近年來，很多單位研究并發(fā)展了適應(yīng)具體生產(chǎn)條件和不同鑄件要求（包括薄壁高強(qiáng)度灰鑄鐵件）的高強(qiáng)度灰鐵的生產(chǎn)方法，歸納起來，有以下四種。

1、強(qiáng)化孕育鑄鐵 :

爐料中加入較多的廢鋼，采用**鑄造焦，以得到出爐溫度大于1500℃和高碳當(dāng)量的鐵水，用**孕育劑強(qiáng)化孕育從而得到高強(qiáng)度灰鑄鐵。過去生產(chǎn)孕育鑄鐵依靠加入較多廢鋼，降低碳量來提高強(qiáng)度，但這種方法工藝性能不好，白口傾向大，尤其是對(duì)薄壁鑄件（**小壁厚3~10mm）。近代高強(qiáng)度孕育鑄鐵不用這種方法，靠**孕育劑來強(qiáng)化孕育，提高性能。一般的方法是：碳當(dāng)量在3.9~4.1%左右，溫度1480℃左右，要求鐵水氧化少，采用Si-Ca、Cr-Si-Ca、Re-Ca-Ba、Si-Ca、Si-Fe復(fù)合、稀土復(fù)合等**孕育劑，進(jìn)行孕處理。例如某廠5噸沖天爐，利用鑄造焦，爐料中加入40%以上廢鋼，總焦比為7時(shí)，鐵水溫度1520℃~1540℃，爐渣中氧化鐵含量低（1.8~3.0%）。經(jīng)特種孕育劑孕育處理，當(dāng)碳當(dāng)量為4.28%時(shí)，試棒抗拉強(qiáng)度可達(dá)250MPa，相對(duì)強(qiáng)度RG=1.28，HB229，珠光體含量大于98%。又如某單位通過提高鐵水過熱溫度，然后采用Re-Ca-Ba孕育劑對(duì)鐵水進(jìn)行孕育處理，燒注一批缸蓋鑄件，當(dāng)碳當(dāng)量為3.9~4.05%時(shí)，抗拉強(qiáng)度285~304MPa，相對(duì)強(qiáng)度RG=1.1~1.21，石墨形態(tài)好，加工后水壓試驗(yàn)沒發(fā)現(xiàn)縮松和漏水現(xiàn)象。 

2、合成鑄鐵

所謂合成鑄鐵工藝，就是用感應(yīng)電爐熔煉，爐料中用50%以上的廢鋼，其余為回爐鐵和鐵屑，經(jīng)增碳處理得到的鐵液。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：

（1）爐科采用大量廢鋼，不用生鐵，降低了鑄鐵成本；

（2）可獲得含磷量低的鐵水，減少磷量對(duì)缸體、缸蓋等薄壁高強(qiáng)度灰鐵縮松和滲漏缺陷的影響；

（3）可避免生鐵遺傳性影響，鑄鐵石墨形態(tài)好，珠光體含量高，機(jī)械性能好，在同樣當(dāng)量時(shí)強(qiáng)度可比沖天爐鑄鐵提高1~2個(gè)牌號(hào)。

利用合成鑄鐵工藝熔煉高強(qiáng)度灰鑄鐵生產(chǎn)缸體，效果很好，生產(chǎn)結(jié)果表明：

（1）采用合成鑄鐵熔煉工藝澆注的缸體機(jī)械性能高，當(dāng)碳當(dāng)量為4.0%時(shí)，抗拉強(qiáng)度大于250MPa，比沖天爐熔煉提高一個(gè)牌號(hào)；

（2）鐵水?dāng)嗝婷舾行孕?，缸體不同厚度斷面及階梯試塊斷面硬度分布均勻；

（3）鑄鐵含磷量低，含雜質(zhì)少，克服鑄件滲漏缺陷；

（4）成本低；

（5）熔煉工藝簡(jiǎn)單易行，容易撐握。

3、低合金化孕育鑄鐵  

調(diào)整原鐵水的化學(xué)成份使其達(dá)到較高碳當(dāng)量，在爐內(nèi)（或包內(nèi)）加入少量鉻、銅、鉬等合金元素，獲得高溫低合金化鐵水，再經(jīng)孕育處理，得到石墨細(xì)小、珠光體含量高、片間距小的組織，從而獲得高強(qiáng)度鑄鐵。用這種方法生產(chǎn)高強(qiáng)度灰鑄鐵，國(guó)外用得較廣泛，效果比較穩(wěn)定，合金元素多是Cu，Cr、Mo、Ni等。其*優(yōu)點(diǎn)是可使缸體、缸蓋薄壁部分的基體組織得到95%以上珠光體，硬度差小。

某些單位用0.3~0.7%Cr，瞬時(shí)孕育，控制鉻/硅比值，解決了缸體、缸蓋的生產(chǎn)問題。

4、調(diào)整鑄鐵常規(guī)化學(xué)成份及比例，獲得高強(qiáng)度、低應(yīng)力灰鑄鐵  在碳當(dāng)量保持不變的情況下，適當(dāng)提高Si/C比值是提高機(jī)床鑄件強(qiáng)度和剛度重要途經(jīng)之一。

通過調(diào)整化學(xué)成份，特別是改變硅/碳比值，使Si/C在0.5~0.9，再加上適當(dāng)?shù)脑杏秃辖鸹?，可以獲得具有良好綜合性能的高強(qiáng)度灰鑄鐵件。 

有關(guān)硅/碳比值的規(guī)律是：

（1）在相同碳當(dāng)量下，Si/C比值高，抗拉強(qiáng)度可提高30~60MPa，相對(duì)強(qiáng)度高，相對(duì)硬度低，彈性性能好；

（2）在相同碳當(dāng)量下，Si/C比值增加，殘余應(yīng)力有除低趨勢(shì)，應(yīng)力傾向也較??；

（3）提高Si/C比值，白口傾向小，斷面敏感性小，而對(duì)鐵水流動(dòng)性，線收縮率無影響。 

調(diào)整錳、硅含量，使含Mn量比含Si量高0.2~1.3%以上，得到另一種高強(qiáng)度低應(yīng)力鑄鐵。灰鑄鐵含Mn在1.5~3.0%范圍內(nèi)，提高含Mn量，尤其是當(dāng)Mn量大于Si量后，能顯著細(xì)化共晶團(tuán)，易于獲得D、E型石墨和細(xì)珠光體基體。另外，控制灰鑄鐵中Mn、Si差值和Mn的**值，使Mn、Si差值在0~0.5%，Mn大于2%，還可以在灰鑄鐵中得到不同類型的硬化相。因此，控制Mn、、Si差值和Mn**值，就能獲得機(jī)械性能高，硬度均勻，耐壓致密性好和耐磨性能好的高強(qiáng)度灰鑄鐵。這種高錳灰鑄件在鄭州紡織機(jī)械廠以及機(jī)床、缸套、液壓件三個(gè)行業(yè)部分廠中生產(chǎn)，取得較好的效果。Mn=1.7S+0.3% (為保證硫完全被錳結(jié)合）。

如何減小高強(qiáng)度灰鑄鐵的收縮傾向

高強(qiáng)度與收縮一直是一對(duì)矛盾，生產(chǎn)高強(qiáng)度的鑄件，收縮傾向大，收縮問題如果不能很好解決，應(yīng)付產(chǎn)生大量的收縮廢品缺陷。解決材料的收縮問題，總的原則是要有較高的碳硅當(dāng)量。高碳硅當(dāng)量加合金化的工藝比低碳硅當(dāng)量少加合金的工藝收縮傾向小，因此，應(yīng)當(dāng)在選擇高碳硅量前提下，開發(fā)提高性能的新技術(shù)減少收縮具體的措施可以從以下方面考慮：

 ⑴促進(jìn)石墨化的工藝措施是減少鐵液收縮的*措施。

 電爐熔煉：增碳技術(shù)的應(yīng)用是解決鐵液收縮的關(guān)鍵技術(shù)。由于鐵液凝固過程中的石墨析出產(chǎn)生石墨化膨脹作用，良好的石墨化會(huì)減少鐵液的收縮傾向，因此，增碳技術(shù)是*的工藝。

由于加入增碳劑提高了鐵液的石墨化能力，因此，采用全廢鋼熔煉加增碳劑的工藝，鐵液的收縮傾向反而更小。這是非常重要的一個(gè)觀念轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)的觀念是認(rèn)為多加廢鋼會(huì)增大鐵液的收縮傾向，這樣我們就容易走入一個(gè)誤區(qū)，不愿意多用廢鋼，而喜歡多用一些生鐵。

多用生鐵的缺點(diǎn)是：生鐵中有許多粗大的過共晶石墨，這種粗大的石墨具有遺傳性，如果低溫熔煉，粗大的石墨難以消除，粗大的石墨從液態(tài)遺傳到了固態(tài)，使凝固過程中本來由于石墨析出應(yīng)該產(chǎn)生的膨脹作用削弱，因此使鐵液凝固過程中的收縮傾向增大，粗大的石墨又必然降低了材料的性能。因此，與用廢鋼增碳工藝相比，大量用生鐵的缺點(diǎn)就是：

①?gòu)?qiáng)度性能低。同樣成分做過對(duì)比試驗(yàn)，性能低半個(gè)排號(hào)。

②收縮傾向大。同樣條件下，比廢鋼增碳工藝收縮大。

對(duì)于電爐熔煉，增碳技術(shù)的核心是使用高品質(zhì)的增碳劑。采用廢鋼增碳工藝，增碳劑就成為增碳工藝中**重要的環(huán)節(jié)。增碳劑質(zhì)量的好壞決定了鐵液質(zhì)量的好壞，增碳工藝能否獲得好的石墨化效果，減少鐵液收縮，主要取決于增碳劑：

 ① 增碳劑一定要選用經(jīng)過高溫石墨化處理的增碳劑。

只有經(jīng)過高溫石墨化處理，碳原子才能從原來的無序排列變成片狀排列，片狀石墨才能成為石墨形核的*核心，促進(jìn)石墨化。

②好的增碳劑含硫都非常低，w(S)小于0.03%是一個(gè)重要的指標(biāo)。

對(duì)于沖天爐熔煉：高溫熔煉是**關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)，高溫熔煉可以有效消除生鐵粗大石墨的遺傳性。高溫熔煉可以提高滲碳率，減少配料中的生鐵加入量。以滲碳方式獲得的碳活性好，要比多加生鐵帶來的碳有更好的石墨化作用，反映在鑄件上，就是石墨的形態(tài)更好，分布更均勻。石墨的形態(tài)好，就會(huì)提高材料的性能，包括切削性能，而 石墨化效果好，就能減少鐵液的收縮傾向。     

⑵提高原鐵液的硅量，控制孕育量。

灰鑄鐵中的硅一部分是原鐵液中的硅，一部分是孕育帶入的硅。

許多人喜歡原鐵液中的硅低點(diǎn)，然后用很大的孕育量孕育，這種做法并不科學(xué)：大量的孕育是不可取的，這會(huì)增大收縮傾向。孕育是為了增加結(jié)晶核心的數(shù)量，促進(jìn)石墨化，少量的孕育（0.2%～0.4%）就可以達(dá)到這個(gè)目的。從工藝控制來說，孕育量應(yīng)該相應(yīng)穩(wěn)定，不能有過大的變化。這就要求原鐵液的硅量也要相應(yīng)穩(wěn)定。提高原鐵液的硅量，既可以減少白口和收縮傾向，又能發(fā)揮硅固溶強(qiáng)化基體的作用，性能反而不降低。目前比較科學(xué)的做法是提高灰鑄鐵原鐵液的含硅量，孕育量控制在0.3%左右，這樣可以發(fā)揮硅的固溶強(qiáng)化作用，對(duì)提高強(qiáng)度有利，也對(duì)減少鑄件收縮有利 。

⑶合金化的方法對(duì)鐵液收縮有很大影響。

合金化能有效提高鑄鐵的性能，我們常用的合金元素是鉻、鉬、銅、錫、鎳。

鉻：鉻能有效地提高灰鑄鐵的性能，隨著加入量的增加，性能會(huì)一直提高。鉻的白口傾向比較大，這是大家**顧忌的問題。加入量太大，會(huì)出現(xiàn)碳化物。至于鉻量的上限如何控制，不同的加鉻工藝，上限有所不同，如果鉻加入到原鐵液中，其上限不要超過0.35%，提高原鐵液中的鉻量會(huì)使鐵液白口傾向和收縮傾向加大，非常有害。

另一種加鉻的工藝不是提高原鐵液鉻,而是將鉻加入到鐵液包中，用沖入法沖入，這種工藝會(huì)大大減少鐵液的白口和收縮傾向，同前一種工藝相比，同樣的鉻量，白口和收縮傾向會(huì)減少一半以上，這種加鉻方式，鉻的上限可以控制到0.45%。

 鉬：鉬的特性與鉻非常相似，不再作具體描述。由于鉬的價(jià)格昂貴，加鉬會(huì)大幅度增加成本。因此，應(yīng)盡可能少加鉬，多加一些鉻。

用沖入法加鉻、加鉬是減少合金化收縮的有效措施。

⑷鐵液澆注溫度對(duì)收縮的影響。

溫度高鐵液收縮傾向大，這是大家都有的經(jīng)驗(yàn)。要控制澆注溫度在合理的范圍內(nèi)是非常重要的，澆注溫度如果高于工藝規(guī)定的合理的溫度20～30℃，收縮傾向就會(huì)大幅增加。生產(chǎn)中要注意這樣一種現(xiàn)象，沒有自動(dòng)保溫功能的電爐，可能會(huì)使鐵液溫度升高，**包鐵液的澆注溫度會(huì)低一些，隨后溫度會(huì)越來越高，如果不加以控制，就有可能產(chǎn)生收縮廢品。生產(chǎn)中**包鐵液要燙包，燙好的包再用，而且**包鐵液澆注溫度要控制在下限，不要在上限，防止溫度不斷升高。電爐熔煉控制好澆注溫度，是防止鑄件產(chǎn)生收縮廢品的關(guān)鍵措施。

⑸鐵液氧化傾向不容忽略：氧化大、收縮大。

鐵液氧化傾向大是非常有害的，也會(huì)增大收縮傾向。為了降低鐵液氧化，沖天爐熔煉就要實(shí)現(xiàn)快速熔煉?，F(xiàn)在國(guó)外的**電爐熔煉技術(shù)可以做到加入的鐵料在幾分鐘內(nèi)快速熔化，大大縮短了鐵料在高溫氧化階段的時(shí)間，氧化傾向大幅降低，同時(shí)由于電爐增碳技術(shù)的應(yīng)用，使鐵液的氧化進(jìn)一步降低，所以電爐熔煉也可以生產(chǎn)出低氧化、低收縮的鐵液。只要嚴(yán)格控制好澆注溫度，用電爐熔煉生產(chǎn)復(fù)雜的缸體、缸蓋鑄件也很有優(yōu)勢(shì)。

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