一、前期準(zhǔn)備：原材料嚴(yán)苛選型與配比

1. 主要原材料（核心是 “低雜質(zhì)、高穩(wěn)定”）

2. 原材料預(yù)處理

• 金屬料破碎至≤150mm，用拋丸機(jī)去除表面鐵銹、油污；回爐料需通過(guò)磁選分離雜質(zhì)；
• 球化劑、孕育劑按批次烘干（120℃保溫 2 小時(shí)），避免水分導(dǎo)致鐵水飛濺或產(chǎn)生氣孔。

二、核心環(huán)節(jié)一：鐵水熔煉與脫硫預(yù)處理（奠定純凈基礎(chǔ)）

1. 熔煉設(shè)備（優(yōu)先 “中頻感應(yīng)爐”）

• 中頻感應(yīng)爐（主流，占比＞80%）：
  優(yōu)勢(shì)是溫度控制精準(zhǔn)（±5℃）、金屬燒損少（＜2%）、可快速調(diào)整成分，能避免沖天爐焦炭帶來(lái)的硫污染，適配球墨鑄鐵對(duì)純度的要求；
• 沖天爐 - 中頻爐雙聯(lián)熔煉（大批量生產(chǎn)）：
  沖天爐初熔鐵水，中頻爐升溫、脫硫、成分微調(diào)，兼顧效率與精度。

2. 熔煉與脫硫工藝

1. 裝料熔煉：按 “先廢鋼→后生鐵→回爐料” 順序裝料，通電升溫至 1450-1480℃，待金屬料完全熔化后，取樣檢測(cè)初始成分（重點(diǎn)測(cè) S、C、Si）。
2. 強(qiáng)制脫硫：若初始硫含量＞0.03%，需加入脫硫劑（石灰 + 螢石，比例 3:1），通過(guò)機(jī)械攪拌或吹氬攪拌使脫硫劑與鐵水充分反應(yīng)，生成 CaS 爐渣（浮于表面），扒渣后確保鐵水硫含量≤0.02%（關(guān)鍵閾值，硫過(guò)高會(huì)導(dǎo)致球化失?。?。
3. 成分調(diào)整：根據(jù)目標(biāo)牌號(hào)（如 QT450-10、QT600-3）調(diào)整碳、硅含量：最終碳 3.4%-3.8%、硅 2.0%-2.8%（硅過(guò)低影響石墨析出，過(guò)高增加脆性），出鐵溫度控制在 1480-1520℃（高于灰鑄鐵，保障球化劑溶解與流動(dòng)性）。

三、核心環(huán)節(jié)二：球化處理（決定石墨形態(tài)的 “關(guān)鍵一步”）

1. 常用球化處理工藝（“沖入法” 最成熟）

• 工藝名稱：沖入法（鎂合金球化劑主流工藝）
• 操作步驟：
  1. 鐵水包底部預(yù)鋪 “球化劑 + 覆蓋劑”：先放球化劑（占鐵水重量 0.8%-1.2%），再鋪覆蓋劑（珍珠巖，厚度 50mm，防止球化劑被鐵水沖散、氧化）；
  2. 分兩次出鐵：第一次出鐵量占總量的 60%-70%，快速?zèng)_入鐵水包，利用鐵水沖擊力使球化劑與鐵水充分反應(yīng)（反應(yīng)劇烈，會(huì)產(chǎn)生白煙和噴濺，需做好防護(hù)）；
  3. 靜置反應(yīng)：反應(yīng)結(jié)束后（約 1-2 分鐘），扒除表面浮渣，加入少量硅鐵（補(bǔ)充硅損失），靜置 30 秒使成分均勻。

2. 球化效果關(guān)鍵控制要點(diǎn)

• 殘余鎂量：反應(yīng)后鐵水殘余鎂需控制在 0.03%-0.08%（過(guò)低球化不良，過(guò)高產(chǎn)生白口或氣孔）；
• 反應(yīng)溫度：鐵水溫度需≥1450℃（溫度過(guò)低，球化劑溶解不充分；過(guò)高，鎂燒損嚴(yán)重）；
• 處理時(shí)間：從出鐵到澆注需控制在 5-8 分鐘內(nèi)（避免鎂元素二次氧化，影響球化率）。

四、核心環(huán)節(jié)三：孕育處理（優(yōu)化石墨球質(zhì)量與基體組織）

1. 孕育處理工藝（“瞬時(shí)孕育 + 隨流孕育” 復(fù)合方案）

1. 一次孕育（出鐵后）：向球化處理后的鐵水包中加入 “硅鐵孕育劑”（占鐵水 0.3%-0.5%），攪拌均勻，作用是細(xì)化石墨球核，避免白口。
2. 二次孕育（澆注前）：采用 “隨流孕育”—— 在鐵水從包嘴流入澆注系統(tǒng)的過(guò)程中，通過(guò)孕育劑 feeder 定量加入 “硅鈣合金復(fù)合孕育劑”（占鐵水 0.1%-0.2%），作用是進(jìn)一步細(xì)化石墨球（直徑控制在 10-30μm），提高球化率（≥90%）。

2. 孕育效果判斷

• 優(yōu)質(zhì)孕育后，鐵水表面會(huì)出現(xiàn) “細(xì)小石墨漂浮物”，澆注的試塊金相組織中，石墨球圓整度高、分布均勻，無(wú)白口或團(tuán)絮狀石墨。

五、核心環(huán)節(jié)四：澆注成型（適配 “高流動(dòng)性、低收縮” 需求）

1. 模具與澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

• 模具：以砂型鑄造為主（樹(shù)脂砂型占比＞90%），砂型需高強(qiáng)度、低發(fā)氣（避免氣孔），大型鑄件需設(shè)置 “冷鐵”（加速局部凝固）和 “冒口”（補(bǔ)縮收縮）；
• 澆注系統(tǒng)：采用 “底注式 + 多澆口”，引導(dǎo)鐵水平穩(wěn)充型（流速≤0.5m/s），避免沖砂或卷入空氣；對(duì)大口徑管道（如離心球墨鑄鐵管），采用 “離心鑄造” 工藝（鐵水在旋轉(zhuǎn)模具中成型，石墨球沿徑向分布更均勻）。

2. 澆注關(guān)鍵參數(shù)

• 澆注溫度：1380-1420℃（低于出鐵溫度，需保溫但避免過(guò)冷）；
• 澆注速度：中型鑄件 30-60 秒 / 件，大型鑄件 1-3 分鐘 / 件，確保砂型充滿且無(wú)收縮缺陷；
• 澆注后保溫：鑄件在砂型中保溫 2-4 小時(shí)（隨鑄件大小調(diào)整），緩慢冷卻至 200℃以下再開(kāi)箱（避免溫差過(guò)大產(chǎn)生裂紋）。

六、核心環(huán)節(jié)五：落砂清理與后期處理（保障精度與性能）

1. 落砂與清理（精細(xì)化去除附著物）

• 落砂：采用振動(dòng)落砂機(jī)或人工開(kāi)箱，分離鑄件與砂型（樹(shù)脂砂可回收再生）；
• 清理步驟：
  1. 切除澆冒口：用氣割（大型件）或液壓剪（小型件）切除，切口需打磨平整；
  2. 表面清理：拋丸機(jī)處理（鋼丸直徑 1-3mm）去除粘砂、氧化皮，表面粗糙度達(dá) Ra12.5μm 以下；
  3. 內(nèi)腔清理：對(duì)管道、閥體等有內(nèi)腔的零件，用高壓水槍或壓縮空氣吹掃殘留砂芯。

2. 熱處理（關(guān)鍵：調(diào)整基體組織，優(yōu)化力學(xué)性能）

3. 質(zhì)量檢測(cè)（全流程把控，核心是 “球化率”）

• 化學(xué)成分檢測(cè)：光譜儀檢測(cè) C、Si、Mg、S 等元素，確保符合牌號(hào)要求；
• 金相檢測(cè)：截取試塊，顯微鏡下觀察石墨球化率（≥85% 為合格，優(yōu)質(zhì)品≥95%）、圓整度及基體組織；
• 力學(xué)性能檢測(cè)：拉伸試驗(yàn)測(cè)抗拉強(qiáng)度、延伸率（如 QT450-10 需滿足抗拉≥450MPa，延伸率≥10%）；
• 無(wú)損檢測(cè)：大型鑄件用超聲波檢測(cè)內(nèi)部氣孔、裂紋；管道做水壓試驗(yàn)（承受 1.5 倍工作壓力無(wú)泄漏）。

七、總結(jié)：球墨鑄鐵工藝的核心特點(diǎn)與難點(diǎn)

1. 高純度要求：原材料硫磷含量需嚴(yán)格控制（灰鑄鐵 S 可≤0.15%，球墨鑄鐵需≤0.03%），否則球化失效；
2. 高工藝復(fù)雜度：增加球化、二次孕育環(huán)節(jié)，步驟多、控制點(diǎn)密集；
3. 高控制精度：殘余鎂量、澆注溫度、孕育劑用量的誤差需控制在 ±0.01%、±5℃、±0.05% 以內(nèi)；
4. 嚴(yán)流程時(shí)效性：球化后鐵水需快速澆注（≤8 分鐘），避免鎂氧化影響性能。

這種精細(xì)化工藝正是球墨鑄鐵 “高強(qiáng)度、高韌性” 的核心保障，也使其生產(chǎn)成本比灰鑄鐵高 30%-50%，但性能可媲美中碳鋼，成為替代鑄鋼、鍛鋼的高性價(jià)比材料。

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