一种低温铁素体球墨铸铁附铸试块制备方法技术领域
本发明涉及一种铸造工艺，具体为一种低温铁素体球墨铸铁附铸试块制备方法。
背景技术
球墨铸铁广泛应用于机械制造行业，低温铁素体球墨铸铁电机端盖主要应用于高
铁列车电机上，是铁路交通零部件中的重要零件，它驱动承载着千百乘客的车厢，除要求高
的力学性能，还要求高的质量稳定性、一致性。因此，需要严格检测附铸试块的性能，其中，
产品附铸试块性能应满足客户技术要求：铸件符合GB/T1348-2009及TB/T1465-93，性能测
试采用连体附铸试样：抗拉强度：Rm≥400(Mpa)，屈服强度：Re0.2≥240(Mpa)，伸长率：A≥
18%，冲击功：AkV( -50℃)≥12J。因此要确保铸件性能合格，而且相应的附铸试块应该能够
完全代表铸件的性能，并且附铸试块性能完全达到客户要求。
如图1、2所示意，现有的附铸试块的铸造结构图，对于低温铁素体球墨铸铁电机端
盖的附铸试块和单铸试块，经过检测发现以下问题，单铸Y型试块性能完全达到标准生产所
得的性能。但是最能代表铸件性能的附铸试块，其检测后达到性能与单铸Y型试块性能不一
致，且相比单铸试块性能低一个牌号，达不到客户要求。具体测试见表1所示意。
我们研究发现在试块性能检测过程中，附铸试块性能主要不合格问题是低温冲击
性能达不到要求。经检查验证，其原因如下：浇注系统使用平浇的方式，因此附铸试块中为
铁水最后停留处，含有的渣和杂质未能没能溢流出，停留在试块内。
附铸试块只是依靠冷铁来冷却，没有补缩的铁水，因此组织不致密，含有缩松。因
此所要解决的问题：
1、将附铸试块中的杂质和渣排出试块外；
2、增加附铸试块的补缩，解决缩松；
3、提高附铸试块性能稳定性。
发明内容
本发明为了使附铸试块和铸件的性能完全一致，特提出了一种低温铁素体球墨铸
铁附铸试块制备方法。
一种低温铁素体球墨铸铁附铸试块制备方法，使用浇注系统，铸件模具，附铸试块
模具；所述的附铸试块模具的最上端通过试块浇口连接道和铸件连接，在附铸试块模具上
方设溢流道，在附铸试块模具下侧的附铸试块取性能处放置冷铁，附铸试块模具为立式放
置。
与现有的浇铸方法相比，本发明的特点是： 1、将附铸试块模具由原来的水平放置
改为立式放置，即由平浇改为立浇，结果是在试块上方增加补缩，使试块取性能处组织致
密，无缩松；
2、在附铸试块模具上方增加溢流道，使试块内的气、渣能够浮出，保证了附铸试块的性
能完整均匀；
3、在附铸试块模具取性能处放置冷铁，减小附铸试块的缩松倾向。
通过以上改造，本发明方案制成的附铸试块和单铸Y型试块性能相近，能够反映铸
件真实的性能。
附图说明
图1为本发明使用装置结构示意图
图2为图1的A向视图
图3为图1的B向视图
图4为附铸试块模具的立体图
图5为现有附铸试块的位置图
图6为附铸试块的结构图
图中：1-铸件、2-试块浇口连接道、3-溢流道、4-附铸试块模具、5-冷铁、6-附铸试块、7-
冒口、8-浇注系统、9-附铸试块取性能处。
具体实施方式
如图1、2、3、4所示意，一种低温铁素体球墨铸铁附铸试块制备方法，使用浇注系统
8，铸件模具，附铸试块模具4；所述的附铸试块模具4的最上端通过试块浇口连接道2和铸件
1连接，在附铸试块模具4上方设溢流道3，在附铸试块模具4下侧的附铸试块取性能处9放置
冷铁5，附铸试块模具4为立式放置。
所述的附铸试块模具4为立式放置，试块浇口连接道2位于附铸试块模具4最上端，
这种设计有利于铁水的充分流动进入附铸试块模具4内，克服铁水流动性不足导致试块性
能下降的问题。
本发明所述的附铸试块铸造中的化学成分及铸造工艺如下
碳含量，球墨铸铁件的碳含量比较高，过高的碳含量，其延伸率会降低。在球铁生产中
正常碳含量范围内，低温冲击值基本不受影响。而较高的含碳量可以增加金属的流动性，一
定石墨化膨胀减少收缩缺陷。所以碳含量控制在3.4%～3.7%。
含量，硅一种强化铁素体的基体的元素，由于硅能固溶于Fe中阻碍了铁原子和碳
原子之间的化合，同时促进石墨析出，从而有利于获得铁素体组织。对于低温冲击球铁件，
基体要为全铁素体组织，所以需要一定含量的硅，但是当Si含量高时，会提高低温转变温
度。根据满足需求，控制硅的含量在1.9%～2.30%之间。
锰含量，锰可以稳定奥氏体区，促进碳化物的形成，在共析转变过程，降低共析转
变的温度，起稳定和细化珠光体的作用。溶入奥氏体中的锰有强烈偏析的倾向，引起网状碳
化物、黑色网状组织、白区德形成，这些在晶界上形成的物质严重降低低温韧性。碳化物、偏
析是影响球铁低温转变温度的主要因素，锰每增加0.1%，脆性转变温度大约提高10～12℃。
所以锰要越低越好，小于0.28%。
磷含量， 球铁中，由于其他成分的影响，磷的溶解度很小，当含磷量超过一定值
时，磷将以磷共晶形态析出。由于成分、冷却速度、偏析等原因，球铁中的很容易形成磷共
晶。由于磷共晶熔点较低，在凝固时富集于共晶团边界处最后凝固，沿晶界析出。严重时形
成网状或断续网状，较严重降低球铁的韧性和塑性，降低低温冲击性能，所以磷要尽可能
低。针对我公司生产的球铁件，磷的含量没法进一步降低，其含量低于0.04%。
镍含量，考虑低温冲击性能，球铁件得需采用退火消除偏析、渗碳体和一定的珠光
体，退火工艺为920℃高温铁素体退火工艺或920～720℃的两阶退火工艺。加入一定量的
镍，通过退火可以得到完整的铁素体组织。并且它不影响延伸率，还降低脆性转变温度，且
在共晶团内分布均匀，不会因偏析而使共晶团边界脆化。镍的加入量控制在0.2%～0.8%范
围内。
附铸试块以及铸件的铸造步骤为：选择废钢和或废铁为原料，采用1.0T中频感应
电炉熔炼铁液，呋喃冷硬树脂砂造型，采用增碳剂，增硅剂调整铁液成份，控制原铁液及铸
件化学成份到表1要求范围，以下均为质量百分比。
材料
C
Si
Mn
P
S
Ni
原铁液
3.4-3.7
1.9-2.1
<0.2
<0.035
<0.020
0.2%-0.8%
|
升温至1510℃～1530℃，进行球化和孕育处理，球化剂和孕育剂成份质量%见下表
加入原料质量1.4-1.6%的球化剂，再加入入球化巩固剂（锑0.002%,铋0.002%,铅
0.002%,硒0.03%,钛0.07%,碲0.02%，其余为镁），
加入孕育剂的量为1-1.3%，最后进行浇注操作，浇注后得到的铸件热处理，热处理的步
骤是，将铸件升温至920-940℃，保温2-3小时，炉冷至730-750℃，保温2-3小时，然后炉冷至
600℃出炉即可。
表2为附铸试块和单铸Y型试块性能比较表。
由上表可看出，附铸试块性能能够达到客户要求，具有铸件性能的代表性。
结论：
1、GB/T1348-2009中只规定了附铸试块的尺寸，没有说明试块浇注方式，附铸试块不能
反映铸件性能的真实性；
2、按照改进后的铸件附铸试块立浇、试块上方加补缩的方式，附铸试块和单铸Y型试块
性能相近，能够反映铸件真实的性能。