球墨鑄鐵凝固特性的差異
一般來說，球墨鑄鐵件比灰口鑄鐵件有更大的縮孔和氣孔傾向。 防止收縮缺陷在工藝設計中往往是一個非常困難的問題。 對此，從實際生產中總結出來的經驗很不一致，各有各的看法：有人認為應該遵循順序凝固的原則，在最終凝固位置放置一個大冒口來補充體積在鑄件凝固過程中產生。 收縮； 有人認為球墨鑄鐵件只需要小冒口，有時不用冒口也能生產出完好的鑄件。
要在保證鑄件質量的同時最大限度地提高工藝的生產率，控制鑄鐵的化學成分是不夠的。 在了解球墨鑄鐵凝固特性的基礎上，必須對鑄鐵的冶煉、球化、孕育和處理進行有效控制。 在澆注操作的整個過程中，必須有效控制模具的剛度。
一、球墨鑄鐵的凝固特性
實際生產中使用的球墨鑄鐵大多接近共晶成分。 厚壁鑄件採用亞共晶成分，薄壁鑄件採用過共晶成分，但離共晶成分相差不遠。
對於具有共晶和過共晶成分的球墨鑄鐵，在共晶凝固過程中，首先從液相中析出小石墨球。 即使是亞共晶成分的球墨鑄鐵，由於經過球化和孕育處理後鐵水過冷度的增加，在遠高於平衡共晶轉變溫度的溫度下會先析出小石墨球。 第一批小石墨球已在 1300°C 或更高的溫度下形成。
在隨後的凝固過程中，隨著溫度的降低，最初的小石墨球有的長大，有的重新溶入鐵水中，還會析出新的石墨球。 石墨球的沉澱和生長是在很寬的溫度範圍內進行的。
石墨球長大後，其周圍鐵水中的碳含量降低，石墨球周圍會形成奧氏體殼。 奧氏體結皮的形成時間與鑄件在結晶器中的冷卻速度有關：冷卻速度快，鐵水中的碳來不及均勻擴散，奧氏體結皮形成較早； 冷卻速度低，有利於鐵水中的冷卻速度。 碳均勻擴散，奧氏體殼形成較晚。
在奧氏體殼形成之前，石墨球直接接觸含碳量高的鐵水，鐵水中的碳很容易擴散到石墨球中，使石墨球長大。 奧氏體殼形成後，阻礙了鐵水中的碳向石墨球的擴散，石墨球的生長速度急劇下降。 因為石墨從鐵水中析出時放出的結晶潛熱大，約為3600J/g，而從鐵水中析出奧氏體時放出的結晶潛熱較小，約為200J/g，在周圍形成奧氏體殼石墨球 石墨球的生長受阻，會顯著減緩結晶潛熱的釋放。 在這些條件下，共晶凝固的進展取決於進一步降低溫度以產生新的晶核。 因此，球墨鑄鐵的共晶轉變必須在較大的溫度範圍內完成，其凝固溫度範圍是灰鑄鐵的兩倍以上，具有典型的膏狀凝固特性。
總之，球墨鑄鐵的凝固特性主要有以下幾個方面。
1. 凝固溫度範圍廣
從鐵碳合金的平衡圖來看，在共晶成分附近，凝固溫度範圍並不寬。 事實上，鐵水經過球化和孕育處理後，凝固過程偏離了平衡條件。 在共晶轉變溫度（150℃）以上約1150℃時，石墨球開始析出，共晶轉變再次結束的溫度可能比平衡共晶轉變溫度低50℃左右。
如此寬的凝固溫度範圍的合金以膏狀凝固方式凝固，難以實現鑄件的順序凝固。 因此，根據鑄鋼件冒口的設計原則，實現鑄件順序凝固，在最後凝固的熱接頭處設置大冒口的工藝方案不太適合。
由於石墨球在很高的溫度下析出並發生共晶轉變，液固兩相長期共存，在鐵水凝固過程中同時發生液體收縮和凝固收縮。 因此，不可能像鑄鋼件那樣通過澆注系統和冒口充分補充液體收縮。
2. 共晶轉變過程中石墨的析出導致體積膨脹
在共晶溫度附近，奧氏體的密度約為7.3g/cm3，石墨的密度約為2.15g/cm3。 在鑄件凝固過程中，石墨的析出會引起體系的體積膨脹。 約1%（質量分數）的石墨析出可產生3.4%的體積膨脹。
適當利用鑄鐵中的石墨化膨脹，可以有效補償凝固過程中的體積收縮。 在某些條件下，可以在沒有冒口的情況下生產完好的鑄件。
需要強調的是，灰鑄鐵和球墨鑄鐵在共晶轉變過程中都會析出石墨並發生體積膨脹。 但是，由於兩種鑄鐵的石墨形貌和生長機制不同，石墨化膨脹對鑄鐵鑄造性能的影響也大不相同。
對於灰口鑄鐵共晶團簇中的片狀石墨，與鐵水直接接觸的尖端優先生長。 大部分由石墨生長引起的體積膨脹作用於與石墨尖端接觸的鐵水，這有利於迫使其充滿奧氏體分支。 它們之間的間隙使鑄件更加緻密。
球墨鑄鐵中的石墨是在被奧氏體殼包圍的條件下生長的。 石墨球長大時發生的體積膨脹主要是通過奧氏體殼作用於相鄰的共晶團塊，可能是擠壓出來擴大了共晶團塊之間的間隙，很容易作用於模具的模壁通過共晶團，導致模具壁移動。
3.鑄件凝固過程中石墨化膨脹容易引起模具在壁內移動
球墨鑄鐵以糊狀凝固方法凝固。 當鑄件開始凝固時，鑄件在模具-金屬界面處的外表面層比灰鑄鐵薄得多，並且生長緩慢。 即使經過很長時間，表層仍然很堅固。 外殼薄，剛性低。 當內部發生石墨化膨脹時，如果外殼的強度不足以承受膨脹力，則外殼可能會向外移動。 如果模具剛性差，就會發生壁面運動，型腔會膨脹。 其結果不僅影響鑄件的尺寸精度，而且石墨化膨脹後的收縮無法補充，鑄件內部會產生縮孔、氣孔等缺陷。
4、共晶奧氏體的含碳量高於灰口鑄鐵
根據美國RW Heine的研究報告，球墨鑄鐵在共晶凝固過程中，奧氏體的含碳量高於灰口鑄鐵。
當灰口鑄鐵共晶凝固時，共晶團簇中的石墨薄片與奧氏體和高碳含量的鐵水直接接觸。 鐵水中的碳不僅通過奧氏體擴散到石墨中，而且直接擴散到石墨片中，所以鐵水-奧氏體界面處奧氏體中的碳含量相對較低，約為1.55%。
球墨鑄鐵共晶凝固時，共晶團中的石墨球只與奧氏體殼接觸，不與鐵水接觸。 當石墨球長大時，鐵水中的碳通過奧氏體殼擴散到石墨球中。 因此，鐵水-奧氏體界面處奧氏體中的碳含量較高，達到2.15%左右。
在球墨鑄鐵的共晶凝固過程中，奧氏體中的碳含量可能會更高。 在碳和矽含量相同的條件下，如果保持相同的冷卻速度，則析出的石墨量會更少。 因此，共晶凝固時的體積收縮率會比灰鑄鐵略大。 這也是球墨鑄鐵件更容易出現縮孔和氣孔的原因之一。 在凝固過程中保持較低的冷卻速度是有利於石墨裝料分析的一個因素。
在能夠使石墨化充分的條件下，共晶奧氏體中的碳含量（即碳在奧氏體中的最大固溶度）與鑄鐵中的矽含量有關，一般可按下式計算。
碳在奧氏體中的最大固溶度 CE=2.045－0.178 Si
2、球墨鑄鐵件凝固過程中的體積變化
從鐵水倒入鑄型的那一刻起，到共晶凝固結束和鑄件完全凝固，型腔內的鑄鐵會發生液體收縮、原生石墨析出引起的體積膨脹、凝固共晶奧氏體析出引起的收縮，共晶石墨析出引起的體積膨脹等幾種體積變化。 為了便於描述球墨鑄鐵凝固過程中的體積變化，有必要參考圖2所示的簡化相圖。 XNUMX.
1、鐵水液體收縮
鐵水進入結晶器後，體積隨著溫度的降低而收縮。 鐵水的液體收縮量會因其化學成分和加工條件的不同而有所不同，但這通常被忽略。 一般認為，溫度每下降 1.5°C，體積收縮 100%。 液體收縮發生的溫度範圍是根據從鑄造溫度到平衡共晶轉變溫度（1150°C）的下降來計算的。 球墨鑄鐵件在幾種不同的澆注溫度下澆注時，液體收縮率見表1。
表1 球墨鑄鐵鑄件不同溫度澆注時的液體收縮率
| 澆注溫度（℃） | 1400 | 1350 | 1300 |
| 液體收縮率 (%) | 3.75 | 3.00 | 2.25 |
2、原生石墨析出引起的體積膨脹
雖然亞共晶球墨鑄鐵在液相線溫度以上會析出小石墨球，但數量非常少，通常可以忽略不計。
如前所述，每析出 1%（質量分數）的石墨，就會產生 3.4% 的體積膨脹。 因此，原生石墨析出引起的體積膨脹等於3.4G。
表 2 顯示了由具有不同碳和矽含量的幾種球墨鑄鐵中原生石墨沉澱引起的體積膨脹。
雖然析出的原生石墨可以補償鑄鐵凝固過程中的液體收縮，但對於壁厚超過40mm的鑄件，容易出現石墨夾雜或石墨漂浮等缺陷。 在這種情況下，應特別注意控制碳和矽的含量。
表2 幾種球墨鑄鐵中原生石墨析出引起的體積膨脹
- 鑄鐵含碳量（%）：3.6/3.5/3.6/3.7/3.6/3.7/3.8
- 鑄鐵的矽含量（%）：2.2/2.4/2.4/2.4/2.6/2.6/2.6
- 共晶碳含量CC(%)/3.54/3.47/3.47/3.47/3.40/3.40/3.40
- 初生石墨G初始沉澱量(%)/0.06/0.03/0.13/0.24/0.21/0.31/0.41
- 原生石墨析出引起的體積膨脹（%）：0.21/0.10/0.44/0.82/0.71/1.05/1.39
3、共晶奧氏體析出引起的體積收縮
計算共晶奧氏體析出引起的體積收縮、共晶液相的質量分數（以下簡稱“共晶液相量”）、液體收縮量、單位共晶析出的共晶奧氏體液相應考慮體積和凝固收縮。 液體收縮的計算已在上面描述。 從共晶液相析出的奧氏體的凝固收縮率一般為3.5%。
表 3 顯示了幾種不同碳和矽含量的球墨鑄鐵中共晶奧氏體析出引起的體積收縮。
表3 幾種球墨鑄鐵中共晶奧氏體析出引起的體積收縮
- 鑄鐵含碳量(%) 3.6/3.5/3.6/3.7/3.6/3.7/3.8
- 鑄鐵的矽含量(%)/2.2/2.4/2.4/2.4/2.6/2.6/2.6
- 共晶液相量(%) 99.94/99.97/99.87/99.76/99.79/99.69/99.59
- 單位共晶液相中析出的奧氏體量(%)～98.1
- 1400℃澆注時奧氏體體積收縮率(%)/3.30/3.30/3.30/3.30/3.30/3.29/3.29
- 1350℃澆注時奧氏體體積收縮率(%)/3.33/3.33/3.33/3.32/3.32/3.32/3.32
- 1300℃澆注時奧氏體體積收縮率(%) 3.35/3.35/3.35/3.35/3.35/3.34/3.34
對於幾種常用的球墨鑄鐵，澆注溫度保持在1350℃以下。 在鑄型無壁面運動的情況下，鑄件凝固過程中石墨化引起的體積膨脹可以補償液體收縮和凝固收縮。 可以在不設置冒口的情況下生產聲音鑄件。 當澆注溫度為1400℃時，如果鑄鐵選用較高的碳當量，石墨化膨脹也可以補償各種體積收縮，但這種方法只適用於薄壁鑄件，厚壁鑄件容易產生石墨夾雜和渣石墨漂浮缺陷。
但是，表5所列信息是從平衡圖中得到的，其前提是“潛在析出碳”在凝固過程中完全被石墨晶體析出。 在實際生產中，當然要以有效的球化和孕育處理為基礎，充分的石墨化是必不可少的。 對於冷卻速度快的鑄件和薄壁鑄件，由於共晶凝固時石墨化不充分，共晶石墨析出引起的體積膨脹小於上述計算值，仍容易產生如縮孔和縮孔。 .
同時，模具的剛度也是一個非常重要的因素。 如果鑄型剛度不高，在石墨化和膨脹過程中發生壁面移動，膨脹後的收縮無法補充，鑄件內部就會出現縮孔、縮孔等缺陷。
三、實現無冒口鑄造的條件
從澆注完成到凝固結束，鑄件會發生液體收縮和凝固收縮。 而且，由於球墨鑄鐵採用膏狀凝固方式凝固，難以通過澆注系統充分補充液體收縮，實現無冒口鑄造。 鑄鐵的液體收縮和凝固收縮應通過石墨晶體析出時的體積膨脹來補償。 為此，必須滿足以下條件。
鐵水冶金質量好
一般情況下，碳當量最好選擇4.3或4.4，薄壁鑄件的碳當量可適當提高。 為了增加石墨的析出量，在碳當量不變的情況下，增加碳含量比增加矽含量更有利。
應嚴格控制球化操作。 在保證石墨全球化的條件下，應盡量減少殘鎂量，殘鎂質量分數應保持在0.06%左右。
接種處理要充分。 除了與球化處理同時進行孕育處理外，澆注時還應進行即時孕育。 薄壁鑄件最好在出鐵水前進行預孕育。
鑄件凝固時的冷卻速度不宜過高
如果鑄件的冷卻速度太快，在凝固過程中不能充分分析石墨，石墨化膨脹不足以補償鑄鐵的收縮，從而無法實現無冒口鑄造。
低溫澆注
為減少液體收縮，澆注溫度最好控制在1350℃以下，通常為1320±20℃。
採用片狀內澆口
為避免在石墨化和膨脹過程中將鐵水從內澆口擠出，在鐵水充滿模具後必須迅速凝固內澆口。 因此，在採用無冒口澆鑄方案時，應採用薄而寬的內澆口。 ，寬厚比一般為4～5。在選擇內澆口厚度時，還要考慮澆注溫度，澆注過程中內澆口不能凝固。
提高模具的剛性
為了避免石墨化膨脹時型腔的膨脹，提高模具的剛度是保證鑄件質量的重要條件之一。 不管是用粘土濕砂造型還是各種自凝砂造型，再怎麼強調“搗實”，都不過分。
用自硬砂製作較大的鑄件時，應在鑄件上某些較厚部位對應的鑄型表面放置冷硬鐵塊或石墨塊。 冷鐵和石墨塊固然有激冷作用，但他們也應該正確認識它們在提高模具剛性方面的作用。 在某些情況下，使用耐火磚代替冷硬鐵或石墨塊，其主要功能是增加模具的剛性。
4、使用高剛性模具時冒口的設置原則
在採用各種自凝砂造型工藝、殼型造型工藝或型芯組裝造型工藝生產球墨鑄鐵件時，模具的剛性比較高，便於利用石墨化膨脹來補充材料的液態收縮和凝固收縮。鑄鐵。 如果控制得當，就有可能使用無冒口工藝生產出完好的鑄件。 如果由於各種原因不適合無冒口工藝，可以使用窄頸冒口。
無冒口鑄造工藝
在結晶器剛性高、鐵水冶金質量好的條件下，保持鑄件的低冷卻速度，使石墨充分結晶出來，是實現無冒口鑄造的重要條件。
根據Goto等人的研究報告，球墨鑄鐵件的凝固時間在20分鐘以上，石墨析出量可以達到飽和值。
SI Karsay認為：鑄件的平均模量不小於25mm是實現無冒口鑄造的條件之一。 具體來說，板材鑄件的平均壁厚不應小於50mm。
Goto 等人表達的意見。 和Karsay不同，從冷卻速度分析，其實是一樣的。
在鐵水冶金質量較好的情況下（如採用預孕育處理或動態孕育處理等措施），部分薄壁鑄件也可不加冒口澆鑄。
採用無冒口澆注工藝時，澆注系統的設計可參考以下意見。
(1) 關於賽跑者
跑步者應該更大更高。 一般來說，直澆道截面積、流道截面積、內澆口截面積之比可以為4:8:3。 截面高度與流道寬度的比值可取為（1.8～2）：1。
這樣澆注系統對鑄件的液體收縮有更好的補充作用。
(2) 關於內門
為防止鑄件在型腔內體積膨脹產生的壓力使鐵水從內澆口回流到澆注系統，必須採用薄型內澆口，其厚度選擇為確保澆注過程中不會阻礙內澆口。 其原理是在型腔填滿後立即凝固和凝固。 一般來說，截面厚度與內澆口寬度之比可以為1：4。
由於內澆口薄，截面積小，為保證型腔快速填充，較大的鑄件應設置多個內澆口。 這樣，還有均衡鑄件溫度和減少熱點的作用。
2.使用細頸立管
如果有以下情況，採用無冒口澆注方案不能保證鑄件質量，可以考慮使用窄頸冒口：
- l 鑄件壁薄，凝固時石墨化不充分；
- l 鑄件上有分散的熱節點，內部不允許有縮孔缺陷；
- L 澆注溫度較高（1350℃以上）。
窄頸冒口的主要作用是為鑄件的液體收縮提供部分補充，從而獲得無縮孔、無氣孔的鑄件。 與鑄件相連的窄頸應在鑄件開始凝固前凝固，以防止鐵水在石墨化和膨脹過程中進入冒口。 冒口頸部與鑄件的接縫厚度最小，在通向冒口的過渡段厚度逐漸增加，以利於向鑄件補充鐵水。
冒口頸部的厚度一般可為鑄件加料部分厚度的0.4～0.6倍。
如果可能，最好將流道與冒口連接起來，鐵水通過冒口的頸部注入，沒有內澆口。
5、使用粘土濕砂型時冒口的設置原則
粘土濕型砂型剛性較差，容易因型壁移動而擴大型腔容積。 型腔容積的膨脹受型砂質量、模具密實度、澆注溫度、模具等多種因素的影響。 型腔內鐵水靜壓頭等，實際體積膨脹可在2-8%之間。
由於腔體的體積膨脹變化很大，所以設置冒口的原則當然要視具體情況而定。
薄壁鑄件
壁厚小於8mm的鑄件一般不會有明顯的壁移，鐵水裝滿結晶器後的液體收縮不會太大，可以採用無冒口鑄造工藝。 澆注系統的設計可以參考上一節。
壁厚8-12mm的鑄件
對於這類鑄件，如果壁厚均勻，沒有大的熱點，只要嚴格控制低溫澆注，也可以採用無冒口鑄造工藝。
如果有熱接縫，且內部不允許有縮孔和縮孔，則應根據熱接縫的大小設置窄頸冒口。
壁厚12mm以上的鑄件
在用粘土濕型砂型生產這種鑄件時，壁面運動相當大，製造沒有內部缺陷的鑄件比較困難。 制定工藝方案時，首先考慮使用窄頸冒口，嚴格控制低溫澆注。 如果此方案不能解決問題，則必須設計專門的立管。
使用粘土濕砂生產球墨鑄鐵零件。 如果要安裝立管，最好這樣做：
- LA薄型內澆口用於充模後固化。 內澆口凝固後，鑄件與冒口形成一個整體，不與澆注系統相連；
- l 當鑄件發生液體收縮時，冒口向鑄件補充鐵水；
- l 當鑄件石墨化和膨脹時，鐵水流向冒口，釋放型腔內的壓力。 減少其對模具壁的影響；
- l 當鑄件石墨化膨脹後發生二次收縮時，冒口可為鑄件提供補給鐵液。
說起來似乎並不復雜，但實際上在立管的設計中必須考慮很多影響因素，目前還沒有看到有效的具體方案，也沒有易於使用的全套數據的。 在生產中，要兼顧鑄件的質量和工藝良品率，往往要進行摸索和試驗。
轉載請保留本文出處和地址: 球墨鑄鐵凝固特性的差異
明和 壓鑄公司 致力於製造和提供優質和高性能的鑄件（金屬壓鑄件範圍主要包括 薄壁壓鑄,熱室壓鑄,冷室壓鑄),圓形服務（壓鑄服務，數控加工,模具製作，表面處理）。任何定制的鋁壓鑄件、鎂或 Zamak/鋅壓鑄件和其他鑄件要求歡迎與我們聯繫。
在ISO9001和TS 16949的控制下，所有工藝都通過數百台先進的壓鑄機、五軸機等設備進行，從噴砂機到超聲波清洗機。 銘禾不僅擁有先進的設備，而且擁有專業的由經驗豐富的工程師、操作員和檢驗員組成的團隊，使客戶的設計成真。
壓鑄件的合同製造商。 能力包括從 0.15 磅起的冷室鋁壓鑄件。 至 6 磅，快速更換設置和加工。 增值服務包括拋光、振動、去毛刺、噴丸、噴漆、電鍍、塗層、裝配和工具。 使用的材料包括合金，例如 360、380、383 和 413。
鋅壓鑄設計協助/並行工程服務。 精密鋅壓鑄件的定制製造商。 可製造微型鑄件、高壓壓鑄件、多滑塊模具鑄件、常規模具鑄件、單元模具和獨立壓鑄件和型腔密封鑄件。 鑄件可製造的長度和寬度最大為 24 英寸 +/-0.0005 英寸公差。
ISO 9001: 2015 認證的壓鑄鎂製造商，能力包括高達 200 噸熱室和 3000 噸冷室的高壓鎂壓鑄、模具設計、拋光、成型、機加工、粉末和液體噴塗、具有 CMM 能力的完整 QA ，組裝，包裝和交付。
鑄造行業 零件案例研究：汽車、自行車、飛機、樂器、船隻、光學設備、傳感器、模型、電子設備、外殼、時鐘、機械、發動機、家具、珠寶、夾具、電信、照明、醫療設備、攝影設備、機器人、雕塑、音響設備、運動器材、工具、玩具等。
我們接下來可以幫助您做什麼？
∇ 前往主頁 壓鑄中國
By 明和壓鑄製造商 |分類： 有用的文章 |材料 標籤： 鋁鑄件, 鋅鑄件, 鎂鑄件, 鈦鑄件, 不銹鋼鑄件, 黃銅鑄件,青銅鑄件,鑄造視頻,公司歷史,鋁壓鑄件 |評論關閉
