球墨鑄鐵件常見缺陷和工藝措施方案

1、攀枝花學(xué)院Panzhihua University本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述院 （系）：材料工程學(xué)校專業(yè)：材料成型及控制工程班級(jí) ：2010級(jí)材料成型及控制工程2 班學(xué)生姓名：范家棟學(xué)號(hào) :201011102011.2013年 12月 4 日文獻(xiàn)綜述：球墨鑄鐵件常見缺陷及工藝措施摘要：本文對(duì)球墨鑄鐵件生產(chǎn)中常見的縮孔、縮松、夾渣、 、皮下氣孔、球化衰退與球化不良缺陷及影響因素進(jìn)行了詳細(xì)分析 , 并根據(jù)實(shí)際情況提出了一些有效的工藝措施措施。關(guān)鍵詞：球墨鑄鐵缺陷 工藝措施球墨鑄鐵是 20世紀(jì)五十年代發(fā)展起來(lái)的一種高強(qiáng)度鑄鐵材料 . 具有良好的強(qiáng)度和韌性 , 其機(jī)械性能與鑄鋼件相當(dāng) , 在耐熱性、

2、耐蝕性及耐磨性上優(yōu)于傳統(tǒng)的片狀石墨鑄鐵 , 而且在經(jīng)濟(jì)上球墨鑄鐵件生產(chǎn)成本低于鑄鋼件 , 因此高強(qiáng)度球墨鑄鐵件在結(jié)構(gòu)件上有取代鑄鋼的趨勢(shì)。當(dāng)然 . 球墨鑄鐵因其自身特性常產(chǎn)生一些常見缺陷外的特有缺陷。 這些缺陷影響鑄件性能 , 使鑄件廢品率增高。 為了防止這些缺陷的發(fā)生 , 有必要對(duì)其進(jìn)行分析 , 總結(jié)出各種影響因素 , 提出防止措施 , 才能有效降低缺陷的產(chǎn)生 , 提高鑄件的力學(xué)性能及生產(chǎn)效益。 本文將討論球鐵件的主要常見缺陷 : 縮孔、縮松、夾渣、皮下氣孔、石墨漂浮、球化不良及球化衰退。1 縮孔縮松1.1產(chǎn)生原因縮孔的形狀不規(guī)則 . 孔壁粗糙。防止縮孔產(chǎn)生的條件是合金在恒溫或很小的溫度范圍

3、內(nèi)結(jié)晶。 鑄件壁逐層凝固的方式進(jìn)行凝固。 液態(tài)合金填滿鑄型后。 因鑄型吸熱 . 靠近型腔表面的金屬很快就降到凝固溫度 . 凝固成一層外殼 . 溫度下降 . 合金逐層凝固 . 凝固層加厚 . 內(nèi)部的剩余液體 . 由于 液體收縮和補(bǔ)充凝固層的凝固收縮 . 體積縮減 . 液面下降 . 鑄件內(nèi)部出現(xiàn)空隙 . 直到內(nèi)部完全凝固 . 在鑄件上部形成.縮孔。已經(jīng)形成縮孔的鑄件的鑄件繼續(xù)冷卻到室溫時(shí). 因固態(tài)收縮 . 鑄件的外形輪廓尺寸略有縮小 , 如縮孔的形成過程分為 4個(gè)階段見圖 1. 21縮松為當(dāng)合金結(jié)晶溫度范圍較寬時(shí). 在鑄件表面結(jié)殼后 . 內(nèi)部有一個(gè)較寬的液、固兩相共存的凝固區(qū)域。 繼續(xù)凝固 . 固

4、相不斷增多。 凝固后期 . 先生成的樹枝晶相互接觸 . 將合金液分割成許多小的封閉區(qū)域 . 當(dāng)封閉區(qū)域內(nèi)合金液凝固收縮得不到補(bǔ)充時(shí) . 就形成了縮松?？s松可以看成為許多分散的小縮孔 . 合金的結(jié)晶溫度范圍愈寬 . 愈易形成縮松?？s松一般出現(xiàn)在鑄件壁的軸線區(qū)域、熱節(jié)處、冒口根部和內(nèi)澆口附近 . 也常分布在集中縮孔的下方 . 見宏觀縮送形成圖 1. 2 2 。圖 1.1球鐵縮孔形成示意圖圖 1.2 球鐵縮松形成示意圖1.2影響因素碳當(dāng)量.文獻(xiàn)指出碳當(dāng)量過高會(huì)推遲冒口中補(bǔ)縮金屬的傳輸. 結(jié)果使得冒口頸凝固過早 . 補(bǔ)縮通道受到限制 . 在鑄件中形成縮孔、縮松缺陷 . 而且高的碳當(dāng)量還會(huì)促進(jìn)鑄件脹大.

5、 增加補(bǔ)縮液量的要求. 無(wú)縮孔、縮松鑄件的碳硅含量范圍為c%+si%/73. 9 3 ；橘堂 忠 4 等人的研究表明 CE在4.5%到4.6%之間時(shí)獲得無(wú)縮孔及縮松鑄件 .CE在大于 4.6%時(shí)易獲得縮孔及縮松缺陷。殘留鎂元素殘留鎂元素含量高導(dǎo)致縮孔、縮松傾向大 . 大致有三種影響機(jī)制：殘留鎂含量高阻礙補(bǔ)縮 . 增大隊(duì)冒口的要 求 5 ；殘留鎂留亮過高阻礙石墨 化 6 ；增加鎂含量膨脹增加 . 因而加大對(duì)補(bǔ)縮的要 求 7 。稀土元素在一定范圍內(nèi)的稀土元素能減少鑄件的縮孔和縮松傾向 . 過量則增加白口傾向 . 薄壁件可通過稀土鈰來(lái)增加石墨球數(shù)來(lái)增加補(bǔ)縮。鑄型強(qiáng)度的影響由于球墨鑄鐵特有的糊狀凝固特

6、點(diǎn). 凝固過程中有石墨化膨脹階段. 其膨脹量大約是灰鑄鐵的 5倍 . 若鑄型強(qiáng)度不夠則會(huì)出現(xiàn)“脹型”或錯(cuò)箱缺陷. 引起鑄型內(nèi)型腔的變化 . 導(dǎo)致縮松傾向加 大 8 。孕育的影響表面增大孕育量 , 加大鑄件的收縮體型 . 增大縮松傾向；明高強(qiáng)度鑄型強(qiáng)度下 . 提高孕育量會(huì)減少縮松傾 向 9 。1.3防止措施控制鐵液成分 :保持較高的碳當(dāng)量 3.9%;盡量降低磷含量 0.08%;降低殘留鎂量 0055%時(shí) , 皮下氣孔劇增多。 同時(shí) , 在球化劑加入量相同的情況下 , 原鐵水中含 S量高 , 球墨鑄鐵中含 S量也高。隨著 Mg與 S含量增加 , 球墨鑄鐵中.MgS 含量也增加 , 由于 MgS與濕

7、砂型 ( 芯) 中水分作用 , 生成硫化氫氣體 , 從而構(gòu)成皮下氣孔 :MgS+H2OMgO(煙氣 )+H2S 個(gè)另外 , 從球墨鑄鐵中析出的Mg蒸汽也可直接與型芯中水分作用, 生成 MgO煙氣與氫氣, 也導(dǎo)致皮下氣孔的產(chǎn)生：Mg(蒸汽 )+H2OM gO(煙氣 )+2H 。Al 與Ti ：由表 1. 311 看出 , 球墨鑄鐵中含 A I 量在 0.03%以下 , 一般不會(huì)產(chǎn)生皮下氣孔。如果 AI 、T i 并存 , 則皮下氣孔數(shù)會(huì)迅速增加。這可能由于一方而 A ITi 含量提高后加劇了鐵水與砂型的界面反應(yīng)放出H :2Al+3H 2O Al 203+6H ;Ti+2H2O Ti 2O+4H從

8、而導(dǎo)致鐵水吸氫后造成析出性氣孔; 另一方面 AlTi都是強(qiáng)烈的脫氧元素 , 促使鐵與水汽反應(yīng) , 不僅產(chǎn)生氫 , 而且其反應(yīng)產(chǎn)物 FeO被鐵水中 C還原成 CO,后者分解生成 C和CO,都易造成皮下氣孔產(chǎn)生。表1.3含 Al 、 Ti 亮對(duì)皮下氣孔影響澆注溫度提高澆注溫度能延緩氧化膜的生成. 防止熔渣進(jìn)入型腔 . 同時(shí)對(duì)砂型烘烤時(shí)間加長(zhǎng) . 有利于砂型表面的水分向外遷移。而靠近鑄件砂型表層水分少了。盡管鐵水在鑄型內(nèi)冷卻時(shí)也產(chǎn)生一些MgS , 但與鑄型界而作用產(chǎn)生H多與 H的機(jī)率下降 ,故高溫澆注使皮下氣孔減少。砂型緊實(shí)度與透氣性型砂的透氣性太低 . 導(dǎo)致型壁所產(chǎn)生的氣體不能排出型外 . 而向金

9、屬侵入 . 致使鑄件產(chǎn)生氣孔；隨著緊實(shí)度的增加 . 產(chǎn)生皮下氣孔的傾向也加大。但當(dāng)緊實(shí)度相當(dāng)高時(shí) . 產(chǎn)生皮下氣孔的傾向又減少 . 這可能是由于表層型砂緊實(shí)度的增加 .增大了水分向鑄件方向的遷移阻力?？諝鉂穸?雨季生產(chǎn)的鑄件皮下氣孔廢品遠(yuǎn)較旱季為高。顯然 , 這是由于空氣中濕度大了加劇了鐵水與砂型界面反應(yīng)致。我們發(fā)現(xiàn) , 這類皮下氣孔大部分發(fā)生在遠(yuǎn)離冒口的下箱表面上 , 孔徑大小不等、分布不均。如果提高出爐與澆注溫度 , 加速澆注 , 對(duì)減少皮下氣孔頗有裨益。3.3防止措施控制硫化鎂夾雜物含量為防止產(chǎn)生皮下氣孔要求原鐵水的含硫量愈低愈好；為此可采用低硫生鐵 . 配料時(shí)應(yīng)考慮使原鐵水的含硫量不大

10、于 0.094%.或在球化處理時(shí)適當(dāng)加入小蘇打進(jìn)行脫硫。在球化處理后 . 要多次扒渣和靜置片刻 . 以使 MgS 渣上浮?？刂畦F液中殘余稀土含量小于 0.043%；殘余鎂含量不大于 0.05%；鋁含量在 0.03%到0.05%范圍以外。合理的澆注溫度根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)和鑄件的壁厚確定合理的澆注溫度 . 一般情況下 . 薄壁件澆注溫度不得小于 1320；中等壁厚鑄件不得小于 1300；對(duì)于導(dǎo)盤這類厚壁件也不得小于 1280oC 11 。嚴(yán)格控制型砂水分嚴(yán)格控制型砂水分 . 減少鐵液與鑄型界面所產(chǎn)生的氣體量。對(duì)于導(dǎo)盤這類大型鑄件 . 采用的是干型鑄造 . 通常要求砂型必須烘干 . 造型時(shí)擺放一些草繩以增

11、加砂型的透氣性并使型壁所產(chǎn)生的氣體能順利排出型外。加入過渡層采用涂料、覆料 . 將鑄型與鐵液隔開 . 避免在界面上發(fā)生產(chǎn)生氣體的反應(yīng)。如在濕型型砂中加入煤粉或在砂型表面噴涂一層稀潤(rùn)滑油、石墨涂料. 澆注時(shí)都能產(chǎn)生還原性氣膜 . 減少鑄型與鐵液的作用 . 可減少皮下氣孔。也有在砂型表面噴涂一層含有 Fe2O3細(xì)粉的煤油懸濁液。據(jù)分析 . 噴涂在砂型表面的 Fe2O3在鐵液澆入后形成玻璃狀物質(zhì) . 將鑄型與鐵液隔開。4 球化不良及球化衰退4.1 形成原因球化不良和球化衰退是球墨鑄鐵獨(dú)有的缺陷。 原鐵水經(jīng)球化處理后 , 先澆注的鑄件球化良好 , 后澆注的鑄件球化不良 , 或者是鐵水放置一定時(shí)間后 ,

12、 球化效果下降 , 這種現(xiàn)象稱為球化衰退。 球化不良的特征表現(xiàn)在鑄件斷面上有大塊黑斑或明顯的小黑點(diǎn) , 越接近中心越密。4.2影響因素.碳含量碳當(dāng)量影響鐵液的碳當(dāng)量太高時(shí)（尤其是硅含量也高時(shí)）. 將使石墨球化受到影響。試驗(yàn)表明 . 對(duì)于厚壁鑄件 . 當(dāng)碳當(dāng)量超過共晶成分時(shí). 就有可能產(chǎn)生開花狀石墨。但是提高鐵液的含碳量有利于鎂回收率的提高 . 因此生產(chǎn)中大多采用高碳低硅的原則 . 通常含硅量控制在 2%左右。此外 . 碳當(dāng)量的選取還與鑄件壁厚有關(guān)：當(dāng)壁厚為 6.5 76mm時(shí). 碳當(dāng)量為 4.35% 4.7%；當(dāng)壁厚大于 76mm時(shí). 碳當(dāng)量為4.3%4.3 %1 。硫含量當(dāng)鐵液中的含硫量太高

13、時(shí) . 硫與鎂和稀土生成硫化物 . 因其密度小而上浮到鐵液表面 . 而這些硫化物與空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)生成硫 . 硫又回到鐵液 . 又重復(fù)上述過程 . 從而降低了鎂與稀土含量。 當(dāng)鐵液中的硫大于 0.1%時(shí) . 即使加入多量的球化劑 . 也不能使石墨完全球化。壁厚的影響鑄件壁太厚也容易產(chǎn)生球化不良及衰退缺陷. 主要是因?yàn)殍F液在鑄型中長(zhǎng)時(shí)間處于液態(tài) . 鎂蒸汽上浮 . 造成鎂含量降低；共晶時(shí)大量石墨生成而釋放出的結(jié)晶潛熱使奧氏體殼重新熔化. 石墨伸出殼外而畸形長(zhǎng)大. 形成非球狀石 墨 3 。稀土和鎂的影響稀土和鎂均為球化元素 , 使石墨沿基面方向生長(zhǎng)較快 , 從而使石墨生長(zhǎng)呈現(xiàn)為球狀。此外 , 普

14、通鑄鐵鐵水中的氧和硫比較容易吸附到基面上 , 進(jìn)一步促進(jìn)石墨沿柱面生長(zhǎng)。 當(dāng)稀土和鎂加入到鐵水中 , 它們與氧、硫結(jié)合而脫氧、 脫硫 , 使石墨沿基面方向生長(zhǎng)速度加快。 因此 , 工業(yè)上鎂殘留量應(yīng)控制在 0.03%0.08%, 稀土殘留量應(yīng)控制在 0.025%0.05 % 3 。鐵液溫度影響若鐵液溫度過高 . 鐵液氧化嚴(yán)重 . 由于鎂與稀土易與氧化物產(chǎn)生還原反應(yīng) . 而使得鎂、稀土含量降低 . 同時(shí)高溫也將增加鎂的燒損和蒸發(fā)； 鐵液溫度太低 . 球化劑不能熔化和被鐵液吸收. 而上浮至鐵液表面燃燒或被氧化。滯留時(shí)間的影響鐵液中鎂的含量是隨孕育處理后停留時(shí)間的增加而減少. 其主要原因是因硫及鎂、稀

15、土的氧化與蒸發(fā)造成的。一般情況下. 滯留時(shí)間不超過20mi n 5 。壁厚的影響鑄件壁厚越大 , 球化不良和衰退的現(xiàn)象越嚴(yán)重。 當(dāng)鑄件壁較厚時(shí) , 鑄件在型內(nèi)處于液態(tài)的時(shí)間也越長(zhǎng)。 由于鎂的沸點(diǎn)較低 , 同時(shí)鎂在鐵水中的溶解度很低 , 使鎂不斷析出損失 , 而稀土相對(duì)來(lái)說損失較少。此外 , 在共晶階段 , 大量的石墨在奧氏體殼內(nèi)生成 , 由于結(jié)晶潛熱的釋放奧氏體殼升溫 , 甚至熔化 , 使石墨突破奧氏體殼.而長(zhǎng)大 , 形成一些非球狀石墨 , 也會(huì)造成球化不良的缺陷。4.3防止措施嚴(yán)格控制鐵液成分選擇合適的碳當(dāng)量；鐵液中的含硫量應(yīng)小于0.08%. 否則可用小蘇打脫硫。合理使用球化劑球化劑加入量一

16、般為 1.8% 2.2%；此外應(yīng)注意球化劑的質(zhì)量 . 若球化劑破碎后使用 . 放置時(shí)間不得超過一周。處理后的球鐵鐵液中稀土和鎂的殘留量不應(yīng)過低 . 其中鎂的殘留量應(yīng)大于 0.02%. 稀土的殘留量應(yīng)大于 0.02 % 5 。合理設(shè)計(jì)鑄件結(jié)構(gòu)和澆冒口鑄件結(jié)構(gòu)要避免壁厚過大. 也可在壁厚處加冷鐵以提高凝固速度. 縮短液態(tài)時(shí)間 . 從而防止球化衰退及不良。澆冒口采用型內(nèi)和型上球化處理加強(qiáng)孕育。注意出爐溫度 . 控制鐵液滯留時(shí)間出爐溫度應(yīng)低于 1460 . 以防球化劑嚴(yán)重?zé)龘p；要防止高溫下的氧化現(xiàn)象.蓋好覆蓋球化劑的鐵板 ( 厚度應(yīng)大于 3mm)；鐵液扒渣后應(yīng)用草木灰等蓋好；當(dāng)鐵液溫度大于 1350出

17、現(xiàn)球化不良及衰退時(shí) . 可補(bǔ)加球化劑；而當(dāng)鐵液溫度小于1350時(shí)就不能補(bǔ)加球化劑 . 也不得澆注球鐵件。鐵液出爐后應(yīng)及時(shí)澆注 . 滯留時(shí)間不得超過 20mi n 7 。.參考文獻(xiàn)1 翟秋亞 . 徐錦鋒 . 袁森 . 等。球墨鑄鐵中奧氏體枝晶與縮松鑄造. 2001（ 7）：376- 380.2魏兵 . 肖志杰 . 鑄件均衡凝固與有限補(bǔ)縮 J.鑄造 .1996,(8) :27-30.3Reynolds C,Maitre J,TaylorH.Feedmetal requirementsfor ductileironcastingJ.AFS Trans,1958,66:386-389.4 橘堂忠 .

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