材质熔炼
出处：按学科分类—工业技术 北京理工大学出版社《新编液压工程手册下册》第2242页（5477字）
液压件铸铁毛坯的材质，国内外普遍以孕育铸铁，球墨铸铁为主，少量采用合金铸铁和蠕墨铸铁。
表37．7－1为孕育铸铁的牌号及单铸试棒的机械性能。
表37．7－1 孕育铸铁牌号及单铸试棒的机械性能(GB9439－88)
由于铸铁的机械性能与铸件壁厚有关，表37．7－2列出各牌号不同壁厚孕育铸铁件预计达到的机械性能。
表37．7－2 不同壁厚孕育铸铁件预计达到的机械性能(GB9439－88)
球墨铸铁单铸试块的机械性能见表37．7－3。表37．7－4是球墨铸铁附铸试块的机械性能。
表37．7－3 液压件用球墨铸铁牌号及单铸试块的机械性能(GB1348－88)
表37．7－4 球墨铸铁附铸试块的机械性能(GB1348－88)
(1)孕育铸铁
A．孕育铸铁概述
GB9439－88列出灰铸铁的6种牌号。前三种牌号即：HT100；HT150；HT200是普通灰铸铁。其基体为粗片状珠光体和铁素体。由于石墨粗大，机械性能较低，抗拉强度一般在200MPa以下。如果在一定条件下，加入高温铁水中一定量物质，通过改变铸铁的金相组织而使机械性能得到显着提高的方法叫铸铁的孕育。通过孕育生产的铸铁叫孕育铸铁。
GB9439－88后三种牌号即：HT250；HT300；HT350是孕育铸铁。通常是在低碳当量的原铁水中加入少量促进石墨化的元素如硅铁合金等，使本来要变为白口或麻口的铸铁转变为细片状石墨和细片状珠光体基体的铸铁。
通过孕育，铸铁的抗拉强度提高到250MPa至400MPa，同时，材质的致密性，弹性模量，断面均一性，耐磨和耐蚀性能也显着提高。特别是组织致密，抗渗透能力强的特点，成为液压件铸件毛坯的首选材料。
B．孕育铸铁的熔制
(A)配料化学成分的控制
严格控制化学成分是取得良好孕育效果的必要条件。化学成分的常规选择范围如下：
碳 根据所需牌号的高低在2．7%～3．3%范围内选择。牌号愈高，碳量愈低。
硅 由于孕育过程要增加最终铁水成分的硅含量。因此，当确定含碳量后，一般把硅维持在稍低于能显着促进石墨化的临界值，而硅的临界值又取决于含碳量的高低和铸件的壁厚。在实际生产中，常根据铸铁组织关系图在保证原铁水组织为白口与麻口的前提下选定硅含量，从而获得良好的孕育效果。选择范围大约在1～1．6%。
锰 根据铸件壁厚在0．6%～1．4%范围内选择，薄壁件取下限，厚壁件取上限。
硫 是孕育铸件的有害元素，阻碍石墨化，增加铁水粘度，使流动性变差，应限制在0．1%以下。
磷 磷含量过高会降低孕育铸铁的冲击韧性，应限制在0．15%以下。
表37．7－5是孕育铸铁的配料和化学成分参考。
表37．7－5 孕育铸铁配料和化学成分
(B)温度控制
高温铁水是保证孕育铸铁质量的必备条件。因为孕育铸铁碳当量低，熔点较高，一般用于孕育剂的75硅铁本身熔点达1320℃，这就要求原铁水有较大的过热度才能保证孕育剂充分熔化。表37．7－6列出孕育铸铁的出铁温度。
表37．7－6 孕育铸铁的出铁温度
(C)炉料处理
孕育铸铁由于加入大量废钢降低含碳量，易产生氧化，气孔等缺陷，因此，需对金属炉料进行除锈与除杂质处理。
(D)孕育剂
孕育铸铁常用的孕育剂主要有硅铁合金与硅钙合金两种。近几年国内外出现很多新的孕育剂，比如在硅铁中加入钡、锶、铝、钛、稀土元素等，但含铝和钙的硅铁仍占主导地位。
含硅量为75%左右的SiFe75(GB2272－80)，由于其熔点低，易被熔化吸收，来源广且价格低而被广泛采用。缺点是含铝量高，有增加铸件皮下气孔的危险。因此，湿型生产时应限制SiFe中的含铝量在1．5%以下。
常用的硅钙合金是含钙28%的Ca28Si60，含钙31%的Ca31Si60(GB3419－82)。与硅铁合金相比，硅钙有更强的孕育效果。特别是初始孕育效果好，易得到最高强度。但由于成本高，易造渣，易衰退等缺点，生产上不如硅铁使用普遍，多作为辅助孕育剂使用。
(E)孕育工艺
孕育剂加入量与铁水吸收情况有关。吸收率大约为70%～90%，孕育作用所需的硅量一般为处理铁水总量的0．15%～0．3%。如使用SiFe75，加入量应为处理铁水量的0．25%～0．6%。
硅铁的粒度，根据铁水包大小控制在2～10mm。硅铁在加入高温铁水前要预热处理，预热温度为250℃～550℃，一般加在出铁槽上，距出铁口300mm左右。加入时间应占总出铁时间的60%～80%，浇注前最好进行搅拌，孕育处理后的铁水要在15min之内浇入铸型，以免孕育衰退。
(F)孕育效果判定
炉前快速判定采用三角试片法。常用三角试片尺寸见图37．7－1与表37．7－7。各牌号孕育前后三角试片白口数见表37．7－8。
图37．7－1 常用三角试片尺寸
表37．7－7 三角试片尺寸
表37．7－8 孕育前后三角试片白口数
(2)球墨铸铁
A．球墨铸铁概述
石墨呈球状的铸铁叫球墨铸铁。是一种使用较广泛的高强度铸铁。与片状石墨比较，由于石墨呈球状，对金属的切口作用大为减少，强度利用率大为提高。
球墨铸铁按基体分类有珠光体球墨铸铁和铁素体球墨铸铁两类。另外有经过等温淬火的奥氏体，贝氏体球墨铸铁。
表37．7－3列出五种液压件常用球墨铸铁牌号。其中QT400－15，QT450－10二种是铁素体基体，QT700－2是珠光体基体，QT500－7；QT600－3两种是珠光体，铁素体混合型基体。
B．球墨铸铁的熔制
(A)配料化学成分的确定
碳当量，碳和硅：把硅含量折算成一定量的碳加到实际含碳量上算得的碳量总和称为碳当量，用CE%表示。即
CE%=C+0．3Si
球墨铸铁的碳当量在共晶或略高于共晶成分，一般在4．5～4．7%范围内。通过调整碳当量可控制球墨铸铁铸态的基体组织和机械性能。
通常，碳在3．6%～3．9%范围内选择，而硅含量则取决于铸件壁厚和铸态基体组织。铸件厚大，含硅量应低，铸件薄小，含硅量应高。珠光体基体的球铁，总含硅量应在2%～2．6%范围内选择，而铸态铁素体基体的球铁，总含硅量可在2．4%～2．9%之间选择。
在总含硅量确定的前提下，要尽可能降低原铁水的硅含量，而将较多的硅用于孕育时加入，这样可获得强度、韧性较高的球铁。
锰 一般控制在0．3%～0．8%范围内，高韧性球铁与贝氏体球铁应控制在0．5%以下。
磷 应控制在0．1%以下。国外有的工厂限制在0．05%以下。
硫 应严格控制在0．05%以下，国外有的工厂控制在0．02%以下。
其它合金元素：为提高球墨铸铁的强度和性能，有时需加入其它合金元素。最常用的是铜，其作用是稳定奥氏体，促进珠光体形成，增加球墨铸铁的铸态强度和硬度。一般加入量0．2%～0．6%，有时加到0．8%～1%。其次是钼，作用是细化石墨球，细化晶粒，提高强度，并改善热处理时的回火脆性。加入量一般为0．3%～0．5%。另一种常用元素是钒，作用是提高珠光体数量，形成粒状碳化物而提高硬度和耐磨性。
(B)对铁水的要求
除化学成分外，熔制球墨铸铁的铁水还应有下列要求：
出铁温度 由于球化剂，孕育剂的加入以及铁水剧烈沸腾要降低铁水温度。因此要求出铁温度较高。第一包要控制在1470℃～1500℃，以后也要保持在1450℃以上。
铁水成分要稳定 避免铁水成分波动和铁水严重氧化，否则球化不良。
脱硫处理 含硫量超标的铁水，必需进行炉外脱硫。普通的办法是加碳酸钠等粉状去硫剂。
(C)球化剂
目前我国使用的球化剂主要有纯镁和稀土硅铁镁合金两类。根据我国资源特点而以使用稀土硅铁镁合金为主。
表37．7－9列出直接作为球化剂使用的4#、6#稀土硅铁镁合金的成分。
表37．7－9 4#、6#稀土硅铁镁合金成分
用稀土硅铁镁合金处理铁水，其加入量要根据铁水和球化剂成分，处理吸收率，铸件壁厚等多种因素分析确定。一般加入量为1．2%～1．6%。铁水含硫量对球化剂加入量影响很大，要特别注意。
(D)球化处理和孕育处理
球墨铸铁的处理包括球化和孕育两部分。球化使石墨变球，孕育保证石墨析出。
球化工艺有钟罩加镁，压力加镁，堤坝式冲入，型内球化等多种。用稀土硅铁镁合金球化时多用包底堤坝冲入法，此法处理简易，效果好，见图37．7－2。
图37．7－2 堤坝冲入法示意图
1－铁水；2－铸铁板；3－保温材料；4－孕育剂；5－球化剂中硅含量，铸件壁厚，球铁牌号确定。
在铁水包内预先修出堤坝式凹坑，将球化剂置坑内，复盖孕育剂和保温材料，上面盖一块薄铁板。高温铁水冲入至包内容积的2／3时停止出铁，静置2min后冲入剩余1／3容积的铁水同时在铁水槽中加入孕育剂进行孕育处理。孕育剂采用75硅铁，加入量根据铁水
由于孕育衰退会导至球形退化，最好采用把孕育剂分成二至三部分的多次孕育工艺。一部分在出铁槽加入，其余在扒渣后浇注前加入，但要进行搅拌。
(E)球化效果判定
简易的办法是浇注图37．7－1所示的三角试片，冷却至暗红色浸入水中观察断面，如晶粒较细，有银白光泽，试片尖端白口中间有缩凹和缩松，敲击有钢音为球化良好。