球铁铸件缩孔、缩松的成因与防止.doc

球铁铸件缩孔、缩松的成因与避免摘要:球墨铸铁大多数是共晶或过共晶成分,其糊状凝固方式使铸件外壳没有抵御石墨化膨胀能力，因而铸型产生型壁迁移，增大铸件体积，极易产生内部缩孔、缩松球墨铸铁凝固时，在枝晶和共晶团间的最后凝固区域，收缩的体积得不到完全补充,留下的空洞形成宏观及微观缩松Lａ 有助于消除缩松倾向分析缩孔缩松形成因素并提出相应的避免措施，有助于减少由此产生的废品损失核心词:球墨铸铁、收缩、缩孔、缩松1　 前言1.1 缺陷形成因素球墨铸铁生产技术日臻完善,近年技术服务的实践表白，生产中浮现的锻造缺陷，完全可以用成熟的经验予以消除据简介:工业发达国家的锻造废品率可以控制在ﻩ1%如下[1]，国内先进水平也在 ２％左右，提高公司锻造技术水平，对减少废品十分重要球墨铸铁的缩孔、缩松缺陷是由于铁液的液态和凝固收缩引起的，缺陷分类见表 1表 1ﻩ球墨铸铁缩孔缩松显微缩松的特性和部位种ﻩ类ﻮ定ﻮ义特ﻮ征部位缩孔缩松ﻮ铁液收缩形成较大缺失空间铁液收缩形成细小缺失空间ﻮ缩孔内表面粗糙持续或断续米粒状疏松热节的上部缩孔下方、厚壁中心显微缩松ﻩ显微镜观测微细持续缺失空间ﻩ多角形疏松ﻮ枝晶间、共晶团边界间众所周知,灰铸铁是逐级凝固方式,球墨铸铁是糊状凝固方式。

逐级凝固可以使铸件凝固时形成一种坚实的封闭外壳,铸件全封闭外壳的体积收缩可以减小壳体内的缩孔容积糊状凝固的特点是金属凝固时晶粒在金属液内部整个容积内形核、生长，固相与液相混合存在有如粥糊大多数球墨铸铁是共晶或过共晶成分，其糊状凝固方式使铸件外壳没有抵御石墨化膨胀的能力，铸型产生型壁迁移，增大铸件体积,极易产生内部缩孔、缩松缺陷铸型冷却能力强,有助于铸件的容积凝固转变成逐级凝固，使铸件的分散缩松转变成集中缩孔然而,批量生产中湿砂型锻造很难被金属型或干砂型取代球墨铸铁凝固有如下三个特点,决定球墨铸铁是糊状凝固方式:① 球化和孕育解决明显增长异质核心，核心存在于整个熔体，有助于全截面同步结晶②ﻩ石墨球在奥氏体壳包围下生长,生长速度慢，延缓铸件表层形成坚实外壳;而片状石墨的端部始终与铁液接触，生长速度快，凝固时间短,促使灰铁铸件迅速形成坚实外壳③ﻩ球墨铸铁比灰铸铁导热率小 20%－３0%,散热慢,外壳生长速度减少[3]糊状凝固是容积凝固方式,收缩容积量是衡量,冒口也是容积凝固,因此缩松很难用冒口的措施清除资料简介：有学者通过测量铸铁的收缩、膨胀和冷却曲线研究凝固形貌与缩孔的关系球墨铸铁共晶凝固前期,由于析出奥氏体发生明显收缩;共晶后期，石墨球急剧长大产生膨胀。

人们盼望膨胀的体积可以抵消收缩但是大多数膨润土湿砂型的型壁退让,使膨胀补缩不能实现因此在锻造工艺上，应采用冒口对球铁铸件的热节共晶凝固前期进行液态补缩而后期的共晶膨胀则通过冒口颈的凝固,根据铸型型壁硬度,可以合适的使铸件致密显微缩松发生在铸铁最后凝固（Lasｔ to　Fｒeｅze)区域,简称 LTF 区域分散在奥氏体枝晶或晶粒间的金属液体,收缩后留下微小孔洞,肉眼难于辨认表 2 　缩松的种类、浮现部位与产生因素1种ﻮ类 部位分类ﻩ产 生ﻩ时 间ﻮ出ﻩ现 部ﻩ位产 生ﻩ原 因宏观缩松局部缩松 共晶凝固前期ﻩ奥氏体枝晶、共晶团晶簇间隙ﻩ热节中心最后凝固轴线缩松 共晶凝固中期 铸件厚大截面中心线处 结晶时间长显微缩松ﻩ分散缩松 共晶凝固后期 整个截面枝晶臂或共晶团间ﻩLＴＦ　区无补缩通道球墨铸铁的容积收缩大体可以提成四个阶段：① 一次收缩(primａry conｔractiｏｎ)：浇入铸件的液态金属温度减少必然产生液态收缩② 体积膨胀(voｌumｅ ｅｘpaｎsion):铁液凝固阶段析出奥氏体和石墨，计算表白每析出ω(Ｃ）：1%，铸铁体积增大 0．89%-0.9５%,实际铸铁体积增大 2%。

石墨化只是膨胀因素之一③ﻩ二次收缩（ｓｅｃondary cｏnｔracｔiｏn）：凝固后期奥氏体枝晶与共晶团之间铁液的凝固收缩二次收缩铁液的石墨化膨胀可以抵消显微缩松④ﻩ固态收缩(sｏliｄ cｏntｒａctｉoｎ)：铸件凝固后整体收缩固态收缩不产生缩孔、缩松[4]1．2　Ｌａ　球化剂、孕育剂的补缩作用球墨铸铁凝固时的石墨形态、石墨球数量和大小、碳化物的数量等可以通过加入新型球化剂和孕育剂得到改善铁液中生成碳化物的部分，缺少碳原子的析出，没有石墨膨胀，铁液凝固时体收缩值大一般用单位面积内石墨球数来评估球铁的冶金质量，冶金质量好的铸铁，在同样冷却速度下,液态收缩、体积膨胀和二次收缩都小，形成缩孔、缩松和铸件涨大变形的倾向小采用品有金属 La 的球化剂和孕育剂,在球墨铸铁凝固时，2-３　倍的增长石墨球数，大幅增长铁素体量,明显减少白口倾向，有效消除铸件热节部位缩松因此,对那些采用多种锻造工艺手段，仍然浮现缩孔缩松的球铁铸件,采用 Ｌａ　孕育剂和球化剂,减小缩孔缩松的形成，是非常故意义的本文 ２.３ 节将着重论述２．球墨铸铁铸件缩孔、缩松的避免2.1 提高冶金质量球墨铸铁铸件缩孔、缩松的成因比较复杂,影响铸铁一次收缩、体积膨胀和二次收缩的重要因素是冶金质量和冷却速度[4],以及球化剂和孕育剂的因素。

球墨铸铁冶金质量取决于原铁液化学成分、铁液纯净度和过热温度等三项冶金指标球化解决和孕育效果与冶金质量关系很大,采用　La 球化剂、Ｌa 孕育剂,二次孕育或型内孕育，对提高单位面积球数最为有效Lａ 孕育剂一般也被某些工厂用作消除缩松的添加材料球墨铸铁凝固品质应从奥氏体枝晶、石墨球数、共晶晶粒和最后凝固区域这几种方面评价其中，石墨球数是衡量球墨铸铁凝固品质的重要参数石墨球数可明显变化金属基体组织，石墨球数增多,球间距变小，缩短碳原子扩散距离,加速奥氏体→铁素体＋石墨的转化;石墨球数增多,力学性能明显改善，ＬTF 区面积缩小，减少碳化物、变态石墨、缩松缺陷事实上,石墨球数增多,使共晶晶粒数量多、直径小，明显减小 LＴＦ 空间体积；石墨球数增多,石墨球径明显减小，力学性能明显提高[3］2.1.1 铁液重要化学成分(1)碳当量：球墨铸铁由于受镁和稀土的影响共晶点右移,ω（CE)＝4.45%-4．5％之间生产中ω（CＥ)＝4．６％-4.8%，铁液的流动性最佳,有助于铸件成形和补缩图 １ 表白碳当量与球铁缩孔体积的关系碳当量在 4．20%时缩孔体积最大，随着碳当量继续增长，缩孔体积开始减小，到碳当量 4.8%时缩孔体积最小[1]。

图　2 表白碳当量与球铁缩松的关系图中碳当量在 4.8%时缩松倾向最小应当阐明的是：图 2　采用试样尺寸:Ф90mm×1４０mm,用缩松范畴最低部位至试样底部距离表达缩松严重限度，距离越大,缩松倾向越小为此，碳当量控制在 4.7％－４.８％，效果最佳[1]2(2）碳和硅：由于石墨密度为　2.2g/㎝3，铸铁的密度为 7g/㎝3,同等重量石墨所占体积是铁液的 3.１８ 倍球墨铸铁在不浮现石墨漂浮的状况下，提高含碳量可以减小缩孔体积，减少缩松面积，并使铸件致密一般以ω（C）：3.７％-3．9%为好但是，球墨铸铁含碳量高，为保证球化所需的残存镁量要相应增多，才干保证球化硅是增进石墨化元素,增进碳原子向石墨球积聚增长硅量，可以减小铸件缩孔、缩松倾向因此中小壁厚的铸件,为避免缩孔、缩松，ω（Si):２.5%－2.8%ﻩ比较合适3）锰:锰是碳化物增进元素,铁液中生成渗碳体的部分,缺少碳原子的析出,没有石墨膨胀，铁液凝固时体收缩值大生产中采用添加铜来增长珠光体，ω(Mn)≤0.3%为好4）磷:含磷量高，铸件容易浮现缩松磷共晶的体积分数大概是含磷量的 ２０ 倍，为保证缀按磷共晶不不小于 １%，球墨铸铁的含磷量应不不小于 0.05%。

为保证-2０℃球墨铸铁的韧性应遵循Si+6Ｐ≤3％,这样算来,如果ω（Si)=2.7%，则应ω（P）≤0.05%2.1.2 合金元素的影响（1）ﻩ铜、镍：铜和镍增进共晶阶段石墨化,铜的石墨化作用相称于 Sｉ 的 1／3，镍相称于Ｓi 的　1／5铜对球墨铸铁基体的影响是共晶转变阶段，增进石墨化，减少和消除游离渗碳体的形成铜对铸件缩孔、缩松不产生影响镍也是石墨化元素，有减少白口倾向的能力，对铸件缩孔、缩松不产生影响2)铬、钼、钨、钒、铌:铬、钼、钨是中档强度的碳化物形成元素,形成（ＦeＣr)3C、(FeW)6Ｃ 等复合碳化物，但凡增进渗碳体形成的元素都会增长缩孔、缩松倾向钒、铌是强碳化物形成元素,当含ω（V)≥0.03%时会浮现游离渗碳体,通过强化孕育和提高含硅量虽然ω(V)≥0.０3％,也可以不浮现游离渗碳体2.１.3　La　球化剂、孕育剂球化剂和孕育剂的加入可以影响球墨铸铁凝固时的收缩倾向，而收缩倾向又是与石墨球数和白口数量密切有关人们发现，使用不同的稀土元素对球墨铸铁凝固后的金相组织有重要影响资料简介[6］:金属镧镁硅铁球化剂包内解决生产球墨铸铁时，可以明显的改善甚至消除铸件白口和缩松倾向。

表　３　是该资料作者采用专门评估热节部位缩松面积的十字型杆棒在十字交点中心为中心的　12×1２mm2面积内进行缩松评价的成果笔者觉得，表 3 最后一列应视为特殊状况有爱好的读者完全可以自行验证成果,对消除工厂铸件缩松大有裨益[6］表 3　球墨铸铁十字形试样的相对缩松率[6]　 　　 　　　 球化剂ﻮ不含稀土 0.5%　La 1．０% Ｌaﻩ0.5％ Ce 1.０% Ｃeﻩ1.０% RＥ缩松面积(%）ﻩ8.３ﻮ0．0ﻮ０.０ﻮ2.３2.03８．23表 ４　是球墨铸铁的缩孔和缩松体积与灰铸铁白口铸铁的对比数据表　3 与表　4　试样不同,研究的对象分别是面积和体积但还是可以对不同材质的收缩倾向进行大体的比较表　4 球墨铸铁的缩孔和缩松体积与灰铸铁、白口铸铁和碳钢的对比[２] 材质ﻮ一般灰铸铁 白口铸铁球墨铸铁（灰口)ﻩ球墨铸铁(白口)缩孔和缩松体积（%)ﻩ2．0５．06．7-8.６510.３５-11.0石墨球数是衡量球墨铸铁凝固品质的最重要参数经 La　球化剂解决的球墨铸铁，石墨球分布的特点是浮现大量非常小的石墨球和少量较大的石墨球这些小石墨球，一般在二次（结晶)时在最后凝固区域浮现。

这些最后析出和生长的石墨球，产生石墨膨胀,抵消最后凝固区域的收缩这就是当冒口停止作用时，石墨化膨胀抵消收缩，避免产生缩松的因素2.2 锻造工艺的影响以上我们考虑了球墨铸铁碳硅量低，残留镁、残留稀土过量,碳化物增进元素 Ｖ、Zｒ、Nb、Cｒ、Mｏ、Ｗ、Ｍn、B 等，增长收缩倾向,产生缩孔缩松的熔炼因素球墨铸铁铸件的缩孔缩松缺陷还可以通过合理的铸型工艺,设计符合铸件凝固原则或补缩措施的浇注系统,设计满足铸件液态收缩的冒口等措施,予以解决２．2.1ﻩ缩孔与缩松的种类缩孔、缩松缺陷可以通过表 5、表 6　给出的思路,参照相应的技术著述予以解决表 ５、表 。