小型球墨鑄鐵件的種類很多，例如：小型汽油機、大型輪胎、大型軋機端蓋、高爐冷卻壁、大型煉鋼機架、大型沖壓機模板、大型汽輪機軸承座、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，在尺度的選擇和砂箱的設(shè)計上略作改動。

2）其次，應(yīng)對小型球墨鑄鐵件的共性特點做相應(yīng)的工作

小型球墨鑄鐵件的共同特點是很厚，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)，有時還會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，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，此類問題已交注意。 雖然發(fā)生機制不統(tǒng)一，但針對具體問題已有初步解決方案。

另一個重要的問題是如何滿足和解決高溫沖擊韌性要求？ 問題的巧合在于，解決這兩個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題的方法

1）加強冷卻加速熔化

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

文獻(xiàn)中還強調(diào)，球墨變形具有臨界冷卻速率（0.8°C/min）[1]。 石墨變形有時是一個突變過程，因此加快冷卻，縮短熔化時間，尤其是縮短晶界階段的熔化時間，力圖將晶界熔化階段縮短到2h以下，療效明顯。 圍繞這個原則有很多舉措：強制冷卻； 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，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），但其儲熱容量小于冷硬鐵。 如果有強制冷卻的條件，石墨是比較適合的。 對于小型或特小型球墨鑄鐵件，強制冷卻仍然是一個有力的措施。 通?？梢圆捎盟?、霧冷或空冷裝置，甚至可以采用液氮冷卻來加快鋼坯的熔化速度。 據(jù)資料顯示，20t級球墨鑄鐵廢容器毛坯熔化時，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源、廢鋼的種類和增碳劑的選擇。

(2)物理構(gòu)成設(shè)計

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。 形成了一個共同的問題。 臺灣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和電爐熱效率高的特點。 鐵水必須暴露在低溫下，有條件的可以進(jìn)行脫硫，在電爐中的時間不宜過長。 視情況確定球化溫度，既不能太高也不能太低。

筆者提倡對于小零件的球化不要采用沖洗法，因為時間太長。 至少要用套袋法，最好用特殊的方法或喂絲法，定點喂絲，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Ca即可。

澆注溫度要合適（1300-1350℃），不能太高，否則液體收縮過大； 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)殖問題

栽培是最重要的工藝技術(shù)措施之一。 只有解決了這個問題，才能保證低w(Si)含量沒有問題，保證高溫性能。 栽培的問題無非就是選擇栽培藥劑和栽培處理方法。 可選擇保溫時間較長的保溫箱，如含Ba劑（含Sr劑對灰口鑄鐵效果較好，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，估計都是遵循這個原理的。 事實上，運運“須緩而行，而要瞬時”，不僅療效好，而且用量可大大減少。 老辦法如治療時遮蓋，療效不佳，但w(Si)增加。 現(xiàn)在的問題是，如果w(Si)低，療效好，唯一的出路就是換方法。 事實證明可以達(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。 小則無氮化物，小則碳化程度輕。 如果小件的石墨球數(shù)量在200個/mm2以上，尺寸在5-6個，球化率和鐵素體量自然不成問題。 其實一句話，對抗石墨，爭取小而豐富的石墨，主要的方法就是通過孵化來對付它。 w(Si)低，但無自由淬火體，故常溫、低溫塑性和沖擊韌性均易通過。 對于小鋼坯，很容易在澆口杯中孵化大塊，在澆口處放置一個孵化塊，問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，因為它具有獨特的作用。 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)濟角度考慮。

Bi、Sb在微量元素小片使用方面有成熟的經(jīng)驗。 我認(rèn)為將 w(Bi) 0.008% 添加到 0.010% 會使 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。 Sb也可用于厚片和小片。 有人認(rèn)為它會減少珠光體體積，但也有人將它用于鐵素體球墨鑄鐵。 可能是量的問題，的量應(yīng)該沒有問題。 周繼陽院長曾強調(diào)，用w(Sb)0.005%～0.007%也能抑制鐵水中過量Ti和RE的害處[2]。

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

(6)預(yù)處理很關(guān)鍵

在球化前用石墨預(yù)處理劑對球墨鑄鐵掩模進(jìn)行預(yù)處理，對提高和穩(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。 特別是對于局部熱點的收縮更有效[4]。 實驗強調(diào)：對于5-40mm的階梯試塊，石墨球數(shù)量由300個/mm2減少到150個/mm2； 使用Ca-Ce-OS劑時，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Ca-Ce-OS劑存在。