我国进入 WTO 后，造船业不断发展，对厚断面球墨铸铁件的需求持续增多。几年来，工厂先是在批量生产轴径 180 - 320mm 曲轴的基础上，接着又为修船研究所连续生产了 6 件 ф1651×415mm 的部件，其中最大热节园为 ф331mm，这些静力轴承本体重量合格，获得了用户的满意。

厚大断面球铁件在生产过程中存在冷却速度较为缓慢的情况，这种情况容易致使铸件厚壁中心或者热节处出现石墨畸变的现象，同时会导致球数减少，组织变得粗大以及石墨飘浮等球化孕育衰退的问题。正因如此，铸件的机械性能会明显下降，给大断面铸件的生产带来了诸多困难。结合生产实践来看，我们认为应当从以下几个方面加强控制。

1．对原材料的选择和化学成分的设计

（1）原材料的选择

使用天津铁厂的 14#生铁，其成分是 C4.2 - 4.4%、sil.32 - 1.44%、p≤0.06%、s≤0.02%。采用冲天炉和中频炉进行双联熔炼，用 CaC2 进行脱硫处理。球化剂采用 RE - Mg 合金，其成分含（RE5 - 7%，Mg9 - 11%，Si40 - 42%）。孕育剂为 75Si - Fe。经过球化剂和孕育剂的处理，能够满足厚断面球铁件的生产需求。

配料中包含废钢，并且加入了一些合金元素，比如 Cu、Mo、Sb 等，这些对提高厚大断面球铁件的等级以及使其保持稳定有一定的作用。

（2）化学成分的设计

原铁水的含碳量在 3.6%至 3.8%之间，硅含量在 1.2%至 1.4%之间，锰含量在 0.2%至 0.4%之间，硫含量小于等于 0.02%，磷含量小于等于 0.05%。

全球化后球墨铸铁用废钢的作用，碳的含量在 3.2% - 3.4%之间，硅的含量在 2.2% - 2.4%之间，锰的含量在 0.5% - 0.8%之间，硫的含量小于等于 0.02%，磷的含量小于等于 0.05%。

RE 的含量在 0.015%至 0.03%之间，Mg 的含量在 0.04%至 0.06%之间，Cu 的含量在 0.05%至 0.8%之间，Mo 的含量在 0.2%至 0.4%之间。

Sb0.005-0.01%。

Mg 能够让球墨变得圆整，对于大断面的球铁，它可以减缓球化衰退的速度。Mg 会阻碍石墨的析出，残 Mg 量如果较高，就会增加收缩和脆性。Mg 容易被氧化，在铁水表面会形成氧化膜，进入砂型后容易使铸件产生夹渣和皮下气孔。残 Mg 量应该在保证球化的前提下控制得越低越好，但是考虑到大件的凝固时间长，应该提高其抗衰退的能力，所以 Mg 量应该高一些，控制在 0.05 - 0.06%。

RE 会通过降低并抵消干扰元素的有害作用，从而间接地发挥球化作用。所以，使用一些杂质较多的地方生产的生铁，借助 RE 的作用也能够生产出质量较好的球铁铸件。然而，在厚大铸件中，RE 的留量较高时容易导致碎块状石墨增多，通常我们会将其控制在 0.015 - 0.03%的范围内。

Cu 能够细化石墨并且强化珠光体，还可以阻止铁素体的形成。在厚大断面的铸件中加入 0.5%的 Cu 可以细化索氏体，这样能够显著提高铸态的机械性能，同时也能够改善厚断面组织的均一性，通常加入 0.5 - 0.8%。

Mo 属于稳定碳化物元素，它能够提升厚大断面球铁的抗蠕变能力，还能提高球化等级，其加入量在 0.2 - 0.4%之间；Mo 的作用与某种元素相似，通常会和铜联合加入，这样能够促使大断面铸件中心部位实现球化，并且抑制石墨飘浮，Cu 与 Mo 的加入量比例为 2 : 1。

生产厚大断面珠光体球铁时，适量加入 Sb 可以提高球光体量，还能改善断面中心部位的球化状况，使球径变小、球数增多，从而提高铸态性能。Sb 的加入能提升基体的强度和硬度。使用 Sb 后，其白口倾向明显低于常规合金，球化等级也有所提高。在生产厚大断面珠光体球体时，加入一定数量的 Sb 能够抑制碎块状石墨的出现。

2．球化剂及球化处理

球化剂通常使用的是 Mg 和 RE-Mg 合金。经过 Mg 处理的珠光体铸铁，其球粒较小且圆整。一般采用压力加镁法。目前我们厂采用 RE-Mg 合金作为球化剂，实践表明，在厚大断面球铁的生产中，RE-Mg 合金能够展现出 Mg 的球化作用强度，并且 RE 具有良好的脱 S 去气效果，对厚大断面球铁件较为适用。

（2）球化处理球化处理我们采用冲入法。若铁水温度超过 1500℃，球化反应会很激烈，导致铁水脱碳，脱碳量可达 0.5%。Mg 会大量挥发，这会增加耗 Mg 量，从而影响球化。铁水流不能直接冲到合金上，最好是在铁水面漫过合金 200mm 以上时开始反应。首次出锈水量应占总量的三分之二，球化反应需要 3 到 5 分钟。静止后要扒掉水面上的渣子，此时铁水很稠，液面上会冒小火苗。然后冲入剩余的三分之一铁水，其目的是冲入 Si-Fe 进行孕育处理。

3．孕育剂及孕育处理

孕育剂需要有强烈的促使石墨化的作用，并且能够维持较长的时间，其吸收率要高且稳定，降温幅度要小并且价格便宜，所以我们选用 75Si-Fe 作为孕育剂。

铁水球化处理后试片呈现为白口。这是因为 Mg 会阻碍石墨的析出。在这种情况下，C 部分是以渗碳体的形式存在的。孕育处理的方式是通过添加 Si-Fe 来促进石墨的生核，从而获得细小且繁多的石墨球。而在球化剂上面放置一层 Si-Fe 的目的仅仅是为了抵消 Mg 阻碍石墨析出所产生的作用，其孕育效果并不显著。孕育需要在补加铁水的时候冲入 Si-Fe 并且充分搅拌然后扒渣。在这个时候，要检查试片断口，它呈现为银灰色球墨铸铁用废钢的作用，并且试片的两侧有凹陷。

实践中发现一包处理好的球铁铁水，在浇注约 20 分钟后，对剩余铁水取试片，发现白口增大，这属于孕育衰退现象，表现为孕育剂作用过大、铁水变形以及孕育剂数量减少等情况。因此，在浇注厚断面球铁件时，考虑到孕育衰退问题，不采用一次性大孕育量的做法，而是采用多次孕育。一般进行二次孕育后，还会采用包内浮硅孕育，即在包嘴内放置 Si-Fe 块，随着浇注过程使其随铁水一起熔化，其重量和块度根据铁水重量和浇注速度来确定。对于厚度较均匀且厚度≥200mm 的件，使用铁漏斗，伴随铁水流，通过浇口撒 Si-Fe 粉的方式，往型腔添加孕育剂，同时要计算好重量和流速。

对于厚断面心部球化不良的问题，主要是球化衰退这一情况。在二次孕育过程中，我们向铁水中添加了少量的 Sb，这样做的目的是减少球化衰退，从而改善了断面心部石墨的球化状况。

在实践中可以得出，当铁水的成分、温度以及球化剂都保持不变时，使用多次孕育这种方式，大断面的球铁件能够实现良好的球化。联体浇注的试块，其石墨球较多且较为园整；反之，如果不这样做，石墨就会较少，并且会又大又畸形。所以，在确保终硅量不变的基础上，通过采用多次孕育的方法，持续往铁水里添加生核剂，这样就能保证厚大面球铁件质量的稳定性。

采用上述处理工艺后，铸件达到了预期目的。在这个过程中，没有出现孕育衰退的现象。后期浇注的 Y 型试样经检测，其力学性能为：铸σb = 701N/mm²，δ = 2.3%。金相观察显示，球化级别为 2 级，球径为 5 级，碳化物数量也符合要求。

4．结论

壁厚大于 100mm 的厚大断面球铁件，其化学成分的选择会对生产成败产生直接影响。要正确选择 CE，使用 Reg 作球化剂，并进行多次孕育处理，这样的量能够防止出现球化衰退、石墨飘浮、球数减少等缺陷。

在化学成分方面添加一些合金元素，比如铜、钼、锑等。通过采用少量且多次孕育的方式，来抑制石墨的飘浮和石墨的畸变。这样能让球铁厚壁的内部部位依然保持良好的球状石墨形态。在铸态状态下能够获得球光体，其性能能够达到 QT700-2 的指标。

造型采用成型冷铁工艺，目的是为了加快冷却速度，而强制快冷是有必要的。