摘要：为提高铸铁件产品的表面处理质量, 提高生产效益, 减轻工人劳动强度和改善劳动环境。铸造企业需要对生产过程中原材料、熔炼工艺、热处理工艺进行严格控制，强化铸造工艺管理，专注细节控制；充分理解无损检测的原理与不足，各无损检测方法之间是相互补充的，MT、UT与PT检测不可替代目视检测，并且注意铸件表面质量对比样板与铸造表面粗糙度对比样块检测指标的区别；合理选择原材料、铸造工艺、热处理工艺，可以得到合适的铁素体基体组织，确保良好的石墨形态。
关键词：球墨铸铁；质量；控制
随着国内高速铁路、风电、石油化工等行业的快速发展，要求球墨铸铁件除了具有良好的力学性能、加工性能、减震性能与较低的成本优势，还要具有一定的低温冲击性能，以适应越来越苛刻的服役环境条件。近年来，我国不少铸造企业对低温球墨铸铁与si固溶强化球墨铸铁、高Si—Mo球墨铸铁等高性能、高附加值球墨铸铁领域进行了大量的生产试验与研究，并积累了较为丰富的经验。
一、低温铁素体球墨铸铁件的特点及标准
轨道交通行业的低温球墨铸铁件主要应用在转向架系统和牵引驱动系统，主要零件铸件质量为30。200 kg，材料主要为欧标EN DIN 1563标准规定，或者是国标GB／T 1348标准规定的QT350—22L(一40 oC)与QT400—18L(一20℃)，而风电行业低温球墨铸铁件主要执行标准或GB／T 25390—2010。在轨道交通行业除了以上标准规定的牌号外，还有很多企业根据客户的企业标准生产一40℃、一50℃冲击值为12～14 J的非标牌号QT400—18L，该种铸件大量应用于高寒地区高速铁路的重载铁路机车上。目前，我国轨道交通行业低温球墨铸铁件绝大部分都属于重要的安保件，在图纸及技术规范上都规定使用附铸试块和本体解剖取样来验证铸件材料的力学性能，并结合射线检测、超声波检测及磁粉检测等无损检测手段对铸件的致密性进行质量验证。要求铸造企业生产的每个铸件都必须带永久性的唯一序列号编码，根据零件的编码追溯到铸造、机械加工过程中每道工序的过程记录，并强制要求过程记录文件及试棒、试块等保存10年以上。
二、低温铁素体球墨铸铁的质量控制
1、原材料的选择与管理
一般选用干扰元素少的低 Si、低 Mn、低 S、 低 P 的 Q10 高纯生铁，综合微量元素之和不得大于 0.1%[1]。不同批次的高纯生铁在微量元素会有部分差异，所以，每个批次都需要向经销商或生产厂家索取质量证明书，并抽取部分元素进行复核，采购进入企业的生铁需要按照不同批次进行分类堆放，不可混放。生铁使用前如果有生锈现象，应进滚筒抛丸后再使用，回炉料及废钢也是同样要求。在使用过程中需要在领料记录表单上注明追溯号，以便于质量管理。
（1）回炉料和废钢。不同牌号的回炉料与废铸件要按照材料牌号进行分类放置，不能仅仅按照灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁大类分类，原则上生锈炉料不能直接进炉使用。大块回炉料与废铸件需要破碎成规定块度后使用，这样既提高熔化效率，也对熔炼质量有利。废钢要选择来源固定的优质低 C 碳素废钢w（P）<0.03%，w（Mn）<0.35%]，不能夹带有合金钢、锰钢及镀 Cr、镀 Zn 钢、油泥、焊瘤、油漆等杂质，熔炼前原材料必须烘干，防止气体卷入铁液。
（2）球化剂和孕育剂。由于低温铁素体球墨铸铁的化学成分要求及原材料的纯净度高（干扰元素含量少）等原因，球化剂要选用低 RE 球化剂，球化剂加入量在保证球化率的基础上要尽可能低一些，一般加入量为 0.90%~1.10%，w（Mg 残）量一般控制在 0.030%-0.042%，w（RE 残）量一般控制在 0.030%以下，这样既可避免产生晶间夹杂物出现，又可减少缩松倾向。
孕育剂一般选用 Si-Ba-Ca-Sr 孕育剂，浇包冲入的孕育剂与随流孕育剂在成分与粒度上有很大差异，需要注意区分，有时需要使用 S-O 孕育剂增加形核率。
2、熔炼过程控制。目前，普遍采用盖包式冲入法进行球化处理，采取包内孕育与随流孕育结合的孕育工艺，孕育剂注意烘干后使用，特别是南方潮湿季节尤其重要。铁液出炉温度与浇注温度需要根据具体的铸件质量、壁厚等条件确定。避免铁液温度过高，导致球化反应激烈，消耗过多的 Mg；同时，避免铁液温度过低（低于 1 450 ℃），导致球化反应不充分，孕育剂熔化不充分，形成球化不良、组织中硬点及偏析现象。球化完成后及浇注前务必扒渣干净，浇注时要平稳、连续，避免卷气、卷渣进入型腔，要在规定时间内浇注完毕，保证球化及孕育质量。想要获得纯净的高质量铁液，需要注意以下：（1）在炉内对铁液进行适当的过热处理，有助于提升铁液的纯净度，降低氧化渣含量，净化铁液，过热温度一般控制在 1 520-1 550 ℃，过低的过热温度起不到铁液的净化作用。（2）适当的高温静置对铁液起到自脱 O 作用，有助于减少铁液的氧化夹渣，改善铁液的纯净度。根据出炉温度与铸件的壁厚选择合适的出炉温度、静置时间、浇注温度等参数，并且注意扒渣要干净。（3）原铁液中低的 w（S）量是在保证高球化率的基础上，将 w（Mg）量控制在 0.03%~0.045%。为了精确控制原铁液中的 w（S）量，部分铸造企业在球化处理前对铁液进行脱 S 处理，然后使用S-O 孕育剂进行孕育处理，精确控制球化前后的w（S）量。因此，铸造企业要根据所生产铸件的牌号、壁厚、铸件质量、冲击值要求等参数，进行试验评价后确定适合自己企业的铸造参数。
三、低温铁素体球墨铸铁热处理工艺控制
风电行业的低温球墨铸铁件质量一般为几百千克到近十吨，鉴于市场竞争的压力，为了节约成本，一般不采用热处理态的铸件，这样可以节约近 1 000 元/t 的生产成本。而在轨道交通行业，由于铸件质量在200 kg 以下，铸件的壁厚差别较大，在铸造工艺上一般采取一定量的冷铁，配合热冒口工艺进行生产，铸件的某些部位容易产生少量的渗碳体，所以轨道交通行业的低温球墨铸铁件在技术合同签订之时就要求供应热处理态的铸件。从提高铸件质量的角度来说，为了达到 100%铁素体基体的要求，消除晶界夹杂，球墨铸铁的后期热处理是必要的。研究发现，与铸态球墨铸铁相比，热处理后的低温球墨铸铁的石墨球数量和等级并没有发生变化，只是使材料中的晶粒均匀化，基体中珠光体转化成了铁素体；并且低温球墨铸铁 QT400-18AL 热处理后，由于基体中的铁素体体积分数增加，材料的塑性得到了提高，铸态的冲击断裂形态由解理断裂变成了热处理后的韧性断裂，据统计，热处理态铸件比铸态铸件的低温冲击功提高了 11%，而抗拉强度会有少量的降低[17]。退火铁素体基体的球墨铸铁具有较低的塑-脆转变温度以及较好的上限冲击功。另外，对于不同温度退火的试样分析发现，920 ℃ 高温两阶段退火工艺得到的铁素体晶粒更加细小，晶粒均匀化程度更高，而铁素体晶粒的直径越小，越有利于球墨铸铁脆性转变温度的降低，从而保证球墨铸铁的低温冲击韧性。因此，熔炼过后的退火热处理工艺可以增加基体中铁素体的体积分数，细化铁素体晶粒，使铁素体晶粒均匀化程度提高，从而降低韧-脆转变温度，提高低温冲击韧性
通过查阅大量国内外低温铁素体球墨铸铁方面，并与多家铸造企业进行过紧密技术合作，积累了一定的低温球墨铸铁生产经验，对低温铁素体球墨铸铁的组织特点、生产过程控制、质量检测方面，合理选择原材料、铸造工艺、热处理工艺获得合适的铁素体基体组织，确保良好的石墨形态、球化率等级，减少晶界夹杂，是生产耐低温冲击韧性球墨铸铁的基础。
参考文献：
[1] 黄彪，龚文邦，高辉武．高si球墨铸铁及其应用发展[J].现代铸铁，2018，(01)：29—32．
[2] 彭凡，尤国庆，郭亮．QT900—2高强韧厚大断面球墨铸铁的研究[J].现代铸铁，2018，(01)：33—37．
[3] 杨启宇，陈军，毛卫民．热处理对球墨铸铁冲击韧性的影响[J].铸造。2018，57(04)：37．