篩分設(shè)備將石墨從大量脈石中分離出來。在浮選槽內(nèi)加入煤油之類的捕集劑，再經(jīng)離心分離和干燥，可以得到含碳量為 70～95％的石墨。含碳量在 95％以上的石墨，需用化學(xué)方法萃取，或加熱到高溫使其中的氧化物雜質(zhì)分解、揮發(fā)。
（2）人造石墨 在高溫和惰性氣氛中，無定形碳可以轉(zhuǎn)變?yōu)槭?。先將富碳的碳質(zhì)材料壓制成形，加熱到2500～3000℃、在非氧化性氣氛中進(jìn)行石墨化。晶體石墨增碳劑大部分都是采用這種制備的。
1.1.3．無定形碳 無定形碳也是六方層片狀結(jié)晶，與石墨不同之處在于六角形的配列不完整，層間距離略大。常見的無定形碳材料有焦炭、木炭、炭黑、活性炭等。
1.2.增碳劑的類別及成分
    增碳劑的主要成分是碳。但碳在增碳劑中的存在形式可能是非晶態(tài)或結(jié)晶態(tài)。增碳劑相同，與非晶體增碳劑相比，晶體增碳劑的增碳速度明顯的快，未作球化處理原鐵液的白口深度小，球墨鑄鐵基體中鐵素體含量高，石墨球數(shù)多，石墨形態(tài)更圓整。依據(jù)碳在增碳劑中的存在形態(tài)，分為石墨增碳劑和非石墨增碳劑。石墨增碳劑有廢石墨電極、石墨電極邊角料及碎屑、自然石墨壓粒、石墨化焦等，此外，碳化硅（SiC)具有和石墨相似的六方結(jié)構(gòu)也被列為石墨增碳劑的一種特殊形態(tài)。廢石墨增碳劑如瀝青焦、煅燒石墨焦、乙炔焦炭壓
粒，煅燒無煙煤增碳劑等。常用增碳劑的主要成分表 1,晶體石墨增碳劑的化學(xué)成分：碳含量≥96%,水份≤1.5%,灰分＜1%, Fe2O3＜0.5%,Al2O3＜0.45%,不含硫、磷。                        

2. 增碳劑的增碳行為
  增碳劑的增碳是通過碳在鐵液中的溶解和擴(kuò)散進(jìn)行的。當(dāng)鐵碳合金的含碳量在 2.1%時(shí)，石墨增碳劑中的石墨可直接在鐵液中溶解直溶。而非石墨增碳劑的直溶現(xiàn)象幾乎不存在，只是隨著時(shí)間的推移，碳在鐵液中逐漸的擴(kuò)散溶解。石墨增碳劑的增碳速度顯著的高于非石墨增碳劑。對所有石墨鑄鐵，石墨增碳劑中的石墨，可作為先共晶晶核和共晶石墨晶核。由不同的配料比使用碳質(zhì)增碳劑和不采用增碳工藝，在鐵液化學(xué)成分中含量相同條件下，經(jīng)過增碳處理的鑄鐵中氮含量增加，但可以形成氮化硼等，可以作為石墨結(jié)晶核心的基底，
為石墨創(chuàng)造良好的形核成長條件。因此，增碳劑在增加鐵液含碳量的同時(shí)，能改善鐵液凝固后的組織和性能。
  增碳速度是單位時(shí)間內(nèi)碳增加的百分?jǐn)?shù)。吸收率是增碳劑中碳被鐵液吸收的比率。鐵液增碳速度以及對增碳劑中碳的吸收率受下列因素影響。①增碳劑種類；②增碳劑顆粒；③增碳處理溫度；④鐵液組成；⑤鐵液的攪拌程度。石墨電極的增碳效率較快，在電爐熔煉時(shí)，一般吸收率 85%左右。鐵液攪拌越強(qiáng)，增碳效率越高，在 1450℃可達(dá)到 90%。
3.晶體石墨增碳劑對鑄件微觀組織及質(zhì)量的影響
   由于鑄件的力學(xué)性能取決于鑄件的組織，而鑄件的組織取決于鑄件的化學(xué)成分及凝固過程，鑄鐵凝固過程有 2 種重要的形核條件，一是奧氏體形核，另一種是石墨形核，石墨和鑄造硅鐵在 Ca、Ba、Sr、Al、Ce、Zr、Mn 等元素的促進(jìn)下有利于先共晶及共晶石墨晶核的形成，研究表明含有上述活性元素的氧硫復(fù)雜化合物具有活性的結(jié)晶核心，在鑄鐵凝固過程促進(jìn)石墨形核，鐵液中適當(dāng)尺寸、沒有溶解的石墨質(zhì)點(diǎn)，促進(jìn)先共晶和共晶石墨析出核心，為了增加球鐵的石墨球數(shù)量，必須加強(qiáng)增加形成球狀石墨核心的技術(shù)措施，其中鐵液
的石墨質(zhì)點(diǎn)有助于提高球狀石墨核心數(shù)量，結(jié)晶核心總是異質(zhì)的核心，晶體結(jié)構(gòu)的碳可以顯著提高鐵液的形核狀態(tài)，其中有六方結(jié)構(gòu)的石墨增碳劑，碳化硅（SC）由于具有和石墨相似的六方結(jié)構(gòu)，也被看作是石墨增碳劑的一種特殊形態(tài)。石墨結(jié)構(gòu)的增碳劑增加鐵液中晶核點(diǎn)的數(shù)量，提高鐵液的形核能力。生產(chǎn)實(shí)踐表明使用質(zhì)地致密的石墨增碳劑后球鐵的鐵素體含量平均提高 10%-15%，對延伸率有特別要求的鐵素體球墨鑄鐵是非常有價(jià)值的。用石墨結(jié)構(gòu)的增碳劑生產(chǎn)球墨鑄鐵得到的石墨球數(shù)量是使用非石墨增碳劑球鐵得到的石墨球數(shù)量的 400% 。
   高韌性球鐵的生產(chǎn)關(guān)鍵是獲得鑄件的組織中高的鐵素體含量，較高的球化率，直徑細(xì)小而多的石墨數(shù)。同樣的鑄造生產(chǎn)應(yīng)用晶體石墨增碳劑會促進(jìn)這些有益的結(jié)果形成，就是說應(yīng)用晶體石墨增碳劑+工業(yè)碳素廢鐵+大量回爐料電爐熔煉是低成本生產(chǎn)高附加值高性能球鐵鑄件的新技術(shù)。
3.晶體石墨增碳劑的使用方法及晶體石墨粒度要求
     增碳劑使用過程中，增碳劑有增碳吸收和氧化損耗。不同形態(tài)和顆粒大小的增碳劑對吸收和損耗有不同的影響，例如石墨壓塊（粒）、石墨電極碎屑，具有較大的表面面積浸潤在鐵液中，增碳吸收率高；增碳劑顆粒小，在增碳速度較快的同時(shí)，氧化損耗速度也較快等。因此，生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)熔爐類型，爐膛直徑和容量大小，以及增碳劑的加入方法等，正確選擇增碳劑類型及顆粒大小。使用增碳劑增碳的主要方法，是將增碳劑作為爐料直接投入爐內(nèi)的投入法，在工藝要求爐外增碳時(shí)，常采用包內(nèi)噴粉或出鐵增碳法。
3.1 爐內(nèi)投入法
     適用于感應(yīng)爐熔煉時(shí)使用，依據(jù)工藝要求具體方法有為：①中頻電爐熔煉，可按配比或碳當(dāng)量要求隨爐料加入電爐中下部位，回收率可達(dá) 95%以上；②鐵液熔清后碳量不足調(diào)整碳分時(shí)，先打凈爐中熔渣，再加增碳劑，通過鐵液升溫，電磁攪拌和人工攪拌使碳溶解吸收，回收率可在 90%左右；有的工廠采用所謂低溫增碳工藝，即爐料只熔化一部分，熔化的鐵液溫度較低情況下，全部增碳劑一次性加入鐵液中，同時(shí)用固體爐料將其壓入鐵液中不讓其露出鐵液表面。
3.1.1 配料及加料順序與晶體石墨增碳劑的使用方法
     鋼鐵料配料大多都采用 20%-30%的回爐料+工業(yè)碳素廢鐵，回爐料配量以車間回爐料的多少定，不超過30%為宜。加料順序是爐底先加入回爐料，隨后加入工業(yè)碳素廢鐵，大功率送電。
     在爐料熔化 60%時(shí)加入配料晶體增碳劑總量的一半，加入晶體增碳劑后繼續(xù)提高爐溫加料熔化，剩余部分的 60%在爐料全部熔化打完渣后加入，不斷攪拌直到增碳劑完全溶解后取樣分析。取樣后爐內(nèi)鐵液用覆蓋劑保護(hù)，爐子保溫。
     最后剩余晶體增碳劑（粒度 0.5~1.0 mm）覆蓋在包中球化劑上，起促進(jìn)石墨形核及孕育作用。
3.1.2 晶體石墨粒度要求
    對于 1t 以下電爐熔煉晶體石墨粒度要求 0.5~2.5mm,1t-3t 電爐熔煉晶體石墨粒度要求 2.5~5mm，3t-10t電爐熔煉晶體石墨粒度要求 5.0~20mm,覆蓋在澆包中球化劑上的晶體石墨粒度要求 0.5~1.0 mm。
3.2 爐外增碳
     選用焦炭粉做增碳劑，包內(nèi)噴粉,吹入量為 40kg/t，預(yù)期能使鐵液含碳量從 2%增到 4%，增碳過程隨著鐵液碳含量逐漸升高，碳量利用率下降，增碳前鐵液溫度 1600℃，增碳后平均為 1299℃。噴焦炭粉增碳，一般采用氮?dú)庾鬏d體，在工業(yè)生產(chǎn)條件下，用壓縮空氣更方便，而且壓縮空氣中配入過量碳粉吹入高溫鐵液中，與壓縮空氣中的氧燃燒產(chǎn)生 CO，化學(xué)反應(yīng)熱可補(bǔ)償部分溫降，而且 CO 的還原氣氛利于改善增碳效果。
    出鐵時(shí)增碳，可將粒度 0.5～1.0 ㎜的增碳劑放到包內(nèi)，或從出鐵槽隨流沖入，出完鐵液后充分?jǐn)嚢瑁M可能使碳溶解吸收，碳的回收率在 55%左右。
4.晶體石墨增碳劑的新用途
    在生產(chǎn)高韌性風(fēng)電球鐵鑄件、奧貝球鐵鑄件及大型復(fù)雜球鐵柴油機(jī)缸體、缸蓋過程中，經(jīng)常遇到球化分級比 2 級低又比 3 級高，石墨球不圓整，石墨球直徑達(dá)不到 6 級以上，EPC 生產(chǎn)灰鑄鐵重卡變速機(jī)箱體出現(xiàn)了 D 型石墨等，采取了常規(guī)的工藝措施都難以解決問題，在生產(chǎn)原來配料、熔化、球化、孕育工藝不進(jìn)行大的改變情況下，出鐵時(shí)按 1.5-2.0Kg/t 鐵液包中沖入 0.5~1.0mm 的晶體增碳劑（覆蓋在球化劑上），這些問題就得到解決。換句話可以理解運(yùn)用特定晶體增碳劑會對提高高韌性球鐵風(fēng)電鑄件、奧貝球鐵鑄件、及大型復(fù)雜球鐵柴油機(jī)缸體、缸蓋的球化率、改善石墨球圓整度，減小石墨球直徑起到有益的作用，EPC 生產(chǎn)重卡變速機(jī)灰鑄鐵箱體對消除 D 型石墨有明顯的效果。.
5．使用晶體石墨增碳劑注意的事項(xiàng)
  配料增碳，增碳劑隨爐料加入電爐下部（5~15mm 顆粒），碳收得率一般為 95%；鐵液、鋼液補(bǔ)碳，先打凈鋼液表面的渣子加入（0.5~2.5 mm），碳收得率一般為 92%。
  加增碳劑熔煉灰鑄鐵、球鐵中不要頻繁加入覆蓋劑，不要頻繁打渣，以免增碳劑沒有溶解完與覆蓋劑混合，與渣子從爐中打出。
  第一次使用注意需要通過 2-3 爐試驗(yàn)，以確定增碳劑的碳收得率。
  石墨增碳劑當(dāng)做提高球化率、改善石墨球圓整度，減小石墨球直徑、消除 D 型石墨、細(xì)化晶粒的作用時(shí)，粒度一定要細(xì)，本身要干燥，不注意的話容易引起球鐵的夾雜及氣孔缺陷。
6. 合成鑄鐵的熔煉中 C、Si、Mn 的控制
    由于合成鑄鐵配料，爐料中帶入的 S、P 極低，合成鑄鐵熔煉質(zhì)量控制的關(guān)鍵是 C、Si、Mn 的控制，傳統(tǒng)熔煉 C 主要依靠配料來保證，但合成鑄鐵的熔煉由于 C 受增碳劑的類型、粒度、加入方法、以及增 C 過程溫度的影響，C 吸收率變化大，因此，C 必須依靠配料、嚴(yán)格的熔煉工藝及爐前快速檢測來調(diào)整，爐前快速檢測主要以快速熱分析儀和直讀光譜儀。對于酸性爐，合成鑄鐵的熔煉 Si 較為穩(wěn)定，依靠配料控制，
但合成鑄鐵液在 1580℃以上于酸性爐內(nèi)停滯時(shí)間太長，回出現(xiàn) C 快速下降，Si 快速大幅增高。合成鑄鐵的Mn 通過調(diào) Mn 造渣輔料的加入量來控制。
7.合成鑄鐵的生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)例
（1） 采用電爐合成鑄鐵工藝生產(chǎn)高韌性球鐵
  風(fēng)電球鐵鑄件國內(nèi)大多采用樹脂砂造型制芯，中頻電爐或電弧爐熔煉工藝鑄造。在中頻爐熔煉下利用工業(yè)碳素廢鐵熔煉合成鑄鐵的工藝。經(jīng)陜西、廣東、浙江、山東、遼寧等鑄造廠生產(chǎn)球鐵 5 萬 t 以上應(yīng)用證明，應(yīng)用合成鑄鐵生產(chǎn)技術(shù)在不增加鑄造企業(yè)設(shè)備投入，不增加人力投資情況下，降低高韌性球鐵直接生產(chǎn)成本約 1000 元/t 左右（采用合成工藝熔煉 1t 鐵液節(jié)約成本：5,948 – 4,896 = 1,052 元）。對于 1 個(gè)年生產(chǎn)球鐵 2 萬 t鑄造廠 1 年降低生產(chǎn)成本約 2000 萬元，同時(shí)廢品率降低可降成本約 400 萬元左右。應(yīng)用這一技術(shù)年生產(chǎn)球鐵2 萬 t 鑄造廠綜合降低生產(chǎn)成本 2400 萬元左右。
 

   對于中頻爐及電弧爐熔煉而言，采用工業(yè)碳素廢鐵熔煉技術(shù)，生產(chǎn)高韌球鐵可以使球鐵的韌性和強(qiáng)度等性能得到提升，鑄件的基體晶粒組織會均勻化、細(xì)化，鐵液的純凈度更高，石墨化的效果也更穩(wěn)定突出。工業(yè)碳素廢鐵中的雜質(zhì)元素較少，成份穩(wěn)定，經(jīng)過高溫熔煉，消除了鑄造用生鐵的不良遺傳效應(yīng)，熔煉出的鐵液具有較高的品質(zhì)。由于風(fēng)電鑄件要求進(jìn)行低溫沖擊韌度檢測，所以必須保證鐵液足夠的純凈，因此，原材料選擇要求嚴(yán)格，一般對生鐵的純度要求高，要使用反球化元素、Mg 消耗量盡量低的生鐵和雜質(zhì)含量少，成分可知的廢鋼。但對于采用工業(yè)碳素廢鐵作為主要原材料的熔煉技術(shù)，用同類回爐
料，相對而言原材料選擇余地就較寬。
  將采用該工藝澆鑄的 QT400-18 輪轂鑄件的解剖取樣，做鑄態(tài)金相和理化分析，結(jié)果表明一般金相組織中球化級別達(dá)到 2 級，石墨大小 6 級以上，鐵素體含量＞90%，抗拉強(qiáng)度及-20℃低溫沖擊韌度檢驗(yàn)均能達(dá)到要求。
  對于電爐合成鑄鐵生產(chǎn)，由于不用鑄造生鐵，原材料只是工業(yè)碳素廢鐵及回爐料,采購管理相對容易。球化劑、孕育劑選擇要求與電爐非合成球鐵生產(chǎn)相同，由于電爐的溫度化學(xué)成份容易控制，對于一般鑄造工廠，降低生產(chǎn)高韌性球鐵的技術(shù)難度，減少了球化不良的影響，提高了合格率，降低了生產(chǎn)綜合成
本，提高了生產(chǎn)效益。
（2）采用電爐合成鑄鐵工藝生產(chǎn)等淬球鐵（ADI）后板簧支架球鐵原件
    等溫淬火球墨鑄鐵（Austempering Ductile Iron)是將球墨鑄鐵加熱至奧氏體溫度（850－950℃）保溫（1－2h）至奧氏體為碳所飽和，然后急冷至使鑄件不生成珠光體并高于馬氏體開始形成溫度（Ms）,在此溫度（250－380℃）保持足夠長的時(shí)間（1.5-3.5h）生成針狀鐵素體和高碳奧氏體的熱處理態(tài)鑄鐵。
   由于等淬球鐵具有較高的強(qiáng)度（σb＞1000MPa）與韌性（δ＞10％，無缺口沖擊值＞100J），強(qiáng)度和韌性的綜合覆蓋面大，引起工程界的興趣并開展了深入的研究。近幾年，由于球墨鑄鐵生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，等淬球鐵優(yōu)異的性能的吸引和較高的利潤刺激，等淬球鐵的應(yīng)用在擴(kuò)大，產(chǎn)量在增加，目前世界年產(chǎn)量已超過 30 萬噸。中國的載重車年需求約 20 萬輛，其重型汽車后板簧支架服役條件惡劣，既承受較大的破壞載荷，又承受由沖擊載荷形成的鑿削式磨損。原來一般采用退火的 ZG270-500 中頻淬火制造，重量大、耐磨性差，使用壽命低。尤其是對于 12-16t 載重車跑 3000-5000km 經(jīng)常出現(xiàn)鉤頭部位嚴(yán)重磨損、螺栓孔耳部及支架斷裂等問題，歐、美發(fā)達(dá)國家因石油能源的緊缺、加之市場對汽車減重及節(jié)能要求較高，已有等淬球鐵（ADI）后板簧支架裝車應(yīng)用，中國近幾年由于市場經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，市場上石油緊缺的問題也已凸現(xiàn)，重型車減重日顯突出。等溫淬火球墨鑄鐵的強(qiáng)度比同等韌性的普通球墨鑄鐵高 1 倍， 與低合金鋼的強(qiáng)度相當(dāng)，但其彈性模量低 20％，如果將載重車車橋后板簧支架由原來的 ZG270-500 材質(zhì)改為等淬球鐵（ADI），后板簧支架的自重將減輕 40%以上，耐磨性將得到很大的改善，使用壽命大大提高。
① 后板簧支架等淬球鐵（ADI）化學(xué)成分
    等淬球鐵基本化學(xué)成分與普通球墨鑄鐵（QT400-15）近似，Si 偏高，Mn 要低，和加入的合金元素，注意控制微量元素。各元素的 w 分?jǐn)?shù)為：C ＜3.4%-3.7%, Si＜2.2%-2.70%, Mn＜0.35%, P＜0.02%, S＜0.03%, Cu＜
0.2%-0.65% , Ni 0.3%-1.0% , Mo 0.2%-0.4% , Mg＜0.04% ,Ce＜0.02%,Sn＜0.01%, Sb＜0.01%, Ti＜0.03% ,Al＜0.04% 。
    S 應(yīng)被嚴(yán)格限制，以保證球化成功，防止過多的夾雜物產(chǎn)生和球化衰退。P 為有害元素促進(jìn)脆性。Mo、Ni、Mn、Cu 是由強(qiáng)變?nèi)醯拇龠M(jìn)硬度的元素。Mn 應(yīng)低于普通球墨鑄鐵，因?yàn)?Mn 有顯著的偏析傾向，致使石墨分布不均勻。 可以部分消除 Mn 的不利影響，在使用 Cu 后，含量可放寬至 0.5％。加入合金元素 Cu、Cu、 Mn、Mo、Ni、Nb 可以提高淬透性及力學(xué)性能。干擾元素 Ti、Sn、Sb、V 等破壞球形，要用稀土元素中和，但 Ce過多反球化，應(yīng)加以控制。
② 后板簧支架球鐵原件的鑄造工藝關(guān)鍵
    要控制后板簧支架球鐵原件的原始組織，球化率＞90％，球化級別 1－2 級；石墨大小 6－8 級，石墨球數(shù)要＞100－150 個(gè)／mm ,形狀圓整，分布均勻；共晶體要均勻、細(xì)密。基體鐵素體 95%以上，盡量減少珠光體。采用倒包孕育、隨流孕育等晚期孕育技術(shù)，孕育要充分，以產(chǎn)生足夠的石墨核心，保證球化效果，防止?jié)B碳體產(chǎn)生，碳化物和非金屬夾雜物總和＜0.5%。球化處理后 15min 內(nèi)澆注完，防止球化衰退。每 1 個(gè)鑄件都要附鑄金相試塊，用于檢查球化級別。
    采用先進(jìn)的成形方法和合理的澆冒口設(shè)計(jì)技術(shù)，防止鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松、氣孔、夾渣等缺陷?？锥春惋@微縮松體積＜1％。只有提供完善的原始鑄件，才能保證等淬球鐵高性能的穩(wěn)定性和可靠性。金屬型鑄造、砂型鑄造冷鐵與澆冒口配合設(shè)計(jì)技術(shù)是制造無缺陷后板簧支架等淬球鐵原件先進(jìn)的成形方法，這種方法鑄件冷卻快，石墨球數(shù)又多、又圓整。
    采用電爐合成鑄鐵工藝，通過晶體石墨增碳劑+工業(yè)碳素廢鐵+調(diào) Mn 造渣輔料的配合，低 S、低 P 的成分控制變的容易。近萬件等淬球鐵后板簧支架裝到 12-16t 重型載重車上應(yīng)用表明：
    將 12-16t 載重車后板簧支架由原退火的 ZG270-500 中頻淬火改為等淬球鐵滿足其服役條件， 性價(jià)比最佳的力學(xué)性能是 σb1000MPa 左右，δ10%以上，硬度 30-35HRC。鑄造要求高而健全的后板簧支架球鐵原件技術(shù)及合理的熱處理工藝控制技術(shù)是生產(chǎn)等淬球鐵（ADI）后板簧支架的關(guān)鍵。
    等淬球鐵（ADI）的承載能力為 ZG270-500 承載能力的 200%以上，后板簧支架改為等淬球鐵的自重將減輕 40%以上，等淬球鐵（ADI）后板簧支架市場銷售價(jià)在 15000 元/t 左右，技術(shù)附加值較高，專業(yè)鑄造廠生產(chǎn)有較好的市場發(fā)展前景。等淬球鐵（ADI）的單位重量與強(qiáng)度比值、單位屈服強(qiáng)度的相對成本在高強(qiáng)度鋁合金、球鐵、鑄鋼鍛鋼中較低，有較高的性價(jià)比，在載重車、鐵路車輛、工程機(jī)械、礦山機(jī)械的高強(qiáng)度、耐磨及抗磨結(jié)構(gòu)件上開發(fā)應(yīng)用有廣闊的市場前景。
（3） 3t 重的 QT700-2 風(fēng)電星行架鑄件合成鑄鐵的熔煉工藝技術(shù)
    3t 重的 QT700-2 風(fēng)電星行架鑄件，3 個(gè)Φ220 大斷面熱節(jié)相互簇?fù)淼慕Y(jié)構(gòu)，要求此處本體球化級別達(dá)到2 級，石墨大小 6 級以上，珠光體含量＞85%，Φ260×800 內(nèi)壁硬度 HB 比Φ460×800 外壁 HB 低。在天津、河北 2 家鑄造廠生產(chǎn)時(shí)，采用了高價(jià)本溪生鐵、高價(jià)重稀土球化劑、高價(jià)長效孕育劑、放置大量冷鐵、低溫澆注等所有工藝措施，廢品率高達(dá) 30.%以上，免強(qiáng)合格的鑄件表面質(zhì)量差，甚至有氣孔，產(chǎn)生 200 多件近 1000t 廢品，損失慘重。最后對鑄件采購商說，這個(gè)鑄件生產(chǎn)難度大，要求漲價(jià)。
    當(dāng)然星行架屬于風(fēng)電架鑄件中，技術(shù)要求高，生產(chǎn)難度大的鑄件，采用合成鑄鐵工藝及大斷面球墨鑄鐵凝固結(jié)晶專用技術(shù)，這一問題就不難解決。
（4）用電極石墨、煅燒無煙煤增碳劑生產(chǎn)合成鑄鐵
    采用中頻感應(yīng)電爐，用工業(yè)碳素廢鐵和回爐鐵，用晶體石墨增碳、用碳化硅增碳熔煉合成鑄鐵，所用爐料化學(xué)成分見表 4。合成鑄鐵爐料配比見表 5。
                            

    經(jīng)試驗(yàn)和批量驗(yàn)證，合成鑄鐵克服了生鐵遺傳性，在碳當(dāng)量為 4.1%時(shí)，抗拉強(qiáng)度大于 250MPa，比沖天
爐熔煉的大致可提高一個(gè)牌號。
（5）用增質(zhì)增碳劑增碳生產(chǎn)灰鑄鐵缸套
     缸套化學(xué)成分 w(%)為 C 3.2—3.25，Si 1.05—1.23，Mn 0.76—0.85，Cu 1.25—1.30，V 0.03—0.15，B 0.030—0.038，S≧0.35，P≧0.35，采用 3 種廢鋼用量生產(chǎn)缸套，3 種配料比例和增碳劑用量分別是
    ①不用增碳劑,廢鋼 25%，生鐵 40%,回爐料 35%;②增碳劑 0.8%,廢鋼 35%，生鐵 40%,回爐料 25%;③增碳劑 1.0%,廢鋼 35%，生鐵 40%,回爐料 20%;用直讀光譜儀測得的最終化學(xué)成分。用缸套附鑄試塊測得的組織與力學(xué)性能如表 6。            

  從生產(chǎn)結(jié)果看出，增碳處理后，石墨細(xì)化 1～2 級且呈 A 型，基體中珠光體量增多，鐵素體量減少，力學(xué)性能得到改善，抗拉強(qiáng)度提高 60MPa 以上，伸長率提高 0.1%，硬度提高 70HB。
8.結(jié) 論
  （1）采用電爐合成鑄鐵工藝生產(chǎn)高韌性球鐵、高強(qiáng)度球鐵，包括等淬球鐵（ADI）原件，在不增加鑄造企業(yè)設(shè)備投入，不增加人力投資情況下，降低高韌性球鐵直接生產(chǎn)成本約 1000 元/t 左右。對于 1 個(gè)年生產(chǎn)球鐵 2 萬 t 鑄造廠 1 年降低生產(chǎn)成本約 2000 萬元，同時(shí)廢品率降低可降成本約 400 萬元左右。應(yīng)用這一技術(shù)年生產(chǎn)球鐵 2 萬 t 鑄造廠綜合降低生產(chǎn)成本 2400 萬元左右。
  （2）采用電爐合成鑄鐵工藝生產(chǎn)高品質(zhì)球鐵、蠕墨鑄鐵及高強(qiáng)度灰鑄鐵，在不增加鑄造企業(yè)設(shè)備投入，不增加人力投資情況下，直接降低生產(chǎn)成本約 1000 元/t 左右。同時(shí)性能可以提高一個(gè)牌號。
  （3）采用電爐合成鑄鐵工藝適應(yīng)市場對多類高品質(zhì)鑄鐵件的需要，采用電爐用增碳工藝選用價(jià)格相對低廉的爐料，可以降低生產(chǎn)成本。用增碳劑與科學(xué)的增碳工藝相結(jié)合，提高鑄件品質(zhì)，降低生產(chǎn)成本，能夠取得顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。