鑄鐵主要缺陷及防止課件

鑄鐵主要缺陷及防止鑄鐵主要缺陷及防止一、灰鑄鐵一、料硬、白口與反白口在灰鑄鐵中，碳化物可造成下列組織缺陷：料硬、白口和反白口?！傲嫌病币话阒赴l(fā)生在鑄件局部（如棱角、凹槽、凸面、表面等）的難加工點(diǎn)。料硬、白口和反白口缺陷的特征和控制見下表一、灰鑄鐵一、料硬、白口與反白口組織缺陷料硬與白口反白口特征鑄件斷面上，局部或全部出現(xiàn)白亮組織（滲碳體），通常位于薄斷面、棱角、邊緣等部位。硬度高，性脆，難加工在熱節(jié)部位出現(xiàn)白亮塊或隱約呈現(xiàn)有方向的白亮針。其金相特點(diǎn)為過冷密集細(xì)針狀滲碳體，穿透分布。小件多出現(xiàn)，厚大件的心部有時(shí)會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)狀滲碳體。形成原因1、碳當(dāng)量過低，錳、硫等阻礙石墨化的元素過多；2、鑄件的冷卻速度太快，如薄壁，冷鐵設(shè)計(jì)不當(dāng)，開箱過早在鑄型內(nèi)的冷卻時(shí)間不足等。1、碳化物穩(wěn)定元素Cr、Mn、Mo、Mg、Ce等富集在鑄件中心。鎂、鈰偏析強(qiáng)烈形成反白口。2、鑄件結(jié)構(gòu)。反白口常發(fā)生在薄壁交叉的熱節(jié)處，如連桿的桿身。3、孕育失效。如包底剩余鐵水常造成反白口。4、鐵液含氫量高，凝固過程中氫氣集中在鑄件中心部位，阻止石墨化而促使形成反白口。預(yù)防措施1、正確配料，注意廢鋼、白口鐵、含氣爐料對(duì)白口傾向的遺傳性。廢鋼尤應(yīng)薄料、小塊進(jìn)爐。2、保證碳當(dāng)量（宜低碳高硅），限制反石墨化元素硫、鉻、碲、釩等。3、合理選擇孕育劑及其加入量，減少白口、增加共晶團(tuán)數(shù)量。4、合理使用涂料、冷鐵；造型起模、修型時(shí)，不宜多刷水。5、復(fù)雜、薄壁灰鑄鐵件，延遲開箱。1.嚴(yán)格控制鐵液的化學(xué)成分和反石墨化元素。2.加強(qiáng)孕育，減少孕育衰退。如在澆口杯內(nèi)孕育劑量由0.15%增加到0.3%，解決了120柴油機(jī)連桿的反白口。3.提高小鑄件的澆注速度。組織缺陷料硬與白口反白口特征鑄件斷面上，局部或全部出現(xiàn)白亮組二、縮孔與縮松（一）形成原因鑄鐵件在凝固過程中，因液態(tài)收縮和凝固收縮，在鑄件的熱節(jié)或最后凝固的部位將出現(xiàn)縮孔和縮松?？s孔的容積大而集中，形狀不規(guī)則，表面粗糙，可以看到相當(dāng)發(fā)達(dá)的樹枝狀晶末梢?？s松細(xì)小而分散，常分布在鑄件的熱節(jié)軸心處或集中性縮孔的下方。灰鑄鐵在凝固過程中還將伴隨石墨的析出而發(fā)生體積膨脹，這種膨脹可能將凝固前期所形成的體收縮的一部分或全部抵消。如果鑄型剛度較差，在石墨化膨脹壓力作用下，就會(huì)造成型壁向外遷移，使鑄鐵件的尺寸增大，體積也相應(yīng)增加，最終將使鑄鐵件內(nèi)縮孔總?cè)莘e增加。當(dāng)鐵液的結(jié)晶溫度或凝固區(qū)域較寬，傾向于糊狀凝固方式，或鑄鐵件斷面上的溫度梯度小，均易形成細(xì)小分散的縮松。形成鑄鐵件縮孔和縮松的總體積可用式（3-7）表示：V縮總＝V液縮+V凝縮-V石脹+V型移式中，V縮總——縮孔、縮松總體積V——液態(tài)收縮體積V凝縮——凝固收縮體積V石脹——石墨化膨脹體積V型移——型壁遷移增加的縮孔體積按含碳量的不同，灰鑄鐵的凝固體收縮率在+4.3%~-1.5%之間。碳當(dāng)量為4.43%灰鑄鐵，在1300℃，澆注時(shí)縮孔率為0.91%。二、縮孔與縮松（二）防止方法主要從鐵液本身、鑄型條件和鑄造工藝等方面考慮。（1）鐵液的化學(xué)成分，特別是碳、硅含量的選擇，能影響到灰鑄鐵的石墨化膨脹體積。對(duì)于亞共晶灰鑄鐵，含碳量增加，析出的石墨量較多，使石墨化膨脹體積增大，有利于減少或消除縮孔和縮松。（2）鐵液的澆注溫度直接影響到液態(tài)收縮體積的大小，故不論對(duì)何種鑄鐵，都應(yīng)有適宜的澆注溫度。澆注溫度太高，析出的石墨量增多，將使液態(tài)收縮體積增大，也將增加縮孔、縮松的趨勢。（3）鑄型剛度的大小將直接影響到灰鑄鐵在凝固過程中因型壁遷移所增加的縮孔體積大小，所以應(yīng)根據(jù)鑄鐵件的要求及實(shí)際生產(chǎn)條件合理地選擇鑄型。（4）根據(jù)灰鑄鐵的凝固特點(diǎn)，采用合理補(bǔ)縮的原則來設(shè)計(jì)澆冒口系統(tǒng)。應(yīng)充分利用鑄件的自補(bǔ)縮能力，冒口只是補(bǔ)充自補(bǔ)縮不足的差額。三、鑄造應(yīng)力、變形和開裂（一）影響鑄造應(yīng)力的因素鑄鐵件在凝固、收縮時(shí)受到阻礙會(huì)產(chǎn)生鑄造應(yīng)力。當(dāng)鑄造應(yīng)力（有時(shí)還有外力作用）超過鑄鐵的屈服強(qiáng)度，則會(huì)產(chǎn)生變形和撓曲。而當(dāng)鑄造應(yīng)力超過鑄鐵的強(qiáng)度極限時(shí)，則會(huì)使鑄鐵件開裂。凡是能促進(jìn)石墨化、降低彈性模量、減少收縮量及減緩鑄件冷卻速度的因素都有利于減少鑄件中的殘余應(yīng)力。為此應(yīng)提高碳當(dāng)量，尤其是碳量。在相同碳當(dāng)量下，硅量過（二）防止方法高（Si>3%）會(huì)減少石墨量、降低熱導(dǎo)率、增加收縮。錳和硫阻礙石墨化，尤其是錳高硫低會(huì)增加應(yīng)力。合金元素含量較高時(shí)，使傳熱系數(shù)降低、彈性模量提高、線收縮增加、鑄造應(yīng)力加大。鑄鐵件產(chǎn)生變形和開裂的共同原因是由于在冷卻過程中產(chǎn)生了鑄造應(yīng)力。因此將鑄造應(yīng)力減至最小程度是防止鑄鐵件產(chǎn)生變形和開裂的最根本方法。（二）減小鑄造應(yīng)力的方法減小鑄鐵件中的鑄造應(yīng)力，可使經(jīng)機(jī)械加工后的鑄件具有較好的尺寸穩(wěn)定性和精度的持久性。主要應(yīng)設(shè)法減小鑄件在冷卻過程中各部分的溫度差，實(shí)現(xiàn)同時(shí)凝固原則；改善鑄型和型芯退讓性；適當(dāng)增加鑄鐵件在型內(nèi)的冷卻時(shí)間，以免擴(kuò)大各部分的溫差。形狀比較復(fù)雜，尺寸穩(wěn)定性要求較高的鑄鐵件應(yīng)用人工加熱時(shí)效、振動(dòng)時(shí)效或自然時(shí)效的方法來降低鑄造應(yīng)力。鑄造應(yīng)力一般在400-600℃之間產(chǎn)生。有時(shí)過強(qiáng)的拋丸清理也會(huì)在鑄件表層產(chǎn)生壓應(yīng)力。鑄造應(yīng)力可在480-600℃之間的人工時(shí)效熱處理來削除，但僅推薦用于單件小批、尺寸精度要求特別高的鑄件。四、非金屬夾雜物（一）存在形態(tài)鑄件中的非金屬夾雜物是指石墨、碳化物、基體、磷共晶以外的組成物。按其成分有氧化物、硫化物、硅酸鹽、氮化物，以及由它們組成的多種元素的復(fù)雜化合物。在普通灰鑄鐵中，用電解法分離發(fā)現(xiàn)，在1立方厘米體積內(nèi)，僅穩(wěn)定的氧化物SiO2、FeO-MnO、Al2O3等高達(dá)500萬個(gè)，其中70%的尺寸在0.2-1.0μm之間。用定量金相分析方法發(fā)現(xiàn)，1立方厘米體積中約有4300萬個(gè)硫化物（Mns、FeS-MnS等）夾雜，其尺寸高（Si>3%）會(huì)減少石墨量、降低熱導(dǎo)率、增加收縮。錳和硫阻為2-23μm。上述這些夾雜物在普通灰鑄鐵中的總含量約為0.01%。在合金鑄鐵中有各種合金元素的硫、氧、氮化合物和復(fù)合物。夾雜物的形狀和分布方式與夾雜物的類型及來源有關(guān)。若夾雜物形成時(shí)間早，并以固態(tài)夾雜物的形式出現(xiàn)在鐵液中，一般多具有一定的幾何形狀（如方形、三角形的TiN夾雜物）；若夾雜物以液態(tài)的第二相存在于鐵液中，由于表面張力的作用，則多呈球狀（如一些硅酸鹽）。若夾雜物析出的時(shí)間晚，則多沿晶界分布，按其晶界濕潤情況的不同，或呈顆粒狀，或呈薄膜狀（如FeS)。鑄鐵中氧化物夾雜的數(shù)量比鋼中少。由于鑄鐵中的碳、硅含量高，足以脫氧，故不應(yīng)有游離的氧化亞鐵夾雜物。鑄鐵中錳高、硫低時(shí)，析出的夾雜物幾乎純粹是晶體狀的硫化錳；而錳低、硫高時(shí)，在硫化物中主要是硫化鐵，其形狀較圓。（二）非金屬夾雜物對(duì)灰鑄鐵件的質(zhì)量的影響非金屬夾雜物對(duì)灰鑄鐵件質(zhì)量的影響見表3-20.（三）非金屬夾雜物的控制（1）減少非金屬夾雜物的途徑見表3-21.（2）鐵液的過濾。目前鐵液的過濾多在澆注系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行，即在其適當(dāng)位置安放高硅氧纖維網(wǎng)或小方孔蜂窩狀的高溫陶瓷或碳化硅等雜質(zhì)的過濾片。鐵液經(jīng)過過濾，能阻擋住大量硫化物、氧化物、大尺寸的石墨等夾雜物和渣，從而改善了鑄鐵4的結(jié)晶，提高了灰鑄鐵的力學(xué)性能和切削性能，降低了鑄件廢品率。為2-23μm。上述這些夾雜物在普通灰鑄鐵中的總含量約為項(xiàng)目影響規(guī)律及說明力學(xué)性能對(duì)于普通灰鑄鐵，粗大的片狀石墨，對(duì)鑄鐵基體的削弱程度遠(yuǎn)大于非金屬雜物，但不可忽視非金屬雜物的作用，對(duì)于高牌號(hào)或特殊性能的灰鑄鐵而言，非金屬夾雜物的破壞作用有時(shí)大于石墨的影響力疲勞性能1.疲勞裂紋。疲勞裂紋的起點(diǎn)處往往有夾雜物。鑄件的脆斷與由夾雜物生成的裂紋長大變寬的過程有關(guān)。2.疲勞強(qiáng)度。當(dāng)夾雜物增多時(shí)，基體經(jīng)熱處理后，硬度越高，疲勞強(qiáng)度下降越顯著。鑄造性能1.流動(dòng)性。當(dāng)鐵水中含有懸浮狀難熔固體夾雜物時(shí)，其數(shù)量越多，對(duì)于流動(dòng)性影響越大。低溫氧化鐵水的流動(dòng)性極差，就是因?yàn)槠渲泻写罅繎腋罟琛㈠i和其他合金元素的氧化夾雜物，這種鐵水是由于爐內(nèi)溫度低，強(qiáng)氧化性爐氣和氧化物不能被碳不愿所致2.裂紋。易熔的非金屬夾雜物往往是造成鑄件熱裂的主要原因3.疏松與滲漏。一些非金屬夾雜物，由于熱膨脹系數(shù)的差異，在鑄鐵凝固時(shí)形成縮松組織，使承受水壓或氣壓的鑄件發(fā)生滲漏。電性能非金屬夾雜物不是鐵磁性物質(zhì)，它的存在減少了鐵磁性基體的體積，破壞其連續(xù)性；夾雜物的存在（在晶體上或晶粒內(nèi)）使基體變形產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，因而基體磁化不均勻?qū)τ诖判裕?xì)小分散的夾雜物比粗大聚焦的影響大，長條針狀物比球狀的影響大。非金屬夾雜物各有不同的導(dǎo)電性質(zhì)，其分布形態(tài)亦對(duì)鑄鐵的電阻有很大的影響。可切削性能鐵液中的夾雜物數(shù)量多、分散性大時(shí)，其可切削性能差，對(duì)刀具磨損嚴(yán)重表3-20項(xiàng)目影響規(guī)律及說明力學(xué)性能對(duì)于普通灰鑄鐵，粗大的片狀石墨，對(duì)表3-21減少非金屬夾雜物的途徑項(xiàng)目內(nèi)容控制金屬爐料帶入非金屬夾雜物1、要求選用低硫低磷生鐵。2、對(duì)金屬材料進(jìn)行除繡除臟的滾筒處理。3、選用成分適宜的合金材料避免在爐內(nèi)大量燒損。4、限制一些合金鋼、廢鋼材料入爐。5、限制一些合金鑄鐵、廢機(jī)鐵材料入爐。高的鐵水溫度和靜置1、爐內(nèi)溫度大幅度提高，就能在熔化過程中使碳還原各種氧化物，從而減少氧化夾雜物；高溫和高堿度的爐渣能獲得低硫鐵水，減少硫化物夾雜。2、在高溫下熔化和過熱的鐵水（達(dá)1500度）能減少氧化夾雜物，并有利于非金屬夾雜物聚集，成渣。3、采用優(yōu)質(zhì)低硫的鑄造焦。4、用感應(yīng)爐化鐵時(shí)盡量不過分長時(shí)間保溫，以免產(chǎn)生較多的氮化物。5、高溫鐵水靜置，可使非金屬夾雜物聚集，上浮便于扒除?？刂畦F水成分，合理孕育根據(jù)化鐵爐熔鐵時(shí)元素的增減規(guī)律，控制配料、熔化，使出爐鐵水化學(xué)成分既符合要求又具有足夠高的溫度，然后進(jìn)行合理的孕育，使鐵水的非金屬夾雜物最少。防止在澆注過程中產(chǎn)生二次夾雜物1、澆道應(yīng)避免產(chǎn)生二次夾雜物的條件。2、足夠高的澆注溫度能使卷入鐵水的夾雜物漂浮出來。表3-21減少非金屬夾雜物的途徑項(xiàng)目內(nèi)容控制金屬爐料帶入非金五、氣孔鑄鐵中存在氣孔將大大降低力學(xué)性能，尤其使沖擊韌度和疲勞強(qiáng)度大幅度下降。鑄鐵件凝固時(shí)析出氣體的反壓力，阻礙鐵液的補(bǔ)縮，造成微觀縮松，降低鑄鐵件的致密性，使某些需經(jīng)水壓試驗(yàn)的鑄鐵件因滲漏而報(bào)廢。析出性氣孔一般在鑄鐵件的最后凝固處，冒口附近較多。鑄鐵件中形成析出性氣孔的氣體主要有氧、氮、氫。鑄鐵中的氣體含量一般為：氧在80*10以下，氫在4*10以下。隨著溫度下降，氣體在鐵液中的溶解度減小。（一）析出性氣孔的形成及其防止鑄鐵溶解氣體是一個(gè)可逆過程。溫度降低時(shí)，溶解的氣體處于過飽和狀態(tài)，氣體能向鐵液表面擴(kuò)散而脫離吸附狀態(tài)。溶于鐵液中過飽和的氣體能形成氣泡的條件有以下幾個(gè)。（1）氣泡內(nèi)各種氣體分壓的總和（氣體總壓力）大于作用于氣泡的降低。（2）溶解在鐵液中的某種氣體析出的分壓力應(yīng)大于該氣體在氣泡中的分壓力，該氣體才能自動(dòng)向氣泡擴(kuò)散而不斷長大。要滿足這一條件，主要領(lǐng)先鐵液溫度的降低。（3）必須要有大于某臨界尺寸而穩(wěn)定的氣泡核心。鐵液中存在的大量非金屬夾雜物，熔煉、爐前處理或澆注過程中形成和卷入的氣泡，以及包襯、型壁等都可能成為氣泡的非自發(fā)核心的基礎(chǔ)，氣泡很容易在這些表面上形成。五、氣孔鑄鐵中存在氣孔將大大降低力學(xué)性能，尤其使沖擊韌度和疲附著在外來夾雜表面的氣核形成后，溶于鐵液中的氣體由于壓差必將自動(dòng)向氣泡擴(kuò)散，當(dāng)氣泡長大到一定臨界尺寸時(shí)，就會(huì)脫離表面而上浮，有時(shí)附著在非金屬雜物表面的氣泡，可帶著夾雜物一起上浮。氣泡越小，上浮速度越慢。要使氣泡能及時(shí)上浮而排除，氣泡直徑一般應(yīng)大于0.001-0.01cm。鐵液在鑄型內(nèi)降溫較快，氣泡上浮困難，或鑄件表面已凝固，氣泡來不及排除而造成的氣孔。防止析出性氣孔的最基本方法是減少鐵液的吸氣量，其次是將它含有的氣體排除或阻止氣體析出。如廢鋼應(yīng)經(jīng)清理流筒除銹，焦炭、鐵料不應(yīng)在露天堆放，爐襯、澆注工具必須充分烘干，孕育劑應(yīng)燒烤后加入，提高澆注溫度，提高鑄鐵件的冷卻速度等。附著在外來夾雜表面的氣核形成后，溶于鐵液中的氣體由于壓差必將（二）反應(yīng)性氣孔的形成及其防止鐵液與鑄型之間或鐵液內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而析出氣體所產(chǎn)生的氣孔，稱之為反應(yīng)性氣孔。它們常分布在鑄鐵件表面皮下1-3mm處，所以通常稱為皮下氣孔。皮下氣孔的形成與鐵液一鑄型界面處的化學(xué)反應(yīng)有關(guān)。在高溫鐵液的作用下，鑄型中的水分被蒸發(fā)，黏土中的結(jié)晶水分解，產(chǎn)生大量水蒸氣。鐵液中的Fe、C、Mn、Mg、Al等元素都會(huì)與水蒸氣發(fā)生作用，產(chǎn)生汽化反應(yīng)，析出H2.造型材料中的自由碳（如煤粉等）及有機(jī)物會(huì)發(fā)生燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生CO和CO2，直至自由氧氣耗盡為止。經(jīng)氧化一熱分解反應(yīng)后，在界面處形成了H2O、H2、CO、CO2等氣相，它們與鑄型表層上殘存的固體碳又繼續(xù)相互作用，產(chǎn)生CO、CO2和H2。在高溫下，CO和H2含量增加并滲入鑄件表面而形成反應(yīng)性氣孔。皮下氣孔的形成原因比較復(fù)雜，一般認(rèn)為，皮下氣孔主要是在鐵液一鑄型界面上的化學(xué)反應(yīng)析出氣體過程中產(chǎn)生的。（二）反應(yīng)性氣孔的形成及其防止生產(chǎn)中可采取如下措施防止皮下氣孔：（1）采用濕型鑄造時(shí)，必須嚴(yán)格控制型砂中的水分，其最高枯水分含量不得超過5.5%。（2）提高澆注溫度，特別是對(duì)于薄型鑄件，澆注溫度不得低于1300℃。（3）提高鑄型的透氣性，有助于減輕皮下氣孔。（4）避免鐵液中含有鋁，因?yàn)樗着c水蒸氣反應(yīng)而產(chǎn)生氫氣孔：3H2O+2AlAl2O3+H2。為此，硅鐵中含鋁量應(yīng)限制在0.5-1.0%范圍內(nèi)。如含鋁量大于2%，則容易生成氫氣孔。（5）在型砂中附加還原性的碳質(zhì)添加物，可防止皮下氣孔的產(chǎn)生。（6）改進(jìn)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)。生產(chǎn)中可采取如下措施防止皮下氣孔：（三）裂隙狀氮?dú)獾男纬杉捌浞乐闺S著高牌號(hào)灰鑄鐵件的增長，我國鑄造業(yè)采用電爐熔煉，呋喃樹脂等有機(jī)樹脂砂造型、制芯也越來越普通，爐料中廢鋼配比也逐漸增多，因此一種裂隙狀的皮下氣孔也增多起來。這種裂隙狀的皮下氣孔大都是由于鐵液或樹脂中的含氮量過高而引起的氮?dú)饪?。工藝上?yīng)采取如下措施來防止這種氮?dú)饪椎某霈F(xiàn)。1.防止鐵液含氮量過高的方法（1）在含氮量過高的鐵液中加入鈦鐵。對(duì)于灰鑄鐵，薄壁件的氮含量應(yīng)控制在0.013%以下，而厚壁件的氮含量應(yīng)控制在0.008%以下。當(dāng)鐵液中含氮量過高時(shí)，可加入與氮結(jié)合力強(qiáng)的鈦。實(shí)踐證明，鐵液中殘留有0.02-0.025%的鈦，足以消除由于氮的析出而造成的鑄件裂隙狀的氮?dú)饪?。?）降低熔煉時(shí)的鑄鐵白口傾向。生產(chǎn)中可采取以下方法：增加爐料中的新生鐵比例，除孕育外，硅鐵、錳鐵均在沖天爐內(nèi)加入；盡量不用銹蝕嚴(yán)重、薄壁的廢鋼；正確掌握沖天爐熔煉狀況，防止鐵液氧化。（3）盡量采用含氮量低的電極石墨作增碳劑，而不使用含氮量高的瀝青焦炭。2.防止有機(jī)樹脂砂中樹脂含氮量過高的方法（1）選擇含氮量低的有機(jī)樹脂。為防止氮?dú)饪?，一般鑄鐵件可選用中氮樹脂（2.0-5.0%N）。（三）裂隙狀氮?dú)獾男纬杉捌浞乐?）在型砂或涂料中加入氧化鐵粉。在型砂中加入氧化鐵粉后，當(dāng)鑄鐵澆注溫度在1300℃以上，型砂表面溫度超過1000℃，在這樣的溫度下氧化鐵粉促進(jìn)呋喃樹脂的熱分解，起到將NH3分解成H2的催化劑作用。即便產(chǎn)生了N2氣體，在某種條件下產(chǎn)生氣體，但通常不溶入鐵液和形成皮下氣孔，為降低生產(chǎn)成本，通常在面砂中加入3%的氧化鐵粉。在涂料中加入10%的氧化鐵粉將更為有效和經(jīng)濟(jì)。（3）妥善保管樹脂。要確保聚異氰酸脂容器的密封，減少它與空氣的接觸，防止NCO與水反應(yīng)產(chǎn)生NH2.（四）渣氣孔通常出現(xiàn)在鑄件澆注位置的上表面或型芯的底部。多數(shù)渣氣孔呈球狀，偶爾也呈不規(guī)則形狀?？锥幢砻娑嗑呋疑蛩{(lán)灰色，偶見孔洞內(nèi)含有金屬鐵豆?？锥粗睆揭话悴?0mm，呈密集分布，在初加工時(shí)即完全暴露。防止渣氣孔有以下有效措施：（1）采用較高的澆注溫度（1300℃以上），防止低溫鐵液進(jìn)入型腔。（2）避免鐵液長時(shí)間停留。（3）使用干凈澆包，最好選用茶壺式泡包。加強(qiáng)澆注前擋渣。（4）強(qiáng)化澆注系統(tǒng)的撇渣功能。（5）適當(dāng)控制硫、錳含量，一般要求Mn%=1.7*S%+0.3%。當(dāng)含硫量過高時(shí)，可適當(dāng)提高澆注溫度約40-50℃。2）在型砂或涂料中加入氧化鐵粉。在型砂中加入氧化鐵粉后，當(dāng)鑄二、球鐵一般認(rèn)為，球墨鑄鐵的鑄造缺陷多，導(dǎo)致廢品率高，成品率低。但是，隨著技術(shù)的進(jìn)步，特別是隨著球墨鑄鐵的廣泛應(yīng)用，以及對(duì)球墨鑄鐵基出理論的深入研究，許多問題得到澄清，球墨鑄鐵的生產(chǎn)工藝得到進(jìn)一步改進(jìn)和完善。因而，許多在生產(chǎn)中遇到的鑄造缺陷被避免了。本單元討論在球鐵生產(chǎn)中常見的鑄造缺陷，分析其產(chǎn)生的原因，并提出防止措施。第一節(jié)

球化不良與球化衰退1、球化不良球化不良是指球化處理沒有達(dá)到預(yù)期的球化效果。球化不良的金相組織為：集中分布的厚片狀石墨和少量球狀、團(tuán)狀石墨；有時(shí)還有水草狀石墨。隨著球化不良程度的加劇，集中分布的厚片狀三圍的數(shù)量逐漸增多、面積增大，球化不良將使球墨鑄鐵的力學(xué)性能達(dá)不到相應(yīng)牌號(hào)要求的指標(biāo)。關(guān)于球化不良產(chǎn)生的原因及其防止措施分述如下：原鐵液含硫高硫與鎂有很大的親和力。因此，硫是主要反球化元素，含硫高會(huì)嚴(yán)重影響球化，按目前國內(nèi)的具體情況，一般要求原鐵液含硫量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)要不大于0.06%。為保證球化，當(dāng)原鐵液含硫量偏高時(shí)，必須相應(yīng)提高球化劑的加入量，含硫量越高，則球化劑的消耗量也越多。二、球鐵一般認(rèn)為，球墨鑄鐵的鑄造缺陷多，導(dǎo)致廢品率高，成品率球化元素殘留量低球化元素首先要與鐵液中的硫、氧結(jié)合，但是，為使石墨球化良好，球墨鑄鐵中必須含有一定量的殘留鎂和稀土。在我國現(xiàn)今主要是在沖天爐生產(chǎn)條件下，殘留鎂量不得小于0.03%，殘留稀土量不得小于0.02%。鐵液氧化原材料中鐵銹、污染及鐵液在熔化與過熱中的氧化，導(dǎo)致鐵液中的

含量增多，因而在球化過程中要消耗更多的鎂，致使殘留的鎂量過低。爐料中含有反球化元素鉛、砷、鉍、鈦、錫、銻等這些反球化元素均能促使在晶界處出現(xiàn)片狀石墨。當(dāng)這些反球化元素超出允許范圍時(shí)，就會(huì)影響球化效果。要注意廢鋼中可能含有鈦，還要注意電鍍材料、鋁屑、鉛系涂料進(jìn)入爐料中。關(guān)于鐵液的狀態(tài)鐵液中的硫、氧含量除了石墨形核需用處要盡量降低至最小，同時(shí)球化處理溫度不能過高，否則反應(yīng)劇烈，鎂的回收率低。出鐵液到澆包中的時(shí)間盡量縮短，使其在達(dá)到足夠高的液面（如600以上）以前，鐵液不與放置在包內(nèi)的球化劑進(jìn)行反應(yīng)。球化元素殘留量低孕育效果差由于孕育效果差、孕育不充分，或者出現(xiàn)孕育衰退，均會(huì)造成石墨球數(shù)量少，并且石墨球也不圓整。二、球化衰退鐵液的球化衰退鐵液的球化衰退的特征是，在球化處理后爐前檢驗(yàn)球化良好，但在鑄件上球化不好；或者同一澆包的鐵液，先澆注的鑄件球化良好，后澆注的鑄件球化不好。球化衰退的原因是鎂量和稀土量，隨著鐵液停置時(shí)間的延長，而發(fā)生衰減。鎂、稀土與氧的親和力大于與硫的親和力，所以浮在鐵液表面的

夾雜物與空氣中的氧要發(fā)生下列反應(yīng)：2MgS+O2=2MgO+2S2Ce2S3+3O2=2Ce2O3+6S此時(shí)，所生成的硫又返回到鐵液中，與硫、稀土再次發(fā)生作用。這樣，隨鐵液停置時(shí)間的延長，硫不斷與鎂和稀土作用，不斷生成MgS、Ce2S3，它們又不斷地被空氣中的氧所氧化，循環(huán)進(jìn)行。結(jié)果，消耗了鐵液中的鎂和稀土，硫又重新從浮渣進(jìn)入鐵液中，出現(xiàn)“回硫現(xiàn)象”。孕育效果差稀土鈰、釔的沸點(diǎn)比鎂高，在一般的鐵液溫度下它們不會(huì)發(fā)生汽化逸出。此外，稀土鈰、釔的硫化物、氧化物的熔點(diǎn)高、密度大，上浮速度慢。所以，稀土鈰、釔的衰減速率比鎂要小，在1350－1400℃范圍內(nèi)，鎂的誤差率是每分鐘0.001%－0.004%；輕稀土鈰的衰減率則國每分鐘0.0006%－0.002%。重稀土釔的衰減率是每分鐘0.0008%。各種球化元素的衰減速率與鐵液中的含硫量密切相關(guān)，含硫量越多，則衰減速率就越快。減少球化衰退的措施列舉如下：縮短鐵液的停置時(shí)間。從球化處理完成到澆注完畢，應(yīng)在15分鐘以內(nèi)結(jié)束。降低原鐵液含硫量。原鐵液中含硫高，則需要消耗更多的球化元素，另外，也使渣中的硫化物濃度增大，促使“回硫現(xiàn)象“加劇。加劇覆蓋與扒渣。球化處理后加結(jié)渣劑（如珍珠巖或目前常用的炎山巖結(jié)渣劑）覆蓋，并采取多次扒渣措施，可減少“回硫現(xiàn)象“。適當(dāng)增加球化劑用量。根據(jù)鐵液中的含硫量，采取相應(yīng)的增加球化劑用量的措施，是可行的、也是有效的，但不是最佳的士治本的措施是力求把鐵液中的含硫量降至最低。另外，過多的加入球化劑，不僅增加成本，而且還會(huì)導(dǎo)致石墨球的惡化。稀土鈰、釔的沸點(diǎn)比鎂高，在一般的鐵液溫度下它們不會(huì)發(fā)生汽化逸界面反應(yīng)的球化衰退在鐵液澆注入型腔時(shí)，由于鐵液與空氣的氧化作用和在鑄型材料中的

與鐵液發(fā)生的界面反應(yīng)，就可能使鐵液中的鎂元素?fù)p耗。特別是在內(nèi)澆道與鑄件的交界處，由于此處的鑄型溫度最高，這種界面反應(yīng)就更容易發(fā)生。由此，可發(fā)生下列反應(yīng)：2M+O22MgO2Mg+SiO2Si+2MgO此外，，在鑄型中的某些輔助材料（如煤粉）中含有硫，它與鐵液中的鎂也會(huì)發(fā)生反應(yīng)。當(dāng)采用焦炭或含硫量高的煤烘干鑄型時(shí)，則含硫的燃燒產(chǎn)物便與鑄型接觸，在鑄型表面形成富硫?qū)?，由此，甚至?xí)阼T件表面形成厚達(dá)數(shù)毫米厚的片狀石墨層。鑄型中的硫與鎂的反應(yīng)是：但是，在一般情況下，這種表面形成的片狀石墨層深度在0.5－1.5之間。因此，它是在機(jī)械加工余量的范圍之內(nèi)，而在鑄件表面層的內(nèi)部則是健全的球墨鑄鐵，因此常不被發(fā)現(xiàn)。由此，在生產(chǎn)中常出現(xiàn)的情況是，在內(nèi)澆口斷面上出現(xiàn)一層外圈呈深灰色的灰鑄鐵薄層，甚至整個(gè)內(nèi)澆口斷面均呈灰鑄鐵組織。此時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步檢查鑄件本體，如果本體也呈灰鑄鐵組織，則此鑄件即當(dāng)報(bào)廢。但是也有這樣的情況：雖然內(nèi)澆口斷口呈灰鑄鐵組織，但鑄件本體卻是完全良好的球墨鑄鐵組織，此時(shí)鑄件是合格。界面反應(yīng)的球化衰退這種界面反應(yīng)造成的球化衰退現(xiàn)象也發(fā)生在鑄件的側(cè)壁，自下而上，高度可達(dá)25mm，其形成的原因也同樣是鐵液中鎂與鑄型表面的SiO2或S發(fā)生反應(yīng)的結(jié)果。防止措施列舉如下：在濕砂造型中廣泛采用的含碳材料是煤粉，其含硫量最好是在1.0%以下。另外，含水在5.5%以下。防止不恰當(dāng)?shù)貙⑿律凹尤氲缴疤幚硐到y(tǒng)中，這樣會(huì)逐漸增加型砂中的含硫量。為此，每次加入的新量應(yīng)該只占澆入到鑄型中的金屬液質(zhì)量的10-15%。對(duì)于購進(jìn)的煤粉含硫量及新砂中的含硫量應(yīng)及時(shí)測定。煤粉的允許硫量為1.0%，新砂的允許硫量為0.1%－0.15%。對(duì)于冷硬樹脂鑄型，在采用含硫的硬化的硬化劑時(shí)，可使用含有

CaO或MgO的涂料，以改善界面反應(yīng)，并盡可能地減少樹脂的加入量。此外，樹脂中的S、O、N含量要盡可能降低。提高澆注速度和改善鑄型的透氣性也右改善界面反應(yīng)。力求使鑄件的殘留鎂量處于上限。這是因?yàn)檫m當(dāng)提高殘留鎂量是解決內(nèi)澆口斷面上出現(xiàn)球化衰退最有效的措施。這種界面反應(yīng)造成的球化衰退現(xiàn)象也發(fā)生在鑄件的側(cè)壁，自下而上，球片狀畸變石墨當(dāng)球化處理后的鐵液中殘留鎂量過多時(shí)，會(huì)出現(xiàn)球片狀石墨。經(jīng)電子控針查明，鎂的濃度分布可相差20倍之多。在石墨球的片狀石墨交界處，鎂量明顯增多；而在片狀石墨的表面及在未長出片狀石墨的石墨球表面上，則鎂量明顯減少。并且，研究還表明，球片狀石墨的出現(xiàn)與球墨鑄鐵中的殘留鎂量密切相關(guān)。當(dāng)殘留鎂量為0.06%－0.08%時(shí)，沒有球片狀石墨出現(xiàn)；當(dāng)殘留鎂量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.10%時(shí)，有個(gè)別球片狀石墨的光學(xué)顯微鏡照片。球狀石墨首先形成，在其周界的某處則生長出片狀石墨。據(jù)研究認(rèn)為，在球墨鑄鐵的初始時(shí)刻，形成了球狀石墨核心并開始長大。此時(shí)，石墨球與鐵液相接觸。由于鎂在固態(tài)的石墨中和在奧氏體中的溶解度均比在鐵液中的溶解度要小得多。因此，鎂被排擠到石墨球與鐵液的界面上。與此同時(shí)，由于石墨球的不斷長大和由于溫度的逐漸下降，則在石墨球周圍形成固態(tài)的奧氏體殼。但是，鎂使球墨鑄鐵的液相線溫度降低。當(dāng)含鎂量很高，濃度的波動(dòng)導(dǎo)致局部的球狀石墨表面上有石墨穿過固態(tài)奧氏體殼而與液相的鐵液相通。由此，石墨就沿這種通道長大，形成球片狀石墨。并且，石墨沿這些通道長大的速度要比通過奧氏體殼以擴(kuò)散形式長大要快得多。解決防止球片狀石墨形成的措施就是要控制球墨鑄鐵中的殘留鎂量，過量的殘留鎂量（其質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般不要超過0.07%）不僅在經(jīng)濟(jì)上不合理，而且還要使球狀石墨畸變。球片狀畸變石墨第二節(jié)

縮孔和縮松特點(diǎn)縮孔和縮松在球墨鑄鐵鑄件中比在普通灰鑄鐵鑄件中更為普遍。因此，必須給予更多的注意。能夠明顯看出的，尺寸較大而集中的孔洞叫縮孔；不易看清的、細(xì)小分散的孔洞叫縮松。大多在鑄件熱節(jié)的上部產(chǎn)生縮孔。在鑄件熱節(jié)處、在縮孔的下方往往有比較分散的縮松。但是，對(duì)于一些壁厚均勻的中心；或者是在厚壁的中心部位，也可能出現(xiàn)縮松。有些縮松的體積很小，只有在顯微鏡下才能被發(fā)現(xiàn)。這種縮松呈多角形，有時(shí)連續(xù)、有時(shí)斷續(xù)，分布在共晶軒邊界。這種縮松叫顯微縮松。形成顯微縮松的原因是，在體枝晶凝固后，殘留的鐵液則在枝晶間最后凝固，因得不到補(bǔ)縮而形成顯微縮松。球墨鑄鐵的縮孔和縮松體積比普通鑄鐵、白口鑄鐵和碳鋼的都要大。表8-1中列出了它們的對(duì)比數(shù)據(jù)?？梢钥闯?，球墨鑄鐵的縮孔與縮松體積有可能是普通灰鑄鐵的3－4倍，或者更多。但是，在生產(chǎn)中，也可采用無冒口工藝得到健全的球墨鑄鐵件。、產(chǎn)生的原因（一）收縮前膨脹量大經(jīng)球化處理后，球狀石墨在鐵液中析出，隨著溫度的，鐵液中的石墨球逐漸長大。石墨球析出和長大的過程，伴隨有鐵液的膨脹。由此導(dǎo)致要補(bǔ)縮的量增大。第二節(jié)縮孔和縮松（二）型壁移動(dòng)球墨鑄鐵呈粥樣凝固決定了鑄件外表面的凝固層很薄，以致不能建立直足夠強(qiáng)度的凝固外殼，以抑制共晶凝固期間產(chǎn)生的石墨化膨脹，致使鑄型內(nèi)壁向外移動(dòng)。在鑄型剛度不夠的情況下，使型腔尺寸增大，由此導(dǎo)致縮孔和縮松體積進(jìn)一步增大。球墨鑄鐵在凝固開始時(shí)，外殼表層比灰鑄鐵薄得多，并且增長很慢，即在較長的時(shí)間內(nèi)球墨鑄鐵是在一個(gè)強(qiáng)度低、剛性差的塑性薄殼內(nèi)凝固，薄殼內(nèi)的鐵液在很大范圍內(nèi)同時(shí)出現(xiàn)大量石墨并不斷長大。析出石墨會(huì)引起體積脹大，每析出質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的石墨，鑄鐵體積會(huì)增大2%。與之相應(yīng)，會(huì)出現(xiàn)膨脹力，推動(dòng)石墨四周的鐵液，使之移動(dòng)；并通過鐵液，由石墨析出產(chǎn)生的膨脹力將傳遞給鑄件表殼，致使鑄型的型壁有向外移動(dòng)的傾向。對(duì)于剛性差的鑄型來說，它將和球墨鑄鐵表殼一樣抵擋不住來自鑄件內(nèi)部的石墨膨脹力，遂即產(chǎn)生退回現(xiàn)象，出現(xiàn)圈套變形，鑄件隨之脹大。此時(shí)，倘若沒有足夠的鐵液補(bǔ)充，將在鑄件內(nèi)部出現(xiàn)集中的縮孔。石墨球在鐵液里第生長到一定尺寸后被奧氏體殼包圍，如此形成三圍——奧氏體共晶團(tuán)。隨著這種共晶團(tuán)的長大并逐漸彼此接觸。這樣，就造成鐵液在期間的流動(dòng)困難，不易補(bǔ)縮。因而在隨后的凝固完成后形成縮松。（二）型壁移動(dòng)(三)球化處理使鐵液的過冷度加大球墨鑄鐵在鐵液經(jīng)過球化處理后，原有的氫、氧、氮和CO氣體含量減少，鐵液得到了凈化，致使外來核心減少。并且，鐵液的過熱溫度越高，凈化程度也越高，由此導(dǎo)致的過冷傾向也加劇。此外，球化元素鎂和稀土均能與碳形成碳化物，由此減少了石墨化程度，加大了收縮傾向。三、防止措施（一）鐵液成分化學(xué)成分和球化劑量必須適當(dāng)。含碳量高，可使縮孔和縮松的傾向減小，但含碳量過高，會(huì)產(chǎn)生石墨漂浮。對(duì)于薄壁鑄件來說，碳、硅含量低時(shí)，易產(chǎn)生游離碳化物。對(duì)于厚壁鑄件，可采用較低碳量，并適當(dāng)增加硅量。錳高時(shí)易形成碳化物，容易促使形成縮孔和縮松。為此，應(yīng)力求降低含錳量，尤其是對(duì)于鑄態(tài)鐵素體球墨鑄鐵，更是如此。此外，不要使鎂和稀土殘留量過高。（二）鐵液性狀采用熱分析技術(shù)可判別鐵液的收縮傾向?？s孔與縮松傾向小的鐵液，所具有的冷卻曲線的斜率應(yīng)較小，過冷度要小，共晶凝固時(shí)的膨脹要小。（三）鑄型的剛度鑄型的剛度可用鑄型硬度表征。對(duì)于濕砂型來說，鑄型硬度要在90以上，希望能達(dá)到40MPA的抗壓強(qiáng)度。此外，砂箱的緊固也時(shí)十分重要的。對(duì)于金屬型覆砂（覆砂厚度6－8毫米左右）及用自硬砂制作大型鑄件時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)無冒口鑄造。此時(shí)，要滿足的條件：G≥α1+α2+β(三)球化處理使鐵液的過冷度加大式中G——由碳的石墨化而引起的鐵液膨脹量——鐵液的液態(tài)收縮——凝固收縮——鑄型膨脹量以下舉例說明。如果鐵液的澆注溫度是1430℃，凝固溫度為1155℃，含碳量C：3.6%，則鐵液的過熱度為275℃。液態(tài)收縮量的體積分?jǐn)?shù)為0.015%*275＝4.13%。鐵液的凝固收縮的體積分?jǐn)?shù)為4.13%+3.0%+5%＝12.13%。另一方面，如果C：3.6%的碳全部石墨化，由此引起的鑄型膨脹量為10.6%，綜合兩者，12.13%體積分?jǐn)?shù)-10.6%體積分?jǐn)?shù)＝1.53%，表明要收縮的體積分?jǐn)?shù)為1.53%。此時(shí)，如果鑄型膨脹量不是體積分?jǐn)?shù)的5%，而是只有體積分?jǐn)?shù)的2.5%，則此時(shí)就不會(huì)產(chǎn)生縮孔與縮松，也就是可以用無冒口工藝生產(chǎn)鑄件。澆注溫度為了防止產(chǎn)生縮孔和縮松，就要使液態(tài)收縮量減小。為此，澆注溫度低是有利的。但是，對(duì)于薄壁（10毫米）鑄件來說，容易出現(xiàn)碳化物及澆不足。此時(shí)，采用冒口補(bǔ)縮卻難以發(fā)揮作用。因此，適宜的港灣溫度則取決于鑄件結(jié)構(gòu)與壁厚，在厚度為37毫米、面積為100*100平板上進(jìn)行的澆注研究表明，澆注溫度為1350℃時(shí)，出現(xiàn)縮孔和縮松的幾率最小。式中G——由碳的石墨化而引起的鐵液膨脹量澆注系統(tǒng)采取順序凝固方式，對(duì)于鑄件、冒口、冒口頸、內(nèi)澆口和橫澆口的設(shè)計(jì)與布置及外冷鐵的設(shè)置和在必要時(shí)采取金屬型等，均是行之有效的防止縮孔和縮松的措施。第三節(jié)氣孔根據(jù)球墨鑄鐵鑄件中形成氣孔的具體情況，本節(jié)分別討論氮?dú)饪缀推は職饪椎男纬膳c防止。至于由于澆注溫度過低而產(chǎn)生的

氣孔，隨著工藝水平的提高，這種表現(xiàn)氣孔已不多見，故在本節(jié)中不再討論。澆注系統(tǒng)氮?dú)饪椎獨(dú)饪仔纬傻臒崃W(xué)氮是以溶解的原子態(tài)，以氣體形成存在于顯微裂紋中，存在于晶格有缺陷的地方，或者以析出的氮化物形式存在。在鐵液中原子氮的溶解度為每100克鐵液30立方厘米；在凝固時(shí)其熔解度約降至每100克鐵液8立方厘米。氮在鑄鐵中的熔解度與其存在形式有關(guān)。如果氮是以氮化物形式存在，則與氮在鑄鐵中的溶解形式不同。在鑄鐵中各種氮化物的穩(wěn)定性，取決于它們的生成自由能，后者的負(fù)值越大，則表明該氮化物越穩(wěn)定。氮?dú)饪谉崃W(xué)表明，氣體在鐵中的溶解度[S]與溫度T和壓力P的關(guān)系為：[S]＝K0√Pexp(-ΔH/RT)式中K0：常數(shù)ΔH：氣體溶解度R：氣體常數(shù)對(duì)于氮?dú)鈦碚f，和其它氣體一樣，在鐵中的溶解度與溫度、壓力密切相關(guān)。氮在鐵中的溶解度隨溫度的升高而增加，即鐵液比其在固態(tài)可含有更多的平衡氮量。當(dāng)鑄件凝固、冷卻后，氮在鐵中的溶解度大幅下降。此時(shí)，析出的氮?dú)庥锌赡芫劢乖阼T件內(nèi)部了，形成氮?dú)饪?。另外，在鐵發(fā)生固態(tài)相變時(shí)，氮的溶解度發(fā)生突變。呈面心立方晶格δ-Fe比呈體心立方晶格α-Fe更有利于氮的溶解由此表明，如果球墨鑄鐵件在奧氏體區(qū)域長時(shí)間保溫進(jìn)行熱處理時(shí)，會(huì)吸收大量來自空氣的氮，以致它在隨后的冷卻過程中，析出并聚焦慶鑄件內(nèi)部，形成氮?dú)饪?。氮?dú)饪讓傥龀鲂詺饪祝阼T件斷面上呈大面積分布，在冒口、熱節(jié)處分布較密集，形狀呈圓球形。它常發(fā)生在同一爐次或同一包澆注的一批鑄件中。熱力學(xué)表明，氣體在鐵中的溶解度[S]與溫度T和壓力P的關(guān)系為氮?dú)庑纬傻囊苯饤l件熔煉時(shí)，采用的廢鋼量越多，則鐵液中的含氮量也就越高。例如，碳當(dāng)量為4.36%時(shí)，不加入廢鋼，此時(shí)含氮量N=0.002%；如果爐料全部加入的是廢鋼，則含氮量

N=0.0075%~0.0078%，即增加了3倍。此外，采用的鑄造生鐵中含碳、硅量越多，則其中含氮量就越少，由此熔煉出來的鑄鐵的含氮量也越少。采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法得出鑄鐵含氮量[N]與碳當(dāng)量CE的關(guān)系見式：

[N]＝0.089e-0.728CE式中含氮量、碳當(dāng)量均以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。在電爐中過熱鐵液時(shí)，含氮量達(dá)N=0.0008%~0.004%。電爐過熱會(huì)使鐵液的白口傾向增大，其中主要原因之一，就是含氮量增加；另一個(gè)原因則是含氧量的降低，由此導(dǎo)致外來晶核數(shù)量的減少，石墨化能力減弱，造成白口傾向加大。表8-2中列舉了鐵液經(jīng)過不同處理時(shí)，含氮、氫、氧量的變化。由表8-2中可以看出，不同碳當(dāng)量的鐵液經(jīng)電爐過熱后，含氮量均有增加，但經(jīng)Fe-Si孕育處理后，其含氮量略有下降。氮?dú)庑纬傻囊苯饤l件試樣氣體含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）NHO1沖天爐鐵液（C＝3.3%，Si＝1.2%）0.00410.000350.0027同樣鐵液，電爐過熱0.00560.000220.0012同樣鐵液，用硅鐵孕育0.00430.000160.00242沖天爐鐵液（C＝3.36%，Si＝1.45%）0.00510.000330.0034同樣鐵液，電爐過熱0.00590.00290.0018同樣鐵液，用硅鐵孕育0.00470.000360.0051由于含氮量不同，是造成高爐生鐵具有遺傳性的重要原因之一。鑄生鐵由于含氮量少，會(huì)具有大量的粗大石墨，并容易出現(xiàn)石墨漂浮。在厚大斷面的鑄件或熱節(jié)中心處易出現(xiàn)氮?dú)饪?。除了廢鋼帶入氮以外，加入到鐵液中的鐵合金（錳、鉻等），也會(huì)使鑄件中的含氮量增加。此外，增碳劑、樹脂粘結(jié)劑和涂料也會(huì)使球墨鑄鐵中的含氮量增高。試樣氣體含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）NHO1沖天爐鐵液（防止產(chǎn)生氮?dú)饪椎拇胧I(yè)經(jīng)研究表明，鐵液中的含氮量N≤0.009%，一旦超過0.009%，則生成氮?dú)饪椎母怕始眲≡黾?。防止氮?dú)饪椎男纬?，可采取如下措施。降低廢鋼加入量，以減少帶入的氮量，另外，增加碳當(dāng)量也會(huì)使平衡含氮量降低。采用電爐熔煉。采用電弧爐或感應(yīng)電爐熔煉時(shí)，鐵液中的含氮量在球化處理前一般是：N＝0.004%~0.007%；而用沖天爐熔煉的鐵液，可高達(dá)N＝0.007%~0.014%。但是，對(duì)于沖天爐熔煉的鐵液，經(jīng)過15-30分鐘保溫后，則含氮量達(dá)到平衡。由于球墨鑄鐵含碳量和含硅量高，致使鐵液中的溶解含氮量降低。當(dāng)用球化劑和孕育劑處理后，含氮量有所下降。對(duì)于沖天爐鐵液含氮量可降至N＝0.0065%~0.0075%；對(duì)于電爐鐵液則可降至N＝0.004%~0.005%。此時(shí)，不會(huì)氮?dú)饪壮霈F(xiàn)，也不會(huì)因含有許多的氮而導(dǎo)致形成碳化物或珠光體。防止產(chǎn)生氮?dú)饪椎拇胧┙档秃i量。文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，若把含錳量由Mn=0.9%降至0.75%，并適當(dāng)提高澆注溫度，則可把由氮?dú)饪锥鴮?dǎo)致的廢品率降低至原來的1/10。提高澆注溫度。隨著鐵液溫度的降低，鐵液中含有的氮會(huì)析出，經(jīng)聚集后會(huì)形成一定尺寸的氣泡。此時(shí)若提高澆注溫度，氣泡會(huì)靠自身建立起來的壓力，從鐵液中逸出。如果是在較低的溫度下澆注，則形成的氣泡不能逸出，停留在鑄件中，將形成氮?dú)饪住＝档秃i量。文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，若把含錳量由Mn=0.9%降至0.75皮下氣孔

（一）現(xiàn)象在球墨鑄鐵中最常見的缺陷就是皮下氣孔。在濕砂鑄型，特別是比表面積大的小型鑄件中最易發(fā)生皮下氣孔。皮下氣孔往往位于鑄件表面以下0.5-1mm處，孔徑多為0.5-2mm的針孔，內(nèi)壁光滑（內(nèi)表面有時(shí)附有石墨膜），呈均勻分布在鑄件上表面或遠(yuǎn)離內(nèi)澆口的部位，但在鑄件側(cè)面和底部也偶爾存在。在鑄態(tài)時(shí)，皮下氣孔不易被發(fā)現(xiàn)；但是，鑄件經(jīng)熱處理后，或是經(jīng)機(jī)械加工，就會(huì)顯露。皮下氣孔影響鑄件的表面質(zhì)量，并且在出現(xiàn)皮下氣孔的部位，往往伴隨有片狀石墨，因而惡化了該部位的力學(xué)性能。為此，對(duì)皮下氣孔必須予以克服。皮下氣孔

（一）現(xiàn)象（二）產(chǎn)生的原因?qū)ζは職饪桩a(chǎn)生的原因，至今已基本取得共識(shí)。在把鑄件表層去除后，就會(huì)發(fā)現(xiàn)有許多小針孔，其中充滿了硫化氫氣體。由此，可以推斷，此時(shí)會(huì)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是：當(dāng)鐵液中的硫化鎂與鑄型中的水相遇時(shí)，則產(chǎn)生硫化氫

（MgS+H2OMgO+H2S)。結(jié)果是，形成的H2S氣體在鑄件快速凝固時(shí)來不及上浮，就停留在靠近鑄件表面上。因此，這些氣泡不僅呈球形，，有的還呈雨滴狀，這些雨滴的尖端伸向鑄件內(nèi)部。皮下氣孔也可能由產(chǎn)生的氫氣造成的，在經(jīng)處理后的鐵液中。會(huì)發(fā)生如下的反應(yīng)：（二）產(chǎn)生的原因(Fe、Mg）C+H2O（鑄型中）（Fe、Mg)O+C2H2C2H22C(石墨膜）+H2（氣泡）Mg+H2O（鑄型中)MgO+H2（氣泡）此外，在皮下氣孔內(nèi)，有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)渣狀?yuàn)A雜物，這些渣中Si、Al、Mn、Mg、Ca含量較高，由此，形成的

Al2O3/CaO/MgO/SiO2/MnO等氧化夾雜物可為氣泡的異質(zhì)形核提供結(jié)晶襯墊。在溫度大于1530℃，會(huì)發(fā)生反應(yīng)：SiO2+2CSi+2CO在溫度1400℃，發(fā)生反應(yīng)：MnO+CMn+2CO在溫度大于720℃時(shí)，會(huì)發(fā)生反應(yīng)：FeO+CFe+2CO上述三個(gè)反應(yīng)均會(huì)形成CO氣體，導(dǎo)致鐵液中CO氣體過飽和程度，產(chǎn)生過大的析出壓力，因而加劇了皮下氣孔的形成。防止措施：采用濕型鑄造時(shí)，必須嚴(yán)格控制型砂中的水分，其最多含水量不得超過5.5%。(Fe、Mg）C+H2O（鑄型中）（Fe、提高澆注溫度，特別是對(duì)于薄壁鑄件，澆注溫度不得低于1350℃。球化處理后扒渣、澆注前擋渣，以防止更多的

隨鐵液進(jìn)入鑄型。球化處理后，令鐵液靜置片刻，這對(duì)

顆料上浮進(jìn)入渣中后排除有利。提高鑄型的透氣性，有助于減輕皮下氣孔。采用冰晶石粉可有效減輕皮下氣孔，冰晶石粉遇水發(fā)生如下反應(yīng):NaAlF6+2H2ONaAlO2+2NaF+4HF由于冰晶石與水的作用結(jié)果，就避免了水與鐵液中Mgs的作用。避免鐵液中含有鋁，因?yàn)樗着c水蒸氣反應(yīng)，而產(chǎn)生氫氣孔，按下式進(jìn)行反應(yīng)：提高澆注溫度，特別是對(duì)于薄壁鑄件，澆注溫度不得低于1350℃3H2O+2ALAL2O3+3H2為此，硅鐵中的含鋁量限制在0.5%-1.0%范圍內(nèi)。如果含鋁量大于2%，則易生成氫氣孔。在型砂中附加還原性的碳質(zhì)添加物，可防止皮下氣孔的產(chǎn)生。改進(jìn)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)。夾渣夾渣缺陷多出現(xiàn)在鑄件上表面，或是型芯下表面的死角處，按形態(tài)，夾渣有三種類型：第一型粗大渣是2Mg.SiO2+MgS(FeS)；第二型是條狀渣MgO；第三型細(xì)小渣是MgO+MgS。它們是以單獨(dú)的或復(fù)合型析出的。另外，一型粗大渣中還?；煊蠥L2O3。按形成的時(shí)間，夾渣可以分為一次夾渣和二次夾渣。一次夾渣產(chǎn)生于處理過程，一般容易清除干凈，但有時(shí)也可進(jìn)入鑄件中，便構(gòu)成一次夾渣。從球化處理鑄件凝固結(jié)束這段時(shí)間形成的夾渣稱作二次夾渣。這種渣不易清除，進(jìn)入鑄件中構(gòu)成二次夾渣，使力學(xué)性能降低。3H2O+2ALAL2O3+3H2夾渣斷口呈灰褐色，無金屬光澤；有時(shí)呈大面積分布，有的則呈斑點(diǎn)分布在鑄件的基體中。距鑄件表面較近處往往是一次夾渣，在鑄件內(nèi)部則往往是二次夾渣。在光學(xué)顯微鏡空，在夾渣區(qū)域除有球狀石墨外，還有片狀石墨、晶間點(diǎn)狀石墨及氧化物、硫化物等。夾渣區(qū)的石墨數(shù)量一般比正常組織中高出許多，甚至高出1倍。氧化物多以灰色樹枝狀或條紋狀形式存在；硫化物則多以點(diǎn)狀或不規(guī)則條狀集合體形式存在。夾渣周圍有白亮色的鐵素體。在低倍光學(xué)顯微鏡下，很難區(qū)分夾渣物與片狀石墨；但在高倍則很容易區(qū)分。在夾渣區(qū)，由鑄件表面至內(nèi)部，化學(xué)成分不斷變化。為此，可將夾渣區(qū)分為夾渣層（一次夾渣）、夾雜物層（二次夾渣）和石墨偏析層。（表8-3）由表8-3中可以得知，夾渣層含硫、硅、鎂較多。夾渣斷口呈灰褐色，無金屬光澤；有時(shí)呈大面積分布，有的則呈斑點(diǎn)表8-3球墨鑄鐵夾渣區(qū)和正常組織區(qū)的化學(xué)成分

化學(xué)成分部位碳硫硅磷錳鎂夾渣層3.550.1983.150.0630.640.05-0.15夾雜物層4.20.132-0.082.660.0690.540.05-0.15石墨偏析層5.540.02-0.042.360.0640.580.05-0.08正常組織區(qū)3.440.02-0.082.400.0680.530.05-0.08例如，硫比正常組織區(qū)要高數(shù)倍，鎂可高出1-2倍，硅可高出50%。在夾雜物層中硫鎂硅的含量比夾渣層的要少，但仍比正常組織區(qū)的高出許多。在石墨偏析層（它與正常組織區(qū)緊密相連）中，含碳量稍高，其他硅、鎂的含量則屬正常。在夾渣區(qū)內(nèi)，有相當(dāng)部分的硅、鎂、硫是化合物形式存在。經(jīng)分析，夾渣區(qū)的化合物組成有：MgO/SiO2/Mg2SiO3/Mg2SiO4/MgS/AL2O3/FE2SiO4及表8-3球墨鑄鐵夾渣區(qū)和正常組織區(qū)的化學(xué)成分一些玻璃相，其中，MgO/SiO2和鎂的硅酸鹽幾乎占夾渣問題的一半。并且，一次夾渣多為

Mg2SiO4;。二次夾渣則多為MgSiO3。因此，要采取的預(yù)防措施就是：在保證球化的前提下，盡量減少殘留鎂量，原鐵液中的氧、硫含量必須減至最低；在球化劑中含有稀土和鈣，可減少加鎂量和殘留鎂量。采用茶壺式前爐和鐵液包，使所產(chǎn)生的熔渣完全分離開。澆注溫度低，產(chǎn)生MgO和SiO2，它們相結(jié)合而形成鎂橄欖石，與

Al2O3也能結(jié)合，由此形成夾渣，在1350℃以下時(shí)會(huì)急劇產(chǎn)生鎂橄欖石。另外，鐵液紊流易氧化，促進(jìn)了這些反應(yīng)，因此，必須在澆注系統(tǒng)、澆注方法上注意，避免鐵液發(fā)生紊流。球化處理時(shí)，在球化劑表面添加0.02%-0.1%的冰晶石粉或氟碳酸鈉粉，能減少夾渣的形成。在澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，可采取以下措施：一些玻璃相，其中，MgO/SiO2和鎂的硅酸鹽幾乎占夾渣問題在直澆道底部或橫澆道連接部位設(shè)置集渣包；或者在澆注系統(tǒng)中設(shè)置阻流擋渣及濾網(wǎng)。澆注時(shí)的壓頭必須盡可能降低。必要時(shí)，把橫澆道分成上型、下型，以減小壓力。也右在橫澆道中設(shè)置集渣冒口，使鐵液旋轉(zhuǎn)渣子上浮。在型內(nèi)孕育時(shí)，要使FeSi上浮至表面而形成異常的組織，造成機(jī)械加工性能惡化。還可以在橫澆道的頂端延伸一段用作集渣段，但在此處不得開設(shè)內(nèi)澆口。生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明，采用珍珠巖或其他優(yōu)質(zhì)結(jié)渣劑對(duì)于消除一次夾渣具有明顯效果。提高鐵液純凈度和提高澆注溫度可顯著減少二次夾渣。在直澆道底部或橫澆道連接部位設(shè)置集渣包；或者在澆注系統(tǒng)中設(shè)置石墨漂浮石墨漂浮是指在鑄件的上表面，有大量的石墨球聚焦，并且，此時(shí)石墨球的形態(tài)，由原來致密的球狀轉(zhuǎn)變成開花狀，由此，惡化了鑄件的表面質(zhì)量和力學(xué)性能。球墨鑄鐵件的健全程度與其碳當(dāng)量密切相關(guān)。一般是采用共晶成分，以減少縮孔和縮松傾向。由于加鎂進(jìn)行球化處理，導(dǎo)致鐵液過冷，致使鐵液的共晶成分向右偏移。因此，對(duì)于一般的球墨鑄鐵，大多采用的碳當(dāng)量為4.3%-4.7%，這對(duì)于中小型鑄件是適用的，但是，對(duì)于厚大斷面的球墨鑄鐵，則要把碳當(dāng)量范圍降至4.3%-4.4%。否則就會(huì)出現(xiàn)石墨漂浮現(xiàn)象。隨鑄件壁厚增加，液相線共晶成分CEL值會(huì)減少，以避免產(chǎn)生石墨漂浮。產(chǎn)生石墨漂浮現(xiàn)象的可能性，不僅與鐵液的碳當(dāng)量有關(guān)；也和鑄件的幾何形狀和冷卻速度有關(guān)。另外，它還可能與鐵液的形核程度有關(guān)。但是，其中冷卻速度的影響要明顯得多。對(duì)于厚大斷面的球墨鑄件，如果采用金屬型以加速冷卻，則把碳當(dāng)量提高到4.6%-4.7%，也不會(huì)出現(xiàn)石墨漂浮。石墨漂浮石墨漂浮現(xiàn)象還與澆注溫度有關(guān)，當(dāng)澆注溫度過高時(shí)，鐵液會(huì)較長時(shí)間不能凝固，致使在液態(tài)析出的石墨球，因熱力學(xué)上不穩(wěn)定，故它們會(huì)自動(dòng)地彼此團(tuán)聚，聚焦成體積更大的石墨球，由于石墨球與鐵液的密度差很大，因而加劇了石墨的漂浮現(xiàn)象。由表8-4中可以看出，隨著鑄件壁厚的增加及澆注溫度的提高，臨界最大液相共晶成分降低，也就是允許的碳當(dāng)量降低。此時(shí)，若超過允許的碳當(dāng)量值，出現(xiàn)石墨漂浮的概率會(huì)增大。若要提高淳樸共晶成分值，例如，若要將其值由4.15%提高至4.31%，對(duì)于壁厚為80mm的鑄件來說，就要把澆注溫度從1455℃降至1315℃。CEL質(zhì)量分?jǐn)?shù)鑄件壁厚mm2030508013154.564.524.444.3113404.534.494.414.2713704.504.464.384.2414004.474.434.354.2114254.454.404.324.1914554.424.374.294.15澆注溫度℃CEL＝C+1/4Si+1/2P表8-4出現(xiàn)石墨漂浮的臨界最大液相共晶成分與鑄件壁厚、澆注溫度的關(guān)系石墨漂浮現(xiàn)象還與澆注溫度有關(guān)，當(dāng)澆注溫度過高時(shí)，鐵液會(huì)較長時(shí)反白口現(xiàn)象在鑄鐵件的斷面上，出現(xiàn)與正常的斷面相反的現(xiàn)象。在鑄件件的中心部位或是在緩慢冷卻（熱節(jié)）的部位，本來是應(yīng)該出現(xiàn)灰口組織，但卻出現(xiàn)的是白口組織或是麻口組織；但是，在鑄鐵件的外表層或是在冷卻較快的部位，本來應(yīng)該是出現(xiàn)白口組織或是麻口組織，但卻出現(xiàn)灰口組織。廣義來說，在灰鑄鐵和球墨鑄鐵件都會(huì)出現(xiàn)反白口現(xiàn)象。不過，在灰鑄鐵領(lǐng)域，一般是在生產(chǎn)過共晶成分的活塞環(huán)時(shí)出現(xiàn)。在球黑鑄鐵領(lǐng)域，特別是在我國球墨鑄鐵件生產(chǎn)中，往往加入了更多的稀土和硅，因而，經(jīng)常在緩慢冷卻的厚大斷面球墨鑄鐵件和熱節(jié)部位出現(xiàn)反白口現(xiàn)象。在鑄鐵件中出現(xiàn)反白口現(xiàn)象，使機(jī)械加工困難、加劇刀具磨損；另外，在產(chǎn)生反白口現(xiàn)象的部位，往往出現(xiàn)縮松，基體組織中含有較多的碳化物，因而導(dǎo)致該部位的力學(xué)性能降低，特別是使塑性指標(biāo)降低。反白口現(xiàn)象產(chǎn)生的原因近代對(duì)球墨鑄鐵的微分成分分析表明，成分偏析的確存在，尤其是慢冷的厚大斷面球墨鑄鐵件，其偏析現(xiàn)象更為嚴(yán)重。用電子探針對(duì)球墨鑄鐵中石墨球周圍及其共晶團(tuán)邊界元素分布所進(jìn)行的分析結(jié)果。由圖可以看出，在共晶團(tuán)邊界常富集的有錳、鉻、鉬、釩、稀土等形成碳化物元素及磷、硫、錫、銻、鉍、砷等低熔點(diǎn)元素，這些元素富集在共晶團(tuán)邊界稱作正偏析元素；而在共晶團(tuán)內(nèi)部、沿石墨球周圍，則富集硅、銅、鎳、鋁等促進(jìn)石墨化元素，這些元素稱作負(fù)偏析元素。例如，某大型軋輥的平均成分是Ｃ：4.0%，Ｓi:2.52%,Mn:0.71%,P:0.41%S:0.015%,Cr:0.086%;經(jīng)測定，在呈正偏析的區(qū)域里，C:5.09%,Si:0.09%,Mn:1.72%,Cr:0.44%;在呈負(fù)偏析的區(qū)域里則C:0.93%,Si:2.55%,Mn:0.65%,Cr:0.08%.產(chǎn)生的原因S:0.015%,Cr:0.086%;經(jīng)測定，在呈球墨鑄鐵中的含硅量越多，則硅的偏析也就越嚴(yán)重。根據(jù)Fe—C—Si相圖分析，在接近平衡的條件下，先結(jié)晶凝固的是高硅相，因而容易出現(xiàn)灰口組織；后結(jié)晶凝固的則是低硅相，因而容易出現(xiàn)白口組織（或是麻口組織）。在出現(xiàn)硅呈負(fù)偏析的同時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)碳化物形成元素在共晶團(tuán)邊界的正偏析，特別是，由于球化劑中的稀土元素，它們易形成碳化物，因而在鑄件緩慢冷卻的部位出現(xiàn)稀土元素的寫信，并形成碳化物，導(dǎo)致白口傾向加大，使反白口現(xiàn)象加劇。三、防止措施（1）控制球墨鑄鐵中的含硅量不得過高。即使是鐵素體基體的球墨鑄鐵，建議其最高含硅量不超過2.5%-2.7%。對(duì)于珠光體基體的球墨鑄鐵，其最高含硅量不超過2.2%。（2）控制球墨鑄鐵中的含錳量，即使是珠光體球墨鑄鐵，建議其最高含錳量不超過0.8%；對(duì)于鐵素體基體的球墨鑄鐵，其最高含錳量不超過0.3%。球墨鑄鐵中的含硅量越多，則硅的偏析也就越嚴(yán)重。根據(jù)Fe—C—（3）控制球墨鑄鐵中的殘余稀土量。為此，使用含稀土量較少的球化劑，球化劑中的稀土在3%以下為宜。（4）改善孕育技術(shù)，提高孕育效果，采取延后孕育，使球墨鑄鐵在一次結(jié)晶時(shí)，出現(xiàn)盡可能多的石墨球。（5）在工藝設(shè)計(jì)方面，盡量消除鑄件各部位在冷卻速度上的過大差別?？刹捎孟鄳?yīng)的冷鐵工藝。（6）在熔煉方面，要防止底焦過低和送風(fēng)量過大，由此會(huì)導(dǎo)致元素?zé)龘p嚴(yán)重和鐵液中FeO含量過高。（7）采取高溫退火工藝，可局部消除反白口現(xiàn)象，但要完全消除各元素的微區(qū)分析，即使采取高溫均勻化退火，也是不可能的。碎塊狀石墨現(xiàn)象碎塊狀石墨是厚大斷面（壁厚不小于100mm）球墨鑄鐵中或是在熱節(jié)部位經(jīng)常出現(xiàn)的畸變石墨。在宏觀斷口上，可看到（3）控制球墨鑄鐵中的殘余稀土量。為此，使用含稀土量較少的球1-3mm大小的黑色斑點(diǎn)在鑄件緩慢冷卻的中心區(qū)域。出現(xiàn)碎塊狀石墨的部位，質(zhì)地疏松，惡化力學(xué)性能，特別是塑性指標(biāo)有明顯下降。圖8-12是典型的碎塊狀石墨光學(xué)顯微鏡照片。試樣取自直徑200mm的厚大斷面球墨鑄鐵的熱中心處。在光學(xué)顯微鏡下看來碎塊狀石墨是彼此孤立的，并且往往伴隨有圓整的球狀石墨。但是，把試樣進(jìn)行深腐蝕并在掃描電子顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，碎塊狀石墨有其自己的共晶團(tuán)，在一個(gè)共晶團(tuán)內(nèi)部，碎塊狀石墨是互相聯(lián)系在一起的；并且，由于它是在緩慢凝固時(shí)得到的，因而共晶團(tuán)要大得多，其幾何形狀也大全本上呈球形。圖8-13是碎塊狀石墨共晶團(tuán)經(jīng)深腐蝕后的掃描電子顯微鏡照片。圖8-14是經(jīng)深腐蝕后，在高倍下揭示的碎塊狀三圍呈角錐體互相聯(lián)系在一起的情況。從圖8-14中可以看出。碎塊狀石墨是沿（0001）向，向外長大的。由于這些石墨很細(xì)小而且頻繁，所以碎塊狀石墨共晶團(tuán)內(nèi)往往伴隨的金屬基體是鐵素體。1-3mm大小的黑色斑點(diǎn)在鑄件緩慢冷卻的中心區(qū)域。出現(xiàn)碎塊狀鑄鐵主要缺陷及防止課件二產(chǎn)生的原因關(guān)于碎塊狀石墨形成的機(jī)制，至今沿不完全清楚。由掃描電子顯微鏡觀察表明，鐵液對(duì)碎塊狀石墨有沖蝕作用。首先生成的是碎塊石墨共晶團(tuán)。后來，由于凝固過程進(jìn)行十分緩慢，形成的共晶團(tuán)尺寸粗大；又由于這種碎塊狀石墨分枝頻繁和細(xì)小，因而在其端部的聯(lián)系松散，在鐵液熱對(duì)流的作用下，有可能使靠近共晶團(tuán)邊界的石墨，被沖蝕而形成游離的碎塊。另外，較大尺寸的碎塊狀石墨在熱對(duì)流作用下，分裂成尺寸更小的碎塊石墨，因而，從共晶團(tuán)內(nèi)游離出來，漂浮在共晶團(tuán)邊界處。別處，由于凝固收縮，析出的石墨球比一般的初生石墨球要大得多。當(dāng)超過某一尺寸時(shí)，這些石墨球中的鐵包含物增多。隨著這些石墨球在鐵液中的進(jìn)一步長大，因尺寸變化會(huì)形成內(nèi)應(yīng)力。由于在長大過程中所引起的內(nèi)應(yīng)力的不斷增加，超過一定值時(shí)，致使石墨球開始破裂形成碎塊。在凝固過程中，二產(chǎn)生的原因鐵液對(duì)流可使這些碎塊變得更小，并且，它們被鐵液的熱紊流作用沖入樹枝晶間，形成碎塊塊石墨的結(jié)晶核心。三、防止措施（一）化學(xué)成分碳當(dāng)量的影響最大，在厚大斷面球墨鑄鐵中，在不產(chǎn)生石墨漂浮的前提下，應(yīng)盡量提高碳當(dāng)量。經(jīng)研究表明，碳當(dāng)量的變化會(huì)明顯影響石墨形狀。隨著碳當(dāng)量增加，石墨球數(shù)增加，非球狀石墨減少。因此，對(duì)于亞共晶成分的球墨鑄鐵，冷卻速度緩慢將使球狀石墨畸變；對(duì)于共晶成分的球墨鑄鐵，即使冷卻速度緩慢，石墨仍然保持球狀；對(duì)于過共晶成分的球墨鑄鐵，則石墨不僅圓整，而且細(xì)小。但是，在劑中含有稀土的情況下，則碎塊狀石墨容易形成。為此，建議碳當(dāng)量在4.2%-4.4%之間。另外，碎塊狀石墨與含硅量有密切關(guān)系，增加含硅量將促使碎塊狀石墨的形成。為此，在厚大斷面球墨鑄鐵中，盡量采鐵液對(duì)流可使這些碎塊變得更小，并且，它們被鐵液的熱紊流作用沖取較低的含硅量，例如，對(duì)于珠光體球墨鑄鐵，其最高含硅量不超過2.2%。過量的稀土將導(dǎo)致碎塊狀石墨的加劇。生產(chǎn)實(shí)踐表明，如果殘余稀土量超過殘余鎂量，在厚大斷面球墨鑄鐵中，必然會(huì)出現(xiàn)碎塊狀石墨。為此，殘余稀土量不得超過0.03%。此外，在厚大斷面球墨鑄鐵中，由于凝固過程緩慢，導(dǎo)致鎂的蒸發(fā)損失。為此，要把殘余鎂量控制在更虞美人水平，殘余锏不得小于0.05%。（二）孕育對(duì)于厚大斷面球墨鑄鐵，當(dāng)每1平方厘米面積上的石墨球數(shù)達(dá)60個(gè)以上時(shí)，可不出現(xiàn)碎塊狀石墨。采取延后孕育，對(duì)于增加厚大斷面球墨鑄鐵的石墨球數(shù)也同樣是有效的。采用型內(nèi)孕育，可使石墨球數(shù)增加2倍。采用長效、高效劑如采用含鍶和鋯的孕育劑，可使凝固時(shí)間長達(dá)3小時(shí)的厚大斷面球墨鑄鐵中仍保持有細(xì)小、均勻的球狀石墨。采用含鋇2%的75SiFe，也具有長效孕育的作用。取較低的含硅量，例如，對(duì)于珠光體球墨鑄鐵，其最高含硅量不超過對(duì)于厚大斷面球墨鑄鐵，采用粗顆粒的（如3-5mm）或是團(tuán)塊狀的孕育劑進(jìn)行孕育處理，對(duì)克服碎塊狀石墨是有利的。但是，孕育過量也將導(dǎo)致形成碎塊狀石墨。為此，延后孕育采用的孕育劑加入量，不得超過0.1%。（三）微量元素在厚大斷面球墨鑄鐵中，可與鈰一起加入適量的銻、鉍等微量元素。銻和鉍本來是干擾球化的元素，這里不但不會(huì)干擾石墨球化，反而能消除碎塊狀石墨。在沒有鈰和其它微量元素的情況下，加入0.002%的銻，可200mm斷面球墨鑄鐵的中心部位的石墨非常圓整。銻的吸收率為80%-85%，而且回爐料中的銻也大部分可以回收。在用回爐料和未知成分爐料時(shí)，易使銻0.005%。因此，在加銻的同時(shí)，要加入0.01%-0.05%的鈰，以抵消銻和其他干擾元素的破壞作用。對(duì)于厚大斷面球墨鑄鐵，采用粗顆粒的（如3-5mm）或是團(tuán)塊狀工藝措施:最有效的工藝措施是采用金屬型或是冷鐵。實(shí)踐表明采用金屬型可顯著縮短凝固時(shí)間。因而，減少碎塊狀石墨出現(xiàn)的幾率。對(duì)于φ300mm的圓柱形鑄件，在砂型中的凝固時(shí)間是120分鐘；而在金屬型中的凝固時(shí)間縮短為60分鐘；對(duì)于的圓柱形鑄件，在砂型砂中的凝固時(shí)間為60分鐘；而在金屬型中的凝固時(shí)間則縮短為30分鐘。此時(shí)，就不會(huì)有碎塊狀石墨的出現(xiàn)。此外，澆注溫度要盡量降低，不要超過1400℃。還要防止采用過大的冒口！工藝措施:鑄鐵主要缺陷及防止鑄鐵主要缺陷及防止一、灰鑄鐵一、料硬、白口與反白口在灰鑄鐵中，碳化物可造成下列組織缺陷：料硬、白口和反白口?！傲嫌病币话阒赴l(fā)生在鑄件局部（如棱角、凹槽、凸面、表面等）的難加工點(diǎn)。料硬、白口和反白口缺陷的特征和控制見下表一、灰鑄鐵一、料硬、白口與反白口組織缺陷料硬與白口反白口特征鑄件斷面上，局部或全部出現(xiàn)白亮組織（滲碳體），通常位于薄斷面、棱角、邊緣等部位。硬度高，性脆，難加工在熱節(jié)部位出現(xiàn)白亮塊或隱約呈現(xiàn)有方向的白亮針。其金相特點(diǎn)為過冷密集細(xì)針狀滲碳體，穿透分布。小件多出現(xiàn)，厚大件的心部有時(shí)會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)狀滲碳體。形成原因1、碳當(dāng)量過低，錳、硫等阻礙石墨化的元素過多；2、鑄件的冷卻速度太快，如薄壁，冷鐵設(shè)計(jì)不當(dāng)，開箱過早在鑄型內(nèi)的冷卻時(shí)間不足等。1、碳化物穩(wěn)定元素Cr、Mn、Mo、Mg、Ce等富集在鑄件中心。鎂、鈰偏析強(qiáng)烈形成反白口。2、鑄件結(jié)構(gòu)。反白口常發(fā)生在薄壁交叉的熱節(jié)處，如連桿的桿身。3、孕育失效。如包底剩余鐵水常造成反白口。4、鐵液含氫量高，凝固過程中氫氣集中在鑄件中心部位，阻止石墨化而促使形成反白口。預(yù)防措施1、正確配料，注意廢鋼、白口鐵、含氣爐料對(duì)白口傾向的遺傳性。廢鋼尤應(yīng)薄料、小塊進(jìn)爐。2、保證碳當(dāng)量（宜低碳高硅），限制反石墨化元素硫、鉻、碲、釩等。3、合理選擇孕育劑及其加入量，減少白口、增加共晶團(tuán)數(shù)量。4、合理使用涂料、冷鐵；造型起模、修型時(shí)，不宜多刷水。5、復(fù)雜、薄壁灰鑄鐵件，延遲開箱。1.嚴(yán)格控制鐵液的化學(xué)成分和反石墨化元素。2.加強(qiáng)孕育，減少孕育衰退。如在澆口杯內(nèi)孕育劑量由0.15%增加到0.3%，解決了120柴油機(jī)連桿的反白口。3.提高小鑄件的澆注速度。組織缺陷料硬與白口反白口特征鑄件斷面上，局部或全部出現(xiàn)白亮組二、縮孔與縮松（一）形成原因鑄鐵件在凝固過程中，因液態(tài)收縮和凝固收縮，在鑄件的熱節(jié)或最后凝固的部位將出現(xiàn)縮孔和縮松?？s孔的容積大而集中，形狀不規(guī)則，表面粗糙，可以看到相當(dāng)發(fā)達(dá)的樹枝狀晶末梢?？s松細(xì)小而分散，常分布在鑄件的熱節(jié)軸心處或集中性縮孔的下方。灰鑄鐵在凝固過程中還將伴隨石墨的析出而發(fā)生體積膨脹，這種膨脹可能將凝固前期所形成的體收縮的一部分或全部抵消。如果鑄型剛度較差，在石墨化膨脹壓力作用下，就會(huì)造成型壁向外遷移，使鑄鐵件的尺寸增大，體積也相應(yīng)增加，最終將使鑄鐵件內(nèi)縮孔總?cè)莘e增加。當(dāng)鐵液的結(jié)晶溫度或凝固區(qū)域較寬，傾向于糊狀凝固方式，或鑄鐵件斷面上的溫度梯度小，均易形成細(xì)小分散的縮松。形成鑄鐵件縮孔和縮松的總體積可用式（3-7）表示：V縮總＝V液縮+V凝縮-V石脹+V型移式中，V縮總——縮孔、縮松總體積V——液態(tài)收縮體積V凝縮——凝固收縮體積V石脹——石墨化膨脹體積V型移——型壁遷移增加的縮孔體積按含碳量的不同，灰鑄鐵的凝固體收縮率在+4.3%~-1.5%之間。碳當(dāng)量為4.43%灰鑄鐵，在1300℃，澆注時(shí)縮孔率為0.91%。二、縮孔與縮松（二）防止方法主要從鐵液本身、鑄型條件和鑄造工藝等方面考慮。（1）鐵液的化學(xué)成分，特別是碳、硅含量的選擇，能影響到灰鑄鐵的石墨化膨脹體積。對(duì)于亞共晶灰鑄鐵，含碳量增加，析出的石墨量較多，使石墨化膨脹體積增大，有利于減少或消除縮孔和縮松。（2）鐵液的澆注溫度直接影響到液態(tài)收縮體積的大小，故不論對(duì)何種鑄鐵，都應(yīng)有適宜的澆注溫度。澆注溫度太高，析出的石墨量增多，將使液態(tài)收縮體積增大，也將增加縮孔、縮松的趨勢。（3）鑄型剛度的大小將直接影響到灰鑄鐵在凝固過程中因型壁遷移所增加的縮孔體積大小，所以應(yīng)根據(jù)鑄鐵件的要求及實(shí)際生產(chǎn)條件合理地選擇鑄型。（4）根據(jù)灰鑄鐵的凝固特點(diǎn)，采用合理補(bǔ)縮的原則來設(shè)計(jì)澆冒口系統(tǒng)。應(yīng)充分利用鑄件的自補(bǔ)縮能力，冒口只是補(bǔ)充自補(bǔ)縮不足的差額。三、鑄造應(yīng)力、變形和開裂（一）影響鑄造應(yīng)力的因素鑄鐵件在凝固、收縮時(shí)受到阻礙會(huì)產(chǎn)生鑄造應(yīng)力。當(dāng)鑄造應(yīng)力（有時(shí)還有外力作用）超過鑄鐵的屈服強(qiáng)度，則會(huì)產(chǎn)生變形和撓曲。而當(dāng)鑄造應(yīng)力超過鑄鐵的強(qiáng)度極限時(shí)，則會(huì)使鑄鐵件開裂。凡是能促進(jìn)石墨化、降低彈性模量、減少收縮量及減緩鑄件冷卻速度的因素都有利于減少鑄件中的殘余應(yīng)力。為此應(yīng)提高碳當(dāng)量，尤其是碳量。在相同碳當(dāng)量下，硅量過（二）防止方法高（Si>3%）會(huì)減少石墨量、降低熱導(dǎo)率、增加收縮。錳和硫阻礙石墨化，尤其是錳高硫低會(huì)增加應(yīng)力。合金元素含量較高時(shí)，使傳熱系數(shù)降低、彈性模量提高、線收縮增加、鑄造應(yīng)力加大。鑄鐵件產(chǎn)生變形和開裂的共同原因是由于在冷卻過程中產(chǎn)生了鑄造應(yīng)力。因此將鑄造應(yīng)力減至最小程度是防止鑄鐵件產(chǎn)生變形和開裂的最根本方法。（二）減小鑄造應(yīng)力的方法減小鑄鐵件中的鑄造應(yīng)力，可使經(jīng)機(jī)械加工后的鑄件具有較好的尺寸穩(wěn)定性和精度的持久性。主要應(yīng)設(shè)法減小鑄件在冷卻過程中各部分的溫度差，實(shí)現(xiàn)同時(shí)凝固原則；改善鑄型和型芯退讓性；適當(dāng)增加鑄鐵件在型內(nèi)的冷卻時(shí)間，以免擴(kuò)大各部分的溫差。形狀比較復(fù)雜，尺寸穩(wěn)定性要求較高的鑄鐵件應(yīng)用人工加熱時(shí)效、振動(dòng)時(shí)效或自然時(shí)效的方法來降低鑄造應(yīng)力。鑄造應(yīng)力一般在400-600℃之間產(chǎn)生。有時(shí)過強(qiáng)的拋丸清理也會(huì)在鑄件表層產(chǎn)生壓應(yīng)力。鑄造應(yīng)力可在480-600℃之間的人工時(shí)效熱處理來削除，但僅推薦用于單件小批、尺寸精度要求特別高的鑄件。四、非金屬夾雜物（一）存在形態(tài)鑄件中的非金屬夾雜物是指石墨、碳化物、基體、磷共晶以外的組成物。按其成分有氧化物、硫化物、硅酸鹽、氮化物，以及由它們組成的多種元素的復(fù)雜化合物。在普通灰鑄鐵中，用電解法分離發(fā)現(xiàn)，在1立方厘米體積內(nèi)，僅穩(wěn)定的氧化物SiO2、FeO-MnO、Al2O3等高達(dá)500萬個(gè)，其中70%的尺寸在0.2-1.0μm之間。用定量金相分析方法發(fā)現(xiàn)，1立方厘米體積中約有4300萬個(gè)硫化物（Mns、FeS-MnS等）夾雜，其尺寸高（Si>3%）會(huì)減少石墨量、降低熱導(dǎo)率、增加收縮。錳和硫阻為2-23μm。上述這些夾雜物在普通灰鑄鐵中的總含量約為0.01%。在合金鑄鐵中有各種合金元素的硫、氧、氮化合物和復(fù)合物。夾雜物的形狀和分布方式與夾雜物的類型及來源有關(guān)。若夾雜物形成時(shí)間早，并以固態(tài)夾雜物的形式出現(xiàn)在鐵液中，一般多具有一定的幾何形狀（如方形、三角形的TiN夾雜物）；若夾雜物以液態(tài)的第二相存在于鐵液中，由于表面張力的作用，則多呈球狀（如一些硅酸鹽）。若夾雜物析出的時(shí)間晚，則多沿晶界分布，按其晶界濕潤情況的不同，或呈顆粒狀，或呈薄膜狀（如FeS)。鑄鐵中氧化物夾雜的數(shù)量比鋼中少。由于鑄鐵中的碳、硅含量高，足以脫氧，故不應(yīng)有游離的氧化亞鐵夾雜物。鑄鐵中錳高、硫低時(shí)，析出的夾雜物幾乎純粹是晶體狀的硫化錳；而錳低、硫高時(shí)，在硫化物中主要是硫化鐵，其形狀較圓。（二）非金屬夾雜物對(duì)灰鑄鐵件的質(zhì)量的影響非金屬夾雜物對(duì)灰鑄鐵件質(zhì)量的影響見表3-20.（三）非金屬夾雜物的控制（1）減少非金屬夾雜物的途徑見表3-21.（2）鐵液的過濾。目前鐵液的過濾多在澆注系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行，即在其適當(dāng)位置安放高硅氧纖維網(wǎng)或小方孔蜂窩狀的高溫陶瓷或碳化硅等雜質(zhì)的過濾片。鐵液經(jīng)過過濾，能阻擋住大量硫化物、氧化物、大尺寸的石墨等夾雜物和渣，從而改善了鑄鐵4的結(jié)晶，提高了灰鑄鐵的力學(xué)性能和切削性能，降低了鑄件廢品率。為2-23μm。上述這些夾雜物在普通灰鑄鐵中的總含量約為項(xiàng)目影響規(guī)律及說明力學(xué)性能對(duì)于普通灰鑄鐵，粗大的片狀石墨，對(duì)鑄鐵基體的削弱程度遠(yuǎn)大于非金屬雜物，但不可忽視非金屬雜物的作用，對(duì)于高牌號(hào)或特殊性能的灰鑄鐵而言，非金屬夾雜物的破壞作用有時(shí)大于石墨的影響力疲勞性能1.疲勞裂紋。疲勞裂紋的起點(diǎn)處往往有夾雜物。鑄件的脆斷與由夾雜物生成的裂紋長大變寬的過程有關(guān)。2.疲勞強(qiáng)度。當(dāng)夾雜物增多時(shí)，基體經(jīng)熱處理后，硬度越高，疲勞強(qiáng)度下降越顯著。鑄造性能1.流動(dòng)性。當(dāng)鐵水中含有懸浮狀難熔固體夾雜物時(shí)，其數(shù)量越多，對(duì)于流動(dòng)性影響越大。低溫氧化鐵水的流動(dòng)性極差，就是因?yàn)槠渲泻写罅繎腋罟?、錳和其他合金元素的氧化夾雜物，這種鐵水是由于爐內(nèi)溫度低，強(qiáng)氧化性爐氣和氧化物不能被碳不愿所致2.裂紋。易熔的非金屬夾雜物往往是造成鑄件熱裂的主要原因3.疏松與滲漏。一些非金屬夾雜物，由于熱膨脹系數(shù)的差異，在鑄鐵凝固時(shí)形成縮松組織，使承受水壓或氣壓的鑄件發(fā)生滲漏。電性能非金屬夾雜物不是鐵磁性物質(zhì)，它的存在減少了鐵磁性基體的體積，破壞其連續(xù)性；夾雜物的存在（在晶體上或晶粒內(nèi)）使基體變形產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，因而基體磁化不均勻?qū)τ诖判?，?xì)小分散的夾雜物比粗大聚焦的影響大，長條針狀物比球狀的影響大。非金屬夾雜物各有不同的導(dǎo)電性質(zhì)，其分布形態(tài)亦對(duì)鑄鐵的電阻有很