一、锰与硫

      灰铸铁中的锰、硫是一对非常特殊的元素，由于锰、硫要形成MnS夹杂物，这就使得锰、硫的作用变得有些特殊。

      传统的观念，一直把锰作为一个合金化元素来用，认为加锰能提高灰铸铁的强度和硬度，这种观点很少有人怀疑过。但是，通过试验却发现事实并非如此。在碳硅量高，硫量也较高的前提下，加锰后灰铸铁的性能并没有提高，反而下降。由于加锰反而使性能降低，因此，在碳硅量高、硫量也较高的情况情况下，w(Mn)控制在0.4%～0.5%的范围内有利于生产高强度灰铸铁。

      灰铸铁中的硫究竟是有利还是有害，对硫的认识经过了一个逐步提高的过程；从认为硫是有害元素，到灰铸铁中要加入一定量的硫来改善切削性能，改善孕育效果和石墨形态。

      我们逐步认识了灰铸铁中硫在一定含量范围内是有利的，这个w(S)范围是0.08%～0.12%。灰铁液中的硫过低是不利的：石墨形态差，孕育的效果也不好。但对于这一点，仍有很多人认识不足。当w(S)小于0.05%时，一定要进行增硫处理，否则，孕育效果差。

      许多人已经知道灰铸铁中加硫会发改善切削性能，而除此之外，加硫还能提高灰铸铁的性能。

      ⑴ 改善石墨形态是提高切削性能的重要措施。石墨是灰铸铁切削过程中裂纹扩展及断屑的重要因素，因此改善石墨形态是提高切削能最重要的措施。冲天炉熔炼要做到高温熔炼，因为高温熔炼促进增碳的最好措施也能减少铁液氧化倾向。因此热风冲天炉是必要的硬件条件；对于电炉熔炼，增碳工艺是最好的工艺，也是改善切削性能的最重要的措施。

      ⑵ 随流孕育很重要，但要适量，不能过量。随流孕育也改善石墨形态的重要手段，而且建议使用进口的随流孕育剂，但是随流孕育不能过量。我们很多人只看到随流孕育的好处，但是加入量太大，会增加铁素体的数量，提高材料的韧性，这对高速切削的断屑性能是不利的。

      ⑶ 合金化不能以加铜为主，要适当增加微小硬质点的数量。这也是我们以前走过了弯路后得到的经验，对硬质点的过分担心缘于我们推理的错误，认为刀具一定要切过硬质点，而硬质点又是那么硬，所以要打刀。实际上分布在晶间的微小硬质点增加了材料的断屑性能，适当提高了材料的脆性，这一点也是使高速切削性能提高的重大突破。多加铜会提高材料的韧性，并不能改善决屑性能。

      ⑷ 原材料中要严格控制有害元素的含量。

二、提高原铁液的硅量，控制孕育量

      灰铸铁中的硅一部分是原铁液中的硅，一部分是孕育带入的硅。许多人喜欢原铁液中的硅低点，然后用很大的孕育量孕育，这种做法并不科学：大量的孕育是不可取的，这会增大收缩倾向。孕育是为了增加结晶核心的数量，促进石墨化，少量的孕育（0.2%～0.4%）就可以达到这个目的。

      从工艺控制来说，孕育量应该相应稳定，不能有过大的变化。这就要求原铁液的硅量也要相应稳定。提高原铁液的硅量，既可以减少白口和收缩倾向，又能发挥硅固溶强化基体的作用，性能反而不降低。目前比较科学的做法是提高灰铸铁原铁液的含硅量，孕育量控制在0.3%左右，这样可以发挥硅的固溶强化作用，对提高强度有利，也对减少铸件收缩有利。

三、合金化的方法对铁液收缩有很大影响

      合金化能有效提高铸铁的性能，我们常用的合金元素是铬、钼、铜、锡、镍。

      铬能有效地提高灰铸铁的性能，随着加入量的增加，性能会一直提高。铬的白口倾向比较大，这是大家最顾忌的问题。加入量太大，会出现碳化物。至于铬量的上限如何控制，不同的加铬工艺，上限有所不同，如果铬加入到原铁液中，其上限不要超过0.35%，提高原铁液中的铬量会使铁液白口倾向和收缩倾向加大，非常有害。

      另一种加铬的工艺不是提高原铁液铬是，而是将铬加入到铁液包中，用冲入法冲入，这种工艺会大大减少铁液的白口和收缩倾向，同前一种工艺相比，同样的铬量，白口和收缩倾向会减少一半以上，这种加铬方式，铬的上限可以控制到0.45%。

      钼的特性与铬非常相似，不再作具体描述。由于钼的价格昂贵，加钼会大幅度增加成本。因此，应尽可能少加钼，多加一些铬。用冲入法加铬、加钼是减少合金化收缩的有效措施。

四、铁液浇注温度对收缩的影响

      温度高铁液收缩倾向大，这是大家都有的经验。要控制浇注温度在合理的范围内是非常重要的，浇注温度如果高于工艺规定的合理的温度20～30℃，收缩倾向就会大幅增加。

      生产中要注意这样一种现象，没有自动保温功能的电炉，可能会使铁液温度升高，第一包铁液的浇注温度会低一些，随后温度会越来越高，如果不加以控制，就有可能产生收缩废品。生产中第一包铁液要烫包，烫好的包再用，而且第一包铁液浇注温度要控制在下限，不要在上限，防止温度不断升高。

      电炉熔炼控制好浇注温度，是防止铸件产生收缩废品的关键措施。

五、铁液氧化倾向不容忽略

      氧化大、收缩大。铁液氧化倾向大是非常有害的，也会增大收缩倾向。为了降低铁液氧化，要实现快速熔炼。

      现在国外的先进电炉熔炼技术可以做到加入的铁料在几分钟内快速熔化，大大缩短了铁料在高温氧化阶段的时间，氧化倾向大幅降低，同时由于电炉增碳技术的应用，使铁液的氧化进一步降低，所以电炉熔炼也可以生产出低氧化、低收缩的铁液。只要严格控制好浇注温度，用电炉熔炼生产复杂的缸体、缸盖铸件也很有优势。

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