pg电子网站：大断面球墨铸铁件的铸造有何需要注意的几点？5大提升质量的妙招来了

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  一般认为，铸件壁厚l00mm以上的球墨铸铁件称为大断面球墨铸铁件。大断面球铁件尺寸大，重量大，壁厚大，铸造时的热容量大，凝固缓慢，极易造成球化衰退与孕育衰退，因此导致铸件的组织和基体发生明显的变化，特别是在铸件的心部更严重。主要体现为石墨球粗大，石墨球数量减少，石墨漂浮，石墨球产生畸变，形成各种非球状石墨，主要有伪片状、蠕虫状。爆裂状和碎块状。同时由于凝自时溶质元素的再分配还会出现严重的元素偏析及晶间碳化物、反白口等一系列问题，其结果使得球墨铸铁的力学性能变差，特别是延伸率和塑性明显降低，从而制约了大断面球墨铸铁的推广使用。随着制造业的加快速度进行发展，在技术条件上，对大型球铁件的内外在质量发展要求慢慢的升高，铸造工作者面临新的挑战和机遇。

  针对大断面球铁生产中存在的问题，铸造工作者提出了多种质量控制措施，现从以下几方面做介绍。

  铸造大型球墨铸铁件的关键工艺措施之一是加快铸件的冷却。通过种种冷却手段，缩短凝固时间，有效控制大断面球铁铸件的质量。一些研究结果认为，铁液的凝固时间应控制在2h之内。对大断面球铁铸件，各种型砂都难于满足快速冷却的要求。提高冷却速度的常规办法是加冷铁，强制冷却、冷铁和强制冷却配合应用。

  1)加冷铁冷铁的热导率大，蓄热能力强，是应用最广的加强冷却材料。冷铁工作面第一次使用前要加工，不得有气孔、砂眼等缺陷，重复使用时必须把工掰彩作面磨光且干燥处理，根据真实的情况控制冷铁使用次数。实验表明，冷铁只能在一些范围内起作用，铸件壁厚尺寸太大时，仍然不能消除碎块状石墨。

  2)强制冷却强制冷却是指使用水冷或水、汽  冷或空气冷等强制措施，强化铸件凝固，减少凝固时间，保证需要的结晶组织。但在使用时，一定要注意强制水冷的安全性。

  3)冷铁与强制冷却配合为了可以充分的发挥冷铁的冷却作用，特别是石墨冷铁的冷却作用，可在冷铁的内部或外表面采用强制冷却措施。最常用的冷却介质是空气、雾化水、液氧和水，选用哪种介质进行强制冷却，需依具体条件而定。例如，齐齐哈尔二机床企业集团铸造分厂，在进行大断面高伸长率球墨铸铁制造研究过程中，采用在冷铁中间放置通气管，造型时将冷铁按位置安放好并接通管路，浇注时将压缩空气通人管道中连续供气，显著加快铸件的冷却速度并保证石墨形态，取得了良好的效果。

  4)加悬浮剂  浇注时加入悬浮剂均匀分布于铁水内部，起到“内冷铁”的作用。通常的悬浮铸造工艺应考虑介质的颗粒大小、比重、成份等物化性能，铁液的温度、流动性以及采用的悬浮剂性能等工艺参数，其加入量一般不超过5％，但对于厚大断面球铁，由于保持液态时间相对较长，在选择正真适合微型铁的基础上，加入量能增加至10％。有实验证明，粒度为5.7mm，成分接近大断面球铁模拟试样的化学成分的白口组织的铁丸作为微型冷铁加人到金属液中，可有效地抑制大断面球铁的球化衰退，改善组织的均匀性及其杂质元素的分布形态，提高机械性能。

  炉内预处理剂是一种含氧、含硫的新型孕育剂。这种孕育剂加人铁液后，铈﹑钙与孕育剂本身所含的硫和氧反应，也与铁液中残留的硫和氧反应。使铁液中的含硫﹑氧量更低。这些化合物在1500℃左右是稳定的，粒度约为1～3μm，密度约为6.5g/cm³。炉内预处理剂基本上呈球形，可以弥散分布于铁液中，作为石墨的外来晶核。如果运用得当，將含硫、氧的孕育剂用于球墨铸铁，可以多方面改善球墨铸铁的性能。如：

  1)碳当量碳当量高易产生石墨漂浮，但过低又易产生缩孔缩松等缺陷。从改善铁液铸造性能考虑。尽量使铁液的碳当量接近共晶点。而由于球化元素的影响，球铁的共晶点右移至4.6％--4.7％。有的人觉得，控制碳当量在4.1％一4.3％较为适宜。一般控制w (c)在3.4％～3.7％，例如文献介绍，在Φ600×1500mm大断面球墨铸铁件试制过程中，速择w(c)为3.5％-3.7％，也取得了良好的效果。

  2)Si  硅一方面具有促进石墨化、提高铁索体含量的作用，另一方面又有促进球化衰退、导致低温脆性、促进碎块状石墨形成的作用。多数研究认为厚大断面球铁中，硅量应限制在1.8％一2.2％。

  3)Mn  锰是促进碳化物形成元素且易产生偏析，尤其是在厚大断面中，偏析很严重，富集在晶界上，降低厚大断面的机械性能，须加控制。一般在厚大断面球铁中锰量应控制在0.1％～0.4％，铁素体球墨铸铁取下限，珠光体球墨铸铁取上限。

  4)P  磷易产生偏析，形成磷共晶，引起铸件的脆性，降低韧性，因而其含量应越低越好，最好在0.02％以下。

  5)S硫是公认的有害元素，应尽量低。需要采取一定的铁液预脱硫措施来降低铁液的含硫量。但也有研究表明，为保证球化良好，原铁液w(s)不宜过低。

  6)Mg和RE  镁和稀土都属球化元素。镁是主要的球化元素，过量出现白口，在保证球化质量的前提下，应控制残留余量在0.08％以下，一般取0.044％一0.06％；稀土具有和镁一样的球化能力，同时还具有脱氧、去硫、除气，中和球化干扰元素铅、钦、啼、锑、秘等的作用，净化铁水，促进石墨化。残余量过高会引起白口化，恶化石墨形状，一般控制在0.025％以下。

  大量的研究表明，在大断面球铁中，与稀土元素按一定比率加人铋、锑，可有效地改善石墨形态，增加石墨球数，减少或消除大断面球铁铸件心部的变异石墨，改善球铁性能。

  1)Bi  众多文献认为：微量铋和适量的稀土合理搭配，能明显提高大断面球铁球化率，增加石墨球数。一项研究表明，加入0.002％Bi并采用型内孕育处理，可明显地增加石墨球数。另外，文献介绍，大断面球铁中，加入0.005％Bi可有效地细化石墨、提高球化率和石墨球数，改善球化级别，防止和减少异形石墨的形成。加Bi后球铁基体中铁素体量增多，因此可用来生产以铁素体基体为主的高韧性球铁铸件。

  2)Sb  大断面球铁中，锑对球化率和石墨球数的影响与铋相同。有研究证明，向铁水中加入质量分数为(20×10-6--50×10-6)的Sb，即使w(si)高达2.5％也不可能会出现碎块状石墨。与铋不同的是，锑强烈促使基体中形成珠光体。加入微量锑后，基体中珠光体量大幅增多，强度、硬度显著增加。因此可用在以珠光体基体为主的高强度球铁铸件的生产中。

  孕育剂要求具有着强烈的促进石墨化作用，并能维持时间比较久，吸收率高而稳定，降温少而价廉，我们选用75Si-Fe为孕育剂。

  铁水球化处理后试片为白口，因为Mg阻碍石墨析出，此时C部分以渗碳体形式存在，孕育处理是通过加Si-Fe促进石墨生核，获得细小繁多的石墨球，在球化剂上面放一层Si-Fe的目的仅仅是为了抵消Mg阻碍石墨析出的作用，孕育效果不大。孕育必须在补加铁水时冲入Si-Fe充分搅拌扒渣，此时检查试片断口 为银灰色，试片两侧有凹陷。

  实践中发现一包处理好的球铁铁水，在浇注约20分钟的剩余铁水取试片发现白口增大这属于孕育衰退，过大，变形，数量减少，因此我们在浇注厚断面球铁件时， 考虑到孕育衰退问题，不采用一次性大孕育量的做法，而采用多次孕育，一般进行二次孕育后，还要采用包内浮硅孕育，在包嘴内放Si-Fe块，随浇注随熔化，其重量、块度视铁水重量的浇注速度而定。对≥200mm以上的厚度较均匀的件，用铁漏斗随铁水流采用浇口撒Si-Fe粉的方法，往型腔加孕育剂，但要计算好重量和流速。

  对厚断面心部球化不良问题，主要是球化衰退。我们在二次孕育时，向铁水中加入少量的Sb，以减少球化衰退，改善了断面心部石墨的球化状况。

  实践中得出在铁水成分、温度及球化剂不变的情况下，采用多次孕育的大断面球铁件球化良好，联体浇注的试块石墨球较多而园整，反之石墨较少，大而畸形。因此在保证终硅量不变的前提下，采用多次孕育的方法，不断的往铁水里加生核剂，以保证厚大面球铁件质量稳定性。

  采用上述处理工艺铸件达到预期目的。没再次出现孕育衰退现象，后期浇注的Y型试样检测力学性能铸σb=701N/mm2，δ=2.3%金相观察球化级别为2级球经为5级碳化物数量7%。