小型球墨鑄鐵件的種類很多，例如：小型汽油機(jī)、大型輪胎、大型軋機(jī)端蓋、高爐冷卻壁、大型煉鋼機(jī)架、大型沖壓機(jī)模板、大型汽輪機(jī)軸承座、風(fēng)電輪胎設(shè)備和核電設(shè)備中的底座和廢液罐等。這類零件除了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的熱性能外，還有一些特殊的性能要求，如風(fēng)電鑄件需要高溫沖擊韌性，核渣罐有許多額外的特殊初始檢查標(biāo)準(zhǔn)，等等。 為此，生產(chǎn)此類鍛件必須事前慎重考慮。

1）首先要考慮的是如何獲得完美、致密、尺寸合格的鑄鋼

生產(chǎn)小型球墨鑄鐵件的工藝流程與灰鑄鐵件基本相同，僅需結(jié)合球墨鑄鐵的特點(diǎn)，在尺度的選擇和砂箱的設(shè)計(jì)上略作改動(dòng)。

2）其次，應(yīng)對(duì)小型球墨鑄鐵件的共性特點(diǎn)做相應(yīng)的工作

小型球墨鑄鐵件的共同特點(diǎn)是很厚，大多需要鐵素體碳化物。 熱性能必須滿足標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，有時(shí)還會(huì)增加高溫沖擊性能要求。

1 小型球墨鑄鐵件生產(chǎn)中特有的問(wèn)題

由于小型球墨鑄鐵件的冷卻速度平緩，晶界熔化期持續(xù)數(shù)小時(shí)，而球墨鑄鐵的主要組織就是在此期間產(chǎn)生的，所以出現(xiàn)了大截面球墨鑄鐵或小型球墨鑄鐵特有的一系列問(wèn)題鐵件出現(xiàn)：球墨數(shù)量少，球墨半徑大，球墨變形，石墨漂浮，化學(xué)成分碳化物，晶間基體和碎石墨（）等，此類問(wèn)題已交注意。 雖然發(fā)生機(jī)制不統(tǒng)一，但針對(duì)具體問(wèn)題已有初步解決方案。

另一個(gè)重要的問(wèn)題是如何滿足和解決高溫沖擊韌性要求？ 問(wèn)題的巧合在于，解決這兩個(gè)困境的方向和措施大致相同。

2 解決小型球墨鑄鐵件特有問(wèn)題的方法

1）加強(qiáng)冷卻加速熔化

關(guān)于鱗片石墨的成因，有兩種普遍接受的說(shuō)法：一是絲狀石墨斷裂；二是絲狀石墨斷裂。 另一個(gè)是奧氏體殼的穩(wěn)定性由于熱流或個(gè)別合金元素的燒蝕而增加，尤其是Ce和La。，導(dǎo)致球墨生長(zhǎng)方式的改變。 不管理論還是說(shuō)法，可以肯定的是，晶界階段熔化時(shí)間過(guò)長(zhǎng)（即溫和冷卻）是破碎球形石墨產(chǎn)生的直接客觀原因。 因此，無(wú)論采用哪種方法，只要能夠縮短熔融階段的時(shí)間，就可以有效地防止鱗片石墨的產(chǎn)生。

文獻(xiàn)中還強(qiáng)調(diào)，球墨變形具有臨界冷卻速率（0.8°C/min）[1]。 石墨變形有時(shí)是一個(gè)突變過(guò)程，因此加快冷卻，縮短熔化時(shí)間，尤其是縮短晶界階段的熔化時(shí)間，力圖將晶界熔化階段縮短到2h以下，療效明顯。 圍繞這個(gè)原則有很多舉措：強(qiáng)制冷卻； 在金屬模具上掛砂； 使用冷鐵等。

冷鐵的導(dǎo)熱系數(shù)大，尤其是蓄熱能力強(qiáng)，一般認(rèn)為是可以使用的有力方法。 石墨的導(dǎo)熱系數(shù)低于帶砂的冷硬鐵（分別為45W/m?°C和17W/m?°C），但其儲(chǔ)熱容量小于冷硬鐵。 如果有強(qiáng)制冷卻的條件，石墨是比較適合的。 對(duì)于小型或特小型球墨鑄鐵件，強(qiáng)制冷卻仍然是一個(gè)有力的措施。 通?？梢圆捎盟?、霧冷或空冷裝置，甚至可以采用液氮冷卻來(lái)加快鋼坯的熔化速度。 據(jù)資料顯示，20t級(jí)球墨鑄鐵廢容器毛坯熔化時(shí)，其傳質(zhì)效果為：金屬型放熱占58%，石墨和型腔（型芯部分）放熱占3.5%，砂型其他設(shè)備部件放熱占3.5%，水冷導(dǎo)熱占3.5%。 可以看出，金屬模具可以傳導(dǎo)毛坯50%以上的熱量，型芯部分傳質(zhì)很少，即使強(qiáng)制冷卻也是必要的。

2）改進(jìn)工藝技術(shù)

(1) 精心挑選原料

為了生產(chǎn)高質(zhì)量的小型球墨鑄鐵件，無(wú)論如何選擇爐料都是值得的。 原材料的干擾元素應(yīng)盡可能低，特別要注意生鐵的來(lái)源、廢鋼的種類和增碳劑的選擇。

(2)物理構(gòu)成設(shè)計(jì)

CE不能太低（4.2%~4.3%），如w（C）選擇3.6%~3.7%，w（Si）必須低至1.8%~2.0%； 此外，w(Mn)<0.3%，w(P)、w(S)也應(yīng)嚴(yán)格限制。 除特殊情況外，通常不使用合金，因此必須嚴(yán)格挑選廢鋁。

必須做到低w(Si)，否則易出現(xiàn)破碎的球形石墨，高溫性能達(dá)不到要求。 形成了一個(gè)共同的問(wèn)題。 臺(tái)灣100噸乏燃料容器的成分為：w(C)3.6%、w(Si)2.01%、w(Mn)0.27%、w(P)0.025%、w(S)0.004%、w(Ni) )0.78%，w(鎂)0.065%。

(3)選擇雙相熔煉

二次熔煉可充分發(fā)揮沖天爐鐵水成核能力強(qiáng)和電爐熱效率高的特點(diǎn)。 鐵水必須暴露在低溫下，有條件的可以進(jìn)行脫硫，在電爐中的時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。 視情況確定球化溫度，既不能太高也不能太低。

筆者提倡對(duì)于小零件的球化不要采用沖洗法，因?yàn)闀r(shí)間太長(zhǎng)。 至少要用套袋法，最好用特殊的方法或喂絲法，定點(diǎn)喂絲，甚至喂絲和養(yǎng)絲一起。 不要使用普通的球化劑。 重稀土球化劑和輕稀土球化劑最好混合使用。 若采用沖洗法，球化劑中w(Mg)6%、w(RE)1.0%～1.5%即可； 如果生鐵比較純，w(RE)0.5%～1.0%也是可以的。 如果采用送絲法，可采用w（Mg）量高的球化劑，但w（RE）要低，加一點(diǎn)Ca即可。

澆注溫度要合適（1300-1350℃），不能太高，否則液體收縮過(guò)大； 球墨鑄鐵自熔焊宜采用分散內(nèi)流道的中速鑄造，盡量采用大變形型腔，充分利用石墨化膨脹，減輕冒口負(fù)擔(dān)，保證內(nèi)鋼坯的密度。

(4)注意養(yǎng)殖問(wèn)題

栽培是最重要的工藝技術(shù)措施之一。 只有解決了這個(gè)問(wèn)題，才能保證低w(Si)含量沒(méi)有問(wèn)題，保證高溫性能。 栽培的問(wèn)題無(wú)非就是選擇栽培藥劑和栽培處理方法。 可選擇保溫時(shí)間較長(zhǎng)的保溫箱，如含Ba劑（含Sr劑對(duì)灰口鑄鐵效果較好，但Ca較低）、含石墨保溫劑或在保溫劑中適當(dāng)混合。

目前很多公司都有自制孕育劑，估計(jì)都是遵循這個(gè)原理的。 事實(shí)上，運(yùn)運(yùn)“須緩而行，而要瞬時(shí)”，不僅療效好，而且用量可大大減少。 老辦法如治療時(shí)遮蓋，療效不佳，但w(Si)增加。 現(xiàn)在的問(wèn)題是，如果w(Si)低，療效好，唯一的出路就是換方法。 事實(shí)證明可以達(dá)到2.0%w(Si)，成功的標(biāo)志是石墨要少而多。 小則多，小則球化率高。 小則無(wú)氮化物，小則碳化程度輕。 如果小件的石墨球數(shù)量在200個(gè)/mm2以上，尺寸在5-6個(gè)，球化率和鐵素體量自然不成問(wèn)題。 其實(shí)一句話，對(duì)抗石墨，爭(zhēng)取小而豐富的石墨，主要的方法就是通過(guò)孵化來(lái)對(duì)付它。 w(Si)低，但無(wú)自由淬火體，故常溫、低溫塑性和沖擊韌性均易通過(guò)。 對(duì)于小鋼坯，很容易在澆口杯中孵化大塊，在澆口處放置一個(gè)孵化塊，問(wèn)題是要有正確的概念。

(5)合金和微量元素的輔助

在超小型球墨鑄鐵件中唯一可以考慮的合金元素是Ni，因?yàn)樗哂歇?dú)特的作用。 從技術(shù)角度看，w(Ni)<1%是有利的，但是否使用要根據(jù)具體情況，從經(jīng)濟(jì)角度考慮。

Bi、Sb在微量元素小片使用方面有成熟的經(jīng)驗(yàn)。 我認(rèn)為將 w(Bi) 0.008% 添加到 0.010% 會(huì)使 w(RE)/w

(Bi)=1.4～1.5的比例有利于減少球數(shù)，降低球狀石墨破碎的風(fēng)險(xiǎn)。 Sb也可用于厚片和小片。 有人認(rèn)為它會(huì)減少珠光體體積，但也有人將它用于鐵素體球墨鑄鐵。 可能是量的問(wèn)題，的量應(yīng)該沒(méi)有問(wèn)題。 周繼陽(yáng)院長(zhǎng)曾強(qiáng)調(diào)，用w(Sb)0.005%～0.007%也能抑制鐵水中過(guò)量Ti和RE的害處[2]。

雖然業(yè)界對(duì)添加Bi和Sb的作用和機(jī)理尚未達(dá)成一致，但對(duì)Ni的添加已達(dá)成共識(shí)。

(6)預(yù)處理很關(guān)鍵

在球化前用石墨預(yù)處理劑對(duì)球墨鑄鐵掩模進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)提高和穩(wěn)定鋼坯質(zhì)量有積極作用[3]。 方法如下：

調(diào)整成分后【預(yù)處理會(huì)降低w（C）0.2%】→去除S→返回電爐→加入0.2%～0.25%預(yù)處理劑至用量的1/4→全部返回電爐略升溫至1470～1480℃→球化處理→孕育處理（可用）→澆注。

(7)抗沙眼劑QKS的使用

發(fā)明人認(rèn)為，在球墨中心有1μm的外摻雜，形成單層核； 外層為MgS、CaS(0.5 μm)，內(nèi)層為MgO、SiO和硅酸鹽。 因此，發(fā)明人在培養(yǎng)箱中加入一定量的O和S，使其與培養(yǎng)箱中的金屬元素結(jié)合，形成更多的硫醇和氧化物，進(jìn)而生成更多的石墨核，從而形成了一種含硅錳孕育劑開(kāi)發(fā)了 Ca、Ce、S 和 O。 這些可以顯著減少石墨球的數(shù)量，但它們是在結(jié)晶后期析出的，后期的石墨化膨脹可以有效抵消熔化后期的收縮。 特別是對(duì)于局部熱點(diǎn)的收縮更有效[4]。 實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)：對(duì)于5-40mm的階梯試塊，石墨球數(shù)量由300個(gè)/mm2減少到150個(gè)/mm2； 使用Ca-Ce-OS劑時(shí)，石墨球的數(shù)量不受壁厚的影響。 與之相比，情況就是如此。 十字試塊熱接縫縮孔缺陷表明，Ba、Sr摻雜斷面熱接縫處有沙眼，但無(wú)Ca-Ce-OS劑存在。