多相球墨鑄鐵磨球的典型鑄造缺陷

發佈時間： 06 / 27 2021 作者：網站編輯訪問：10703

多相球墨鑄鐵磨球是機電維修配件廠研製的項目產品，是原低合金磨球的升級換代產品。機電修理廠年產此類磨球近萬噸。在實際生產中，由於存在不同類型的缺陷，磨球是在實際工況下使用的，往往存在不磨損、不圓度等問題，影響磨球的使用。對於質量的不利因素，要對各種缺陷進行一一分析，制定相應的預防方法，指導生產實踐。

多相球墨鑄鐵磨球的典型鑄造缺陷

常見缺陷和特點

球化不良和球化下降

球化不良是指球化處理不符合球化水平要求。球化下降是指鑄造後期磨球中球化元素的殘留量過少，導致球化失敗。兩者俱有相同的缺陷特徵。

宏觀特徵：鑄件斷口呈銀灰色，其上分佈有黑芝麻斑點。數字大、直徑大表示嚴重程度。都是深灰色的粗粒，表明根本沒有球化。

金相組織：大量厚片狀石墨集中分佈。數量越多，面積比越大，說明程度嚴重，未球化的為鱗片狀石墨。

產生原因：生鐵水含硫量高，氧化嚴重的爐料含有過多的去球化元素；處理後鐵水中的殘餘鎂和稀土含量過低。鐵水中溶解氧高是球化不良的重要原因。

選用低硫焦炭和低硫金屬爐料，必要時脫硫，廢鋼除鏽，必要時增加球化劑中稀土元素的用量，嚴格控制球化過程。

2.2 縮孔和縮孔率

特點及成因：鐵水溫度下降一次收縮就會發生收縮。如果大氣壓力使表面的固體薄層下沉，就會出現表面凹陷和局部熱接縫凹陷。否則，鐵水中的氣體會沉澱到頂殼中，聚集在氣孔內壁光滑的暗色縮孔中，有時與外界相通，形成明亮的空腔。縮孔，內表面雖光滑，但已被氧化。球墨鑄鐵的共晶凝固時間比灰鑄鐵長，凝固成粥狀。凝固的殼較弱。第二次膨脹時，殼在石墨化膨脹力的作用下膨脹，使內壓鬆弛。因此，在第二次收縮過程中，最後凝固的熱接頭內部壓力低於大氣壓，被枝晶隔開的小熔池成為真空區。完全凝固後，變成佈滿枝晶的粗孔。即收縮缺陷。肉眼可見的稱為宏觀收縮。它發生在早期，當熱接頭區域的殘留鐵水開始大量凝固時。它包括殘餘鐵水的一次收縮和二次收縮，所以尺寸稍大，內壁佈滿枝晶，呈灰暗色。鬆散的洞或黑點，如蒼蠅腳。在顯微鏡下可見的稱為顯微收縮。它是在二次收縮結束時產生的。共晶組或其組內的鐵水不能在負壓下進料。它是由凝固和收縮形成的，這在厚截面中很常見。

2.3 皮下氣孔

形態特徵：鑄件表面內壁2-3mm均勻或蜂窩狀分佈的球形、橢圓形或針孔狀光滑孔，直徑0.5-3mm，經熱處理和拋丸、曝光或機械加工後可見，小還有更多。

形成原因：含鎂鐵液表面張力大，易形成氧化膜，阻礙沉澱氣體和侵入氣體的排出，滯留在皮下形成。成膜溫度隨著殘留鎂量的增加而升高，其阻礙作用加強。薄壁（7-20mm）零件冷卻快，成膜早，容易形成這種缺陷。氣源主要是鐵水在冷卻過程中析出的鎂蒸氣，在充填過程中鐵水捲起。鐵水中的鎂與型砂中的水分發生反應。鎂作為催化劑促進碳與型砂水分之間的反應。鎂使活性增加的鐵與水分發生反應。水、鎂和碳化物反應產生乙炔分解可能產生氫氣。此外，濕生鏽的爐料、濕矽鐵和中間合金、沖天爐高溫鼓風都能帶入氫氣。少量Al（0.02%-0.03%）可顯著增加皮下毛孔。中錳球鐵含有較多的氮。砂芯樹脂結合劑中含有較多的氮，上述因素都會促進這種缺陷的形成。球墨鑄鐵的糊狀凝固特性使氣體通道更早被堵塞，也促進了其形成。

2.4 應力變形與裂紋

形成原因及形態特徵：鑄件在冷卻過程中，收縮應力、熱應力和相變應力的代數和，即鑄造應力超過型材金屬的抗斷裂能力，進而形成裂紋。在高溫（1150-1000℃）下形成熱裂紋，呈深褐色不均勻斷口。冷裂紋出現在600℃以下的彈性範圍內，斷口呈淡褐色光滑直條。當鑄造應力超過 600°C 以上的屈服極限時，就會發生塑性變形。當球墨鑄鐵成分正常時，不易開裂。

影響因素：增加白口傾向的因素，如碳矽含量低、碳化物形成元素增多、孵化不足、冷卻過度等，都會增加鑄件應力和冷裂傾向。磷增加冷裂傾向，P>0.25也會引起熱裂。鑄件壁厚變化大，形狀複雜，易發生變形和裂紋。

2.5 夾渣

形態特徵：分佈於鑄件上表面、型芯下方和鑄件死角處。破碎面出現不同深度的深黑色和亞光包裹體，間斷分佈。金相觀察可呈條狀和塊狀夾雜物，相鄰石墨呈片狀或球狀。磁粉探傷時，磁痕呈條狀分佈，條帶粗密，說明夾渣嚴重。電子探針分析表明，爐渣中含有Mg、Si、O、S、C、A1等，由矽酸鎂、氧硫化合物、鎂尖晶石等組成。

形成過程：鎂和稀土在球化過程中與鐵水中的氧和硫反應形成爐渣。當鐵水溫度低時，稀渣劑效果不好，渣上浮不充分或渣未清除殘留在鐵水中，此為初渣。鐵水在輸送、澆注、澆注、充填和軋製時，氧化膜被破壞並被拉入模具內，漂浮在模具內，吸附硫化物並聚集在上表面或死角處，即為二次渣. 一般以次生渣為主。

3. 預防措施

3.1 球化率下降的原因及預防措施

鐵水高硫低溫氧化球化處理後形成的硫化物和氧化渣未充分上浮，脫渣不充分，鐵水覆蓋不嚴。空氣中的氧氣通過渣層或直接進入鐵水。球化元素的有效氧化和活性氧的增加是球化度下降的重要原因。爐渣中的硫還可以重新進入鐵水，消耗其中的球化元素。鐵水在輸送、攪拌、傾倒過程中，鎂積累、漂浮、氧化，使有效殘留球化元素減少，球化度下降。此外，妊娠期下降也會減少石墨球的數量，導致石墨形態的惡化。上述造成球化不良的因素也加速了球化的下降。

應盡量降低原鐵水的硫、氧含量，並適當控制溫度。可加入礦渣稀釋劑，使礦渣充分浮起，充分去除礦渣。除渣後，加入草灰、冰晶石粉、石墨粉或其他覆蓋劑，以隔絕空氣。加蓋或使用密封澆包，並使用氮氣或氬氣保護，可有效防止球化度下降。應加快澆注速度，盡量減少卸貨、運輸和停留的時間。使用釔基重稀土鎂球化劑可使衰變時間延長1.5-2倍，輕稀土鎂球化劑衰變時間略長於鎂球化劑。如果需要，還可以適當增加球化劑的添加量。石墨形態因孵化下降而惡化，可在補充後得到改善。

3.2 縮孔率影響因素及預防措施

低碳當量增加縮孔和氣孔的趨勢。磷共晶削弱了凝固殼的強度，三元磷共晶降低了石墨化膨脹，所以高磷含量顯著增加了收縮趨勢。鉬增加了碳化物的穩定性，特別是在高磷條件下，容易形成碳化磷共晶複合物，同時也增加了縮孔和收縮的傾向。殘留鎂過高會增加縮孔和縮孔的趨勢，適量的殘留稀土可以降低縮孔，而過高則兩者都有增加的趨勢。因此，應提高鐵水的碳當量，降低磷含量，在保證球化條件下盡量減少稀土鎂的殘留量，合理利用鉬。提高模具的剛性，如高壓造型、蠟砂模、金屬型砂塗層可以減少收縮和收縮，同時提高鐵水的碳當量，適當降低澆注溫度，使用薄而寬內流道使其在第二次膨脹。在凝固封口前，用石墨化膨脹來補償鐵水收縮和凝固收縮，可以消除收縮和氣孔。

3.3皮下氣孔的預防措施：澆注溫度不低於1300℃。當殘餘鎂含量較高時，澆注溫度應相應提高；在保證球化條件下，盡量減少殘留鎂含量，適當使用稀土；採用開放式多流道澆注系統，使鐵水順利流入型腔，避免型腔內轉，控制型砂含水率≤4.5%s。 5%，與煤粉混合8%-15%可燃燒成CO，抑制水蒸氣與鎂反應生成H2（在模具表面噴錠油也能起到同樣的作用）；模具表面去除冰晶石粉末，在高溫下與水蒸氣反應形成HF氣體，保護鐵水不發生反應，控製鐵水鋁含量低。嚴格控制爐料乾燥和減少鐵鏽，沖天爐除濕和送風，減少鐵水中的氣體，使用少或不含氮的樹脂砂等。

3.4 防止應力、變形和裂紋的措施：適當提高碳當量，降低磷含量，加強孕育，必要的鑄造工藝措施。

3.5 夾渣的影響因素及預防措施：形成夾渣的重要原因是原鐵水含硫量高，氧化嚴重。根本的預防措施是降低原鐵水的硫氧含量，提高溫度。形成二次渣的主要原因是殘鎂量過高，使氧化膜形成溫度升高。主要措施是在保證球化的條件下盡量減少殘留鎂含量（中小型零件不超過0.055%）。加入適量稀土可降低成膜溫度；球化處理時加入0.16%冰晶石，處理後表面再撒0.3%，用於稀釋爐渣，生成AlF1氣體和MgF3薄膜，減少二次氧化。這種方法主要用於防止大件夾渣，澆注溫度不宜低於2℃，使澆注溫度高於成膜溫度，可防止二次夾渣。澆注系統應設計成充填穩定，排渣冒口設置在易夾砂的位置。安裝過濾器可以防止初渣進入型腔。

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