安钢集团永通球墨铸铁管有限责任公司 河南安阳 455133
摘要：比较了球墨铸铁与灰铸铁、碳钢的优缺点,介绍了显微缩松,夹渣,石墨漂浮,开花石墨球化,球化衰退,如球墨铸铁显微组织缺陷的特点,分析了化学成分、浇注温度、铸造工艺设计、砂型的紧性,组织基因的大小等因素,铸件壁厚对这些缺陷的形成有影响，并提出了相应的预防措施。最后,指出球墨铸铁的显微结构决定了铸件的属性,可以采取根据各种金相组织缺陷形成的原因从而采用相应的措施,以提高铸件的质量,提高企业的市场竞争力和经济效益。
关键词：球墨铸铁；金相组织；缺陷；防止措施
1前言
与灰铸铁不同的是，石墨铸铁中的石墨是球形的，在基质上分解效率较低，使其不耐拉伸、可塑性和灵活性，一切都高于灰色铸铁；与碳钢相比，它的可塑性较低，疲劳与普通中等碳钢相比，几乎是普通碳钢的两倍，由于其生产成本低于钢。此外，在球墨铸铁生产中，除了铸造缺陷外，还会出现一些独特的组织缺陷，如明显的微孔和夹渣、石墨浮花、石墨球化不良和球化衰退、白口和反白口、片状石墨和破碎石墨、磷共晶等。这些组织缺陷各有特点，且相互关联，严重影响铸件的性能。
2显微缩松
2.1特征
球墨铸铁中的缩松是铸件硬化时出现的缺陷，而由于无铁液的补充从而出现了缺陷。除了肉眼可见的松树宏观缩松外，除了出现在金属显微镜下外，还存在明显的边界；一般情况下，间隙呈金刚石角状(严格地说，微孔不属于金相缺陷范畴)。收缩降低了铸件的力学性能，影响了加工铸件的表面质量。
2.1.1浇注温度
铸件浇注温度高，有利于补缩；但浇注温度过高会增加液态收缩量，不利于消除缩孔、缩松。
2.1.2砂型紧实度
砂岩厚度太低或不均匀，在金属或石墨膨胀的静态压力下，这种类型的型壁可能会变形使型腔扩大，不能很好地利用石墨化膨胀进行自补缩，容易导致铸件产生缩松。
2.1.3铸造工艺设计
浇注系统、冒口、冷却器设计不当，不能保证液态金属的连续凝固;此外，冒口的数量和尺寸，以及与铸件的正确连接，都会影响冒口的进给效果，使铸件收缩疏松。
2.2防止措施
2.2.1根据具体情况合理选择浇注温度
常规铸造,浇注温度应该1350~1400℃；一包铁水浇注时间不应超过20分钟，最好在15分钟以内浇注完成，以免造成衰退。
2.2.2紧实度
增加砂型的紧实度，舂砂需均匀，且含水量不宜过高，以保证铸型有足够的刚度。
2.2.3优化工艺设计
工艺设计应保证铸件在凝固过程中可以不断地从冒口补充高温金属液，冒口的尺寸和数量要适当，以实现顺序凝固。必要时，可采用冷铁和补铁的方法改变铸件的温度分布，以促进连续凝固。
3夹渣
3.1特征
夹渣是铸造厂的一个常见缺陷，通常是在铸件上部，很容易形成黑色的非金属斑点，大大减弱铸件的力学性能。
3.2形成原因
3.2.1化学成分
（1）S 铁中的硫化物是造成缺陷的主要原因之一，熔点比铁熔点高，在凝结过程中，硫化物会从铁中释放出来，增加铁的粘度，使金属氧化铁更难熔化，这使得铁中的氧化铁含量过高，很容易产生渣。
(2)硫化物和硫化Mg和RE的实践表明，沉积的另一个主要原因是Mg、RE和碳等元素，而不是产生碎屑，使铁水渣或金属氧化物难以向上漂浮困难，形成夹渣。
3.2.2浇注温度
当金属液体中氧化金属的温度过低时，金属液体中的氧化物会停留在表面，因为金属液体的粘度太高，易残留在金属液体中；此外，浇注温度越低，铁表面产生的氧化物越多，形成的氧化物残留物就越多。因此，冷却是造成夹渣的主要原因之一。
3.2.3砂型质量
型砂表面覆盖着多余的的碎石或涂料，可与金属液中的氧化物合成熔渣，从而产生夹渣；砂型的紧实度不均匀，紧实度低的型壁表面容易被金属液侵蚀和形成低熔点的化合物，导致铸件产生夹渣。
3.3防止措施
3.3.1控制熔炼工艺
金属流体的出炉温度越高，有利于非金属夹杂物的上浮、聚集。扒干净铁液表面的渣子，在铁液表面放置覆盖剂（珍珠岩等），以防止铁液氧化。尽量选择较高的浇注温度，防止产生氧化渣（一般不低于 1350 ℃）。
3.3.2设计合理的浇注系统
浇道应设有集渣包和挡渣装置 （如滤渣网等），使铁液平稳地充填铸型，避免直浇道冲砂，铁液飞溅及紊流。
3.3.3制作质量良好的铸型
砂型的密实度应均匀，并具有足够的强度。合盒时请将模具内的砂粒清理干净。
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4石墨漂浮及开花状石墨
4.1特征
漂浮石墨和开花石墨是球墨铸铁的一个明显缺陷。石墨漂浮在铸造的上表面，使铸件断口上部出现一层黑色区域（正常区域为银灰色）。石墨漂浮区大多为开花状石墨或聚集的大直径石墨，石墨直径的大集合通常发生在2.25毫米厚的铸件上，这是大型厚壁球墨铸铁件的一种常见缺陷。在石墨漂浮的稠密区域，可见的球状石墨形式受损，与MgS一起“开花”。它与MgO结合，开花石墨可能存在于热铸件节点等地方，其微小特征是金属基质破裂的石墨球。石墨漂浮和开花，降低了铸造效率，影响了加工质量。
4.2形成原因
4.2.1化学成分
CE太高，超过了共晶成分的含量，导致析出大量的共晶石墨。石墨密度高于铁液的，在Mg的影响下，石墨漂浮在铸件的顶部。CE越高，石墨的浮力就越大。此外，早期碳化物的稳定含量降低了铁中的C溶解度，铁能释放大量石墨并增强碳化物的浮力。
4.2.2球化处理温度与浇注温度
球化处理温度低，降低沉积物生长速度；浇注温度越高，石墨的流动趋势就越高。
4.3改进铸件的结构及工艺条件
如果壁厚大不相同，应尽可能均匀地加厚，热结很大，可将冷钢添加到壁厚或热结中以增加冷却；如果热点或厚壁位于铸件顶部，则可设置冷铁(冷铁可制成斜面并用铁钉固定)。如果它们在加工表面，可以增加加工余量来去除它们。
5球化不良与球化衰退
5.1特征
宏观特征为银灰色断口内嵌黑芝麻点，微观特征为聚集或分散的蠕墨和球状石墨(少团簇絮凝石墨)。球化不良严重降低了铸件的力学性能，是影响铸件性能的决定性因素。大量蠕墨在早期铸件中称为球化不良，同包铁液后期浇注的铸件中出现大量蠕虫状石墨的是球化衰退。
5.2形成原因
5.2.1铸件壁厚
铸件壁太厚，容易产生球化不良及衰退缺陷，主要是因为铁在铸造过程中长期处于液态，Mg蒸汽产生上浮，导致w(Mg)量下降；当产生大量石墨时释放出的晶体电位会使奥氏体壳熔化，导致石墨外泄并变形，形成非球形石墨。
5.2.2球化处理温度
球化温度过高，球化剂反应剧烈，镁、稀土易燃烧。球化处理温度过低，球化剂易粘包，球化剂反应不充分，吸收率低，均可使w (Mg)， w (RE)低，导致球化不良。
5.2.3铁液停留时间过长
经过球化接种处理后，铁液停留时间越长，镁、稀土氧化蒸发越多，残留越少，容易导致球化不良。
5.3防止措施
5.3.1提高凝固速度
冷铁的合理使用可以用冷铁添加到铸件厚壁，以提高凝结速度，减少凝结时间，防止球体退化。
5.3.2控制处理温度
球化处理温度不宜过高，以防止对球体造成严重损害；为了避免在高温下氧化，球化必须覆盖金属板(>3毫米厚)在多次移除矿渣后，含铁的灰泥会覆盖表面。
5.3.3控制铁液停留时间
铁液球化、孕育处理结束后应及时浇注，以防止球化衰退，停留时间不得超过 20 min。
5.3.4加强孕育处理
采取包内、浇口杯孕育，因为随流孕育可以显著提高球形效应，防止衰退。
6结束语
球墨铸铁的金相组织决定了铸件的质量，并与不同的金相组织缺陷产生的原因相匹配。可以提高铸件质量，提高企业的竞争力和经济效益。
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论文作者:樊永辉
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/23
标签：石墨论文; 铸件论文; 金相论文; 球墨铸铁论文; 温度论文; 缺陷论文; 金属论文; 《防护工程》2019年第3期论文;