高強(qiáng)度灰鑄鐵的生產(chǎn)目錄我國(guó)灰鑄鐵件生產(chǎn)概況1沖天爐熔煉2原鐵液質(zhì)量3高效孕育處理4石墨影響5灰鑄鐵缺陷6我國(guó)灰鑄鐵件生產(chǎn)概況我國(guó)灰鑄鐵件生產(chǎn)概況①灰鑄鐵件在我國(guó)鑄件總產(chǎn)量中占有很大的比例②我國(guó)灰鑄鐵件占世界灰鑄鐵件總量的32.7%，是美國(guó)、俄羅斯、日本、德國(guó)、英國(guó)的總和我國(guó)灰鑄鐵件與國(guó)外的價(jià)格卻相差3～6倍影響鑄件價(jià)格的其中最重要的因素之一：鑄件的內(nèi)在質(zhì)量鑄造界的當(dāng)務(wù)之急：認(rèn)真分析我國(guó)灰鑄鐵件內(nèi)在質(zhì)量的問題所在，采取一系列的措施加以提高沖天爐熔煉沖天爐網(wǎng)格圖（如圖1）反映了風(fēng)量、鐵焦比、鐵液溫度、熔化率四者之間的復(fù)雜關(guān)系，沖天爐網(wǎng)格圖是沖天爐操作的理論基礎(chǔ)。鐵液溫度反映了底焦高度，而熔化率不僅是風(fēng)量的標(biāo)尺同時(shí)與底焦高度有關(guān)。沖天爐操作風(fēng)焦配合風(fēng)量調(diào)整、鐵焦比調(diào)整是控制沖天爐底焦高度的兩種基本手段。底焦高度可以通過風(fēng)量調(diào)控：底焦偏高，增加風(fēng)量可以使底焦高度降低底焦偏低，減少風(fēng)量可以使底焦提高沖天爐的尾氣除塵沖天爐熔煉過程中對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的主要污染包括有害氣體、煙塵、噪聲、爐渣、污水等，其中以煙塵對(duì)環(huán)境的污染最為嚴(yán)重。煙塵為煙氣與粉塵的統(tǒng)稱，粒徑小于1μm的為煙氣，大于1μm的為粉塵。預(yù)防與治理煙塵污染，目前不存在任何技術(shù)問題。使用現(xiàn)有的袋式除塵器，選用適當(dāng)?shù)某龎m技術(shù)參數(shù)，可將爐氣粉塵排放濃度控制在50mg/Nm3以下，甚至可實(shí)現(xiàn)“零”排放。沖天爐節(jié)能能源利用率中頻感應(yīng)電爐天然氣沖天爐燃焦?fàn)t與感應(yīng)爐雙聯(lián)燃焦?fàn)t由于我國(guó)當(dāng)前電力主要來源于燃煤發(fā)電（火電），屬于二次能源，存在煤電轉(zhuǎn)換效率，因此如果通觀整個(gè)能源生產(chǎn)過程，可認(rèn)為天然氣沖天爐的能源利用率高于感應(yīng)電爐，屬于最節(jié)能的熔化方式。沖天爐節(jié)能途徑①降低能源消耗②提高鑄造工藝水平③提高工廠管理水平提高焦炭熱能利用率的措施①回收熱水用于洗浴與采暖②回收熱風(fēng)用于車間采暖③利用熱爐氣烘干砂芯沖天爐熔煉工藝要點(diǎn)沖天爐熔煉，影響化學(xué)成分和溫度的因素較多，我們除在嚴(yán)格遵守沖天爐熔化工藝的條件下，主要通過加強(qiáng)控制以下幾個(gè)方面，因而得到成分比較穩(wěn)定、溫度較高的優(yōu)質(zhì)鐵水，1.嚴(yán)把修爐關(guān)，保持良好爐型2.前后爐修完后進(jìn)行兩次熾烤，以利于提高鐵水溫度。3.熔煉過程中，注意控制底焦高度(穩(wěn)定在1700mm以上)，保證底焦塊度(在100-200mm之間)，以強(qiáng)化底焦燃燒。層焦塊度亦保持在60-100mm。6.加強(qiáng)管理，提高操作人員責(zé)任心，消除人為因素的影響。4.嚴(yán)格爐料管理和加料制度，及時(shí)加，加滿料，使?fàn)t料能夠充分預(yù)熱。風(fēng)焦配合，減少氧化，使出鐵溫度穩(wěn)定在1480℃以上。5.嚴(yán)把孕育關(guān)。當(dāng)原鐵水白口數(shù)較大時(shí)用75#硅鐵孕育；較小時(shí)用鉻鐵、錳鐵、硅鐵等復(fù)合孕育。孕育后三角試片白口數(shù)控制在4-6mm。原鐵液質(zhì)量原鐵液質(zhì)量是保證灰鑄鐵內(nèi)在質(zhì)量的基礎(chǔ)之一，它的三個(gè)指標(biāo)為：原鐵液質(zhì)量溫度化學(xué)成分純凈度其中溫度起主導(dǎo)作用，它的高低直接影響著化學(xué)成分和純凈度1.原鐵液溫度原鐵液的過熱溫度：①存在一個(gè)臨界溫度，只有高于這一臨界溫度，隨著溫度的提高，鐵液氧化大幅度地減少，Si、Mn燒損減少，并使石墨細(xì)化，基體組織致密，鑄鐵強(qiáng)度提高，硬度下降，彈性模數(shù)有少許提高，成熟度RG提高，相對(duì)硬度RH下降，品質(zhì)系數(shù)Qi提高②如果鐵液過熱太高，會(huì)導(dǎo)致石墨分布形狀的惡化，過冷度過大，極易出現(xiàn)自由滲碳體，導(dǎo)致力學(xué)性能下降，尤其低碳當(dāng)量（CE）的鐵液對(duì)太高的溫度過熱敏感性更大，性能下降更明顯，因此鐵液過熱溫度也應(yīng)有一個(gè)上限。生產(chǎn)實(shí)踐中，鐵液過熱的臨界溫度及過熱的上限范圍是與鑄鐵牌號(hào)即w（C）、w（Si）量的高低密切相關(guān)的。牌號(hào)越高，w（C）、w（Si）量越低，過熱溫度范圍也越高?；诣T鐵從HT250至HT350，國(guó)外先進(jìn)水平的出鐵溫度為1500～1550℃，從實(shí)踐效果和節(jié)能角度考慮，1480～1520℃比較合適。如表把鐵液溫度控制在1480～1520℃，既能保證鑄件質(zhì)量，同時(shí)也有利于節(jié)約能源，因?yàn)楹线m的過熱溫度減少了鐵液的氧化及Si、Mn的燒損。①鐵液中的w（C）、w（Si）與鐵液溫度之間存在著一定的關(guān)系，當(dāng)鐵液過熱到某一臨界溫度時(shí)，鐵液可避免氧化，SiO2、MnO可以被還原②隨著w（C）、w（Si）量降低，合適的過熱溫度提高，1480℃HT250～HT350灰鑄鐵最低的過熱溫度過熱溫度之所以要高出臨界溫度50℃，是因?yàn)闆_天爐內(nèi)達(dá)不到臨界溫度的平衡條件高溫鐵液在實(shí)際生產(chǎn)中具的實(shí)際意義:沖天爐熔煉鐵液的溫度越高，滲C率也越高，在同等強(qiáng)度下提高了CE，有利于改善鑄造性能高溫優(yōu)質(zhì)鐵液由于減少了氧化，大幅度減少了因氧化造成的廢品，并顯著地減少了Si、Mn燒損，降低了成本鐵液的w（O）量與渣中的w（O）量關(guān)系如表2在生產(chǎn)HT250～350灰鑄鐵時(shí)，強(qiáng)調(diào)沖天爐的出鐵溫度為1480～1520℃，在任何情況下是不為過的，它是優(yōu)質(zhì)鐵液的首要條件①

優(yōu)化CE和Si/C比值2.化學(xué)成分

灰鑄鐵中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大多為2.6%-3.6%，硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%-3.0%，碳和硅都是強(qiáng)烈地促進(jìn)石墨化的元素，可用CE來說明它們對(duì)灰鑄鐵金相組織與力學(xué)性能的影響。CE石墨片變粗、數(shù)量增多，強(qiáng)度和硬度下降CE減少石墨數(shù)量、細(xì)化石墨、增加初生奧氏體枝晶量，從而提高灰鑄鐵的力學(xué)性能。鑄造工藝性能變差；白口傾向增大，難以加工；應(yīng)力大，容易產(chǎn)生裂紋；鐵液收縮大，易產(chǎn)生縮松，造成滲漏；鑄件斷面敏感性高，容易產(chǎn)生廢品等國(guó)內(nèi)外的大量研究表明：在一定的CE范圍內(nèi)，提高Si/C值是提高灰鑄鐵強(qiáng)度的有效手段一般認(rèn)為，在相同碳當(dāng)量條件下，Si/C比提高，抗拉強(qiáng)度可提高30~60MPa。在相同碳當(dāng)量的條件下，隨著硅碳比的提高，灰鑄鐵的奧氏體枝晶數(shù)量增加。高硅使奧氏體枝晶在較高的溫度即開始生成，且延長(zhǎng)了生長(zhǎng)時(shí)間，使初生奧氏體數(shù)量增加，奧氏體骨架得到強(qiáng)化，同時(shí)高硅使得共晶結(jié)晶時(shí)，石墨數(shù)量少，也較細(xì)小，石墨尖端較鈍，石墨割裂基體的作用減弱，加之灰鑄鐵中更多的Si固溶于鐵素體中使之強(qiáng)化，從而使灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度得到提高。但是，對(duì)于采用較高碳當(dāng)量的鐵液的缸體來說，并不是Si/C值越高，灰鑄鐵的強(qiáng)度越高。在Si/C值提高到一定值后，強(qiáng)度開始下降。②

Si是一個(gè)促進(jìn)石墨化元素，在鑄鐵中具有分解碳化鐵的能力，使之形成游離碳。其石墨化作用所析出的游離石墨片破壞了灰鑄鐵的連續(xù)性，嚴(yán)重?fù)p害了抗拉強(qiáng)度。①

Si又可以對(duì)灰鑄鐵基體組織中的鐵素鐵起到固溶強(qiáng)化作用，相應(yīng)的提高鑄鐵的抗拉強(qiáng)度。在稍低于這個(gè)臨界值之下時(shí)，會(huì)增加珠光體數(shù)量，進(jìn)而提高鑄鐵強(qiáng)度。Si提高強(qiáng)度有一個(gè)臨界值Si含量增加到這個(gè)臨界值以上時(shí)，使石墨粗大和珠光體量下降，強(qiáng)度降低。Si/C值不斷提高，共析轉(zhuǎn)變溫度也在提高，使珠光體在較高溫度下形成，片層間距增大；又因?yàn)楦逽i使C在奧氏體中的溶解度急劇下降，使奧氏體向鐵素體的轉(zhuǎn)變量增多。因此，Si/C提高可以產(chǎn)生兩種相反的影響｛圖1，當(dāng)CE<4.0%時(shí)，σb先隨著Si/C的提高而升高，當(dāng)Si/C超過一定范圍時(shí)，σb隨Si/C的提高而下降，CE越低，該傾向越明顯；當(dāng)CE為3.6%-3.8%時(shí)，Si/C在0.6-0.8范圍內(nèi)，σb最大。當(dāng)CE為3.8%-4.0%時(shí)，Si/C在0.65-0.75范圍內(nèi)，σb最大?？梢?，CE越低，獲得高強(qiáng)度的Si/C范圍越寬。當(dāng)CE>4.0%時(shí)，隨著Si/C升高，σb無明顯變化，故CE高時(shí)，提高Si/C對(duì)強(qiáng)度無明顯影響，這時(shí)用提高Si/C來提高強(qiáng)度，效果不大。圖2為Si/C對(duì)HB的影響，此圖表明，當(dāng)CE為3.6%-3.8%時(shí)，HB隨Si/C增大稍有提高；當(dāng)CE為4.0%-4.2%時(shí)，HB隨Si/C的增大而呈下降趨勢(shì)；當(dāng)CE為3.8%-4.0%時(shí)，HB基本不隨Si/C變化而變化。CE=3.8%，Si/C從0.5→0.7→0.9變化時(shí)，鑄鐵的拉伸強(qiáng)度呈拋物線變化，硬度呈下降趨勢(shì)。在Si/C=0.7時(shí)，抗拉強(qiáng)度達(dá)最大值，為357.1MPa，硬度為238HB。不進(jìn)行傳統(tǒng)的孕育處理，只調(diào)整Si/C，即可容易得到HT250以上的高強(qiáng)度灰鑄鐵。CE>4.0%時(shí)，Si/C增大，對(duì)抗拉強(qiáng)度影響很小，而硬度呈下降趨勢(shì)，此時(shí)，無論怎樣調(diào)整Si/C，強(qiáng)度等性能不可能提高，反而隨著超過數(shù)值的增大，強(qiáng)度、硬度逐步下降。高碳當(dāng)量的鑄鐵不適合通過提高Si/C來獲得高強(qiáng)度②優(yōu)化Mn、S、P含量、(Si-Mn)差值和Mn/S比值Mn是強(qiáng)碳化物形成和穩(wěn)定碳化物元素，Mn置換了Fe3C中的Fe，形成(Fe,Mn)3C構(gòu)成更強(qiáng)更硬的珠光體，促進(jìn)珠光體的形成。Mn能無限固溶于奧氏體，又可固溶于基體組織，強(qiáng)化基體，提高鑄鐵強(qiáng)度。Mn是擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素Mn有效地降低奧氏體共析轉(zhuǎn)變溫度有利于形成珠光體增加奧氏體枝晶的數(shù)量奧氏體向珠光體的轉(zhuǎn)變?cè)谳^低溫度下進(jìn)行促使珠光體片細(xì)化，使珠光體片間距減小灰鑄鐵的力學(xué)性能主要取決于石墨數(shù)量、尺寸和石墨形態(tài)。Mn是鑄鐵中穩(wěn)定滲碳體與促使珠光體化的元素，但它會(huì)與S形成MnS而作為石墨非自發(fā)形核的核心，促使鑄鐵石墨化。低碳當(dāng)量的灰鑄鐵，自身的石墨數(shù)少且細(xì)，所以σb高，但增加Mn含量，MnS增多，石墨數(shù)量增加且變粗。故σb下降。高碳當(dāng)量的灰鑄鐵，自身的石墨數(shù)多且粗，珠光體數(shù)量少，增加Mn含量，石墨形貌變化不大，此時(shí)，Mn促使灰鑄鐵珠光體化的作用表現(xiàn)較強(qiáng)，故σb有所提高。在高強(qiáng)度灰鑄鐵中，Mn常作合金元素被加入，Mn可以固溶于基體，也可以無限固溶于奧氏體，達(dá)到強(qiáng)化基體組織的作用。Mn的含量，特別是(Si-Mn)差值，對(duì)提高灰鑄鐵強(qiáng)度影響較大。如圖4所示，當(dāng)鐵水中(Si-Mn)差值減小時(shí)，σb提高；(Si-Mn)差值低于1.4%時(shí)，σb變化不大或稍有降低；(Si-Mn)差值一般控制在1.10%-1.40%。S在孕育鑄鐵中是強(qiáng)烈穩(wěn)定滲碳體、阻礙石墨化的元素S能降低C在鐵液中的溶解度，增強(qiáng)C的活度，與Mn、RE形成的MnS和RES會(huì)成為石墨非自發(fā)形核的核心，故又能促使石墨化，所以S是促使孕育反應(yīng)順利進(jìn)行不可缺少的成分。S在鑄鐵中有著雙重作用硫量偏低時(shí)，孕育元素的作用得不到發(fā)揮，孕育效果不佳。硫量過高時(shí)，由于孕育元素與S的原子比下降，將形成Re2S3、Re3S4類型的硫化物，它們不能成為石墨形核的有效基底，導(dǎo)致孕育效果惡化。另外，過高的硫量還會(huì)導(dǎo)致大量自由態(tài)S的存在，它們富集在共晶團(tuán)前沿，從而限制了共晶生長(zhǎng)，引起鐵水過冷，使鑄鐵力學(xué)性能下降。在不同CE的情下，σb值均隨S含量的增加而明顯提高，但當(dāng)含S量超過某一臨界值時(shí)強(qiáng)開始降低。有資料介紹，含硫量0.05wt.%~0.12wt.%為佳。

Mn和S在鑄鐵中相互制約，因此在選擇Mn含量與S含量時(shí)必須考慮Mn/S值。P對(duì)灰鑄鐵力學(xué)性能的影響體現(xiàn)在凝固過程中，初生奧氏體以枝晶狀組織形成后，由于偏析，高磷液相被擠到枝晶間。因此，其后結(jié)晶的硬而脆的磷共晶大多分布在奧氏體晶粒的交界處，并伴隨有各種鑄造缺陷，如夾雜、晶間縮松等，構(gòu)成鑄鐵組織的薄弱環(huán)節(jié)。隨含磷量的增加，磷共晶在共晶團(tuán)晶界的分布形式依次為孤立塊狀、均勻分布、斷續(xù)網(wǎng)狀，因此，對(duì)基體的割裂作用也逐漸增大?？估瓘?qiáng)度隨磷含量的增加逐漸降低。灰鑄鐵中的P含量一般在0.05wt.%~0.07wt.%之間。③微量有害元素的控制生鐵和回爐料中的廢鋼有時(shí)會(huì)含有Ti、Pb等元素，熔煉時(shí)，這些元素容易使鑄件產(chǎn)生縮松滲漏缺陷。在4100QB生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)微量元素WTi>0.0435%時(shí)，出現(xiàn)縮松的缸蓋占生產(chǎn)縮松缸蓋總數(shù)的75%左右，由此判斷，Ti對(duì)縮松有較為直接的影響，并推薦使用WTi>0.08%的生鐵。含Pb量達(dá)0.0008%，即可造成縮松滲漏，須注意使用的爐料中是否有鍍Pb材料，或須先行除去鍍層。影響縮松滲漏的微量元素還有V、Al等細(xì)化石墨和共晶團(tuán)④添加合金元素的影響灰鑄鐵中加入合金元素來提高強(qiáng)度的主要機(jī)理表現(xiàn)在：提高滲碳體的熱穩(wěn)定性，防止珠光體在高溫下分解增加基體中珠光體的含量，并使珠光體的片間距細(xì)化生成碳化物或含有合金元素的硬化相通常當(dāng)碳當(dāng)量大于3.9%時(shí)，不加入適量的合金元素，難以穩(wěn)定珠光體組織并且還可能會(huì)出現(xiàn)粗大石墨。國(guó)內(nèi)外目前在灰鑄鐵中常用的合金元素大約有：Cr、Cu、Mo、Ni、Sn、Ti、V等，其中最主要的是Cr和Cu兩種元素。Cr和Cu都是穩(wěn)定珠光體的元素，可以起到增加和穩(wěn)定珠光體量，細(xì)化珠光體組織的作用，顯然能明顯提高灰鑄鐵的強(qiáng)度。Cr的加入必然引起白口傾向的增加，且含Cr量達(dá)到一定量(大約超過0.8wt.%時(shí))后，灰鑄鐵的強(qiáng)度會(huì)下降。Cu是一種促進(jìn)石墨化的元素，可抵消Cr元素增大白口的不利影響，有利于保證鐵水的鑄造工藝性能。Cu常和合金元素Cr一起使用。Cu和Cr在復(fù)合加入時(shí)的強(qiáng)度優(yōu)于其單獨(dú)加入。V提高灰鑄鐵抗拉強(qiáng)度的能力很大，但它阻礙石墨化的能力也很大(僅次于S)，所以氣缸體與氣缸蓋用灰鑄鐵中一般不加入V。Mo與Ni價(jià)格昂貴，少量用Mo，一般以Cu代替Ni，Mo是提高灰鑄鐵強(qiáng)度最有效的合金元素之一，同時(shí)也是較溫和的反石墨化元素，具有較溫和的碳化物形成作用，對(duì)石墨有阻礙作用，可以細(xì)化珠光體，亦能細(xì)化石墨，從而提高珠光體灰鑄鐵的強(qiáng)度，在改善石墨片時(shí)并不減少石墨片的細(xì)小生長(zhǎng)空間。Sn為增加珠光體量而加入，一般用量＜0.1%，可提高鑄鐵強(qiáng)度，＞0.1%時(shí)有可能使鑄鐵出現(xiàn)脆性。加入適量Sb有效地改善壁厚敏感性顯著提高各斷面的硬度值生產(chǎn)成本提高，產(chǎn)品在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力就會(huì)下降3.鐵液純凈度鐵液純凈高是指鐵液中的氣體含量和非金屬夾雜物含量較低。生產(chǎn)實(shí)踐證明：鐵液中w（H2）>3ppm，易產(chǎn)生氫氣孔w（O2）＞60ppm，則鐵液氧化開始嚴(yán)重，Si、Mn燒損增加w（N2）＞100ppm，易產(chǎn)生氮?dú)饪阻F液中，H2、O2、N2對(duì)鑄鐵性能的影響如下表：鐵液純凈度中的非金屬夾雜物是指除石墨、碳化物、基體、磷共晶以外的組成物，主要為氧化物與硫化物。高溫鐵液過熱超過臨界溫度對(duì)非金屬夾雜物的作用：一是使鐵液免于氧化，Si、Mn燒損下降，減少夾雜物二是高溫使一些已生成的非金屬夾雜物“熔化”，使鐵液得到一定程度的純化三是高溫利于夾雜物聚集上浮成渣非金屬夾雜物對(duì)鑄鐵性能的影響：小結(jié)：高溫鐵液是鐵液純化的基礎(chǔ)。爐料的“凈化”及限制廢鋼中Cr、Mn、V等合金的加入對(duì)提高鐵液純凈度也是十分重要的。優(yōu)質(zhì)原鐵液的影響因素中溫度是主導(dǎo)的、起決定性作用的。在生產(chǎn)實(shí)踐中，可以以溫度為1480～1520℃，Si、Mn燒損小于15%，渣中w（FeO）小于5%的鐵液作為優(yōu)質(zhì)原鐵液的溫度指標(biāo)和純凈度指標(biāo)。以w（Si）的波動(dòng)值在±0.05%～0.1%、w（Mn）的波動(dòng)值在±0.1%，孕育前為白口或麻口組織，孕育后為細(xì)珠光體，以獲得A型石墨分布的w（C）、w（Si）量，作為優(yōu)質(zhì)原鐵液的化學(xué)成分指標(biāo)。這5個(gè)指標(biāo)在生產(chǎn)實(shí)踐中具有極其重要的意義，控制這5個(gè)指標(biāo)就可以熔煉出優(yōu)質(zhì)的原鐵液。高效孕育高效孕育孕育的原則：獲得細(xì)珠光體基體及A型分布的石墨組織的灰鑄鐵孕育劑粒度出鐵槽孕育（粒度見下表）和瞬時(shí)孕育合適的粒度為0.3～1.0mm孕育劑的儲(chǔ)存孕育劑極易吸潮，不宜破碎后長(zhǎng)期存放，應(yīng)用鐵桶封存，用時(shí)再打開1.3孕育劑的烘烤孕育劑需經(jīng)300～500℃預(yù)熱后使用，未經(jīng)預(yù)熱的SiFe易從大氣中吸收水汽，造成鑄件針孔恰當(dāng)選擇原鐵液w（S）量注意鐵液的w（S）量，為保證孕育時(shí)有足夠的結(jié)晶核心，鐵液的w（S）量宜在0.05%～0.06%，低于此值，孕育效果將降低，應(yīng)及時(shí)調(diào)整鐵液成分。鐵液的w（Si）量在一定的碳當(dāng)量和相同的終w（Si）量[記作w（Si終）]下，w（Si原）較低，w（Si孕）量較高者強(qiáng)度好、硬度低、孕育效果顯著，如下表在生產(chǎn)實(shí)踐中當(dāng)CE為3.3%～3.5%時(shí)，w（Si孕）量與w（Si終）量的較適宜比例為50%～60%當(dāng)CE為3.6%～3.8%時(shí)，上述較適宜比例為25%～35%孕育溫度的選擇高的過熱溫度下，較低的孕育溫度則會(huì)取得較好的孕育效果高溫孕育效果差的主要原因：孕育后仍有較高的溫度，孕育結(jié)束至鐵液凝固的溫差大，凝固時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致鐵液的過冷度增加，使孕育衰退加劇，因而削弱了孕育效果。澆注時(shí)進(jìn)行瞬時(shí)孕育的適宜澆注溫度如下表：表3為澆注時(shí)進(jìn)行瞬時(shí)孕育的適宜澆注溫度孕育的時(shí)間性與瞬時(shí)孕育工藝孕育處理最大的問題是孕育衰退，其三個(gè)階段如下圖：AB段表示原始晶核狀態(tài)，加入孕育劑后，晶核數(shù)迅速增加，達(dá)到C點(diǎn)，時(shí)間約1min左右，此后晶核數(shù)下降到達(dá)D點(diǎn)，孕育效果完全消失?；诣T鐵孕育衰退時(shí)共晶團(tuán)逐漸減少的情況如下表：灰鑄鐵孕育衰退時(shí)白口增加和抗拉強(qiáng)度下降的情況如下表：傳統(tǒng)的出鐵槽孕育有兩個(gè)明顯的缺點(diǎn)：孕育劑加入量大孕育效果差瞬時(shí)孕育的方法很多：大塊浮硅孕育、澆口杯孕育、硅鐵棒孕育、喂絲孕育、隨流孕育、型內(nèi)孕育等。實(shí)踐證實(shí)，隨流孕育工藝在生產(chǎn)中最實(shí)用，容易堅(jiān)持，也易于實(shí)現(xiàn)，其他方法在應(yīng)用時(shí)皆遇到不同的問題。實(shí)際上孕育衰退是造成灰鑄鐵內(nèi)在質(zhì)量不一致的主要原因，為保證鑄鐵質(zhì)量，采用瞬時(shí)孕育勢(shì)在必行。隨流孕育只需在澆注時(shí)人工將0.3～1.0mm的細(xì)粒孕育劑加入鐵液流中即可，加入量約為0.10%～0.15%，加入時(shí)間為澆注時(shí)間的2/3。石墨形態(tài)及其分布對(duì)產(chǎn)品性能的影響及形成的原因

1灰鑄鐵金相組織特點(diǎn)灰鑄鐵的金相組織由金屬基體和片狀石墨所組成。金屬基體形式有珠光體、鐵素體及珠光體加鐵素體三種。石墨片可以不同的數(shù)量、大小、形狀分布于基體中。此外，還有少量非金屬夾雜物，如硫化物、磷化物等。隨著過冷度的增大，亞共晶灰鑄鐵的片狀石墨可以A、B、C、D、E等不同分布的形態(tài)出現(xiàn)，它們對(duì)鑄鐵的力學(xué)性能有很大的影響。按照傳統(tǒng)的論點(diǎn)以及國(guó)內(nèi)外不少圖樣上的規(guī)定：A型石墨最好B型石墨應(yīng)避免C、E型石墨對(duì)基體有割裂作用不可以出現(xiàn)對(duì)D型石墨的評(píng)價(jià)要具體分析，不能采取一成不變的傳統(tǒng)看法。2GB/T7216-2009灰鑄鐵金相檢驗(yàn)

GB/T7216-2009灰鑄鐵金相檢驗(yàn)把石墨分布形狀分為六種類型，見表1，其金相組織見圖1-6。片狀石墨分布圖A型石墨6種分布形態(tài)的特點(diǎn)：它呈均勻分布，無方向性。由于這種類型石墨相對(duì)來說對(duì)金屬基體割裂作用較小。機(jī)械強(qiáng)度較高，所以多希望得到A型石墨。也稱菊花狀石墨．這種類型石墨發(fā)生在碳當(dāng)量高．且結(jié)晶核心較少的情況下。共晶團(tuán)比較大。而結(jié)晶初期冷卻速度比較大，所以中心石墨長(zhǎng)不大．片較細(xì)小。它出現(xiàn)在過共晶鐵水的鑄件中，有粗大的片狀初生石墨．可增加材料熱導(dǎo)率、降低彈性模量。由于鋼錠模子要求有高的導(dǎo)熱性，所以在鋼錠模中常出現(xiàn)這種石墨。由于C型石墨會(huì)降低鑄鐵的機(jī)械性能。所以具有C型石墨的鑄件機(jī)械加工表面會(huì)出現(xiàn)麻點(diǎn)。B型石墨C型石墨D型石墨石墨于奧氏體枝晶間析出，呈無方向的點(diǎn)狀分布。當(dāng)鑄鐵件在快速冷卻時(shí)(如壁很薄)，鐵水有很大的過冷度，但由于硅含量較高，使其免于出現(xiàn)白口，由于在共晶凝固前，有奧氏體先結(jié)晶折出。形成無石墨的奧氏體枝晶。這表明鑄鐵成分是亞共晶，大多數(shù)情況也的確如此，但是，共晶成分鑄鐵會(huì)出現(xiàn)D型石黑。當(dāng)冷卻速度大時(shí)，合金液過冷度增大。共晶溫度線下移。Fe-C相圖上的液相線向右下方延伸，原共晶點(diǎn)也向右下方移動(dòng)，原共晶成分成為亞共晶成分．出現(xiàn)奧氏體初晶及D型石墨。金屬型鑄件易出現(xiàn)D型石墨，它與相同硬度的A型石墨鑄件相比，機(jī)械強(qiáng)度較高。D型石墨鑄件出現(xiàn)的問題是難以得到?jīng)]有鐵素體的鑄件，內(nèi)于密集的點(diǎn)狀石墨之間距離很近，所以?shī)W氏體在共析轉(zhuǎn)變時(shí)析出的碳很容易聚集到點(diǎn)狀石墨上去，F(xiàn)e3C難以形成。E型石墨F型石墨發(fā)生在碳含量很低的鑄鐵中，冷凝時(shí)，首先形成奧氏體初次晶，余下鐵水在樹枝晶間發(fā)生共晶反應(yīng)，石墨片呈方向性分布。這是一種星形石墨分布形狀．常出現(xiàn)在碳當(dāng)量高的薄壁鑄件中，例如單體活塞環(huán)的顯微組織中。加微量硼的含硼灰鑄鐵中也會(huì)出現(xiàn)F型石墨。

GB/T7216-2009灰鑄鐵金相檢驗(yàn)把石墨長(zhǎng)度分為八級(jí)，見表2和圖7-14。各型石墨的形成條件見表3。3石墨形態(tài)形成原因⑴影響A型石墨形成的主要因素④孕育劑：包嘴隨流孕育的方式效果應(yīng)為最佳，孕育劑粒度0.3-0.5mm，使用量?jī)H在0.1-0.15%之間，加入時(shí)間與凝固時(shí)間的時(shí)間間隔為最短，這樣完全可以避免孕育衰退的發(fā)生。③高溫靜置：長(zhǎng)時(shí)間高溫靜置的鐵液石墨化能力差②鐵液中的非均質(zhì)核心：硫化物等非均質(zhì)核心及有效的SiO2為外殼的晶核①鑄鐵結(jié)晶過冷度：受冷卻速度、化學(xué)成分、及形核能力的影響。

⑵B型石墨成因分析據(jù)有關(guān)資料介紹，B型石墨就相當(dāng)于D+A的組合。首先由于受鐵水質(zhì)量或孕育效果的影響，在鑄件的內(nèi)部最起初先形成了分枝多而且密的D型石墨，隨著結(jié)晶過程的進(jìn)行，在共晶轉(zhuǎn)變中釋放出結(jié)晶潛熱向周圍散出，導(dǎo)致結(jié)晶過冷度降低，故外層石墨生長(zhǎng)速率延緩，石墨片又逐漸長(zhǎng)成了片狀，而且沿著熱流的方向長(zhǎng)成了輻射狀。再進(jìn)一步向外發(fā)展時(shí)，由于熱流已不再有明顯的輻射方向性，故外圍又長(zhǎng)成了蜷曲的片狀A(yù)型石墨。⑶C型石墨成因分析①未完全熔化的原材料生鐵，遺傳性因素引起形成C型石墨，電爐本身過熱溫度低，生鐵中的粗大石墨不能完全熔化，但一般用沖天爐熔化的鐵水形成粗大石墨的幾率較低。②未完全熔化的石墨增碳劑，使用廢鋼加增碳劑用電爐直接熔化生產(chǎn)灰鑄鐵，如果部分增碳劑未能完全熔解即被倒出進(jìn)行澆注，這樣將有部分增碳劑進(jìn)入鑄件型腔隨其余鐵水一起結(jié)晶凝固，這部分石墨就相當(dāng)于過共晶成分鐵液先析出的初生石墨一樣，其余游離碳進(jìn)一步附著并長(zhǎng)大，從而形成粗大的C型石墨。在生產(chǎn)中控制好補(bǔ)加增碳劑的熔解或著在時(shí)間允許的條件下采取其它調(diào)質(zhì)措施即可解決此問題。⑷D型石墨成因分析這是因?yàn)槭Ｓ嗟蔫F液只能在發(fā)達(dá)的初生奧氏體枝晶間快速共晶凝固的結(jié)果。過冷石墨的形態(tài)特征：在奧氏體枝晶間分布著大量細(xì)小而無一定方向性的片狀石墨。鐵液的碳當(dāng)量較低加入某些能改變鐵液物化性能的合金元素在較快的冷卻速度下凝固促進(jìn)D型石墨的形成4D型石墨灰鑄鐵采用金屬型和水平連續(xù)鑄造方法獲得的D型石墨分布的灰鐵的碳當(dāng)量一般較高，抗拉強(qiáng)度明顯高于砂鑄條件下的A型石墨珠光體基體的灰鑄鐵，這明顯與傳統(tǒng)觀點(diǎn)相悖。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為：灰鑄鐵的理想組織是均布的、尺寸較小的A型石墨和全珠光體基體，具有較高的力學(xué)性能和適中的硬度；D型石墨和鐵素體基體存在是有害的，力學(xué)性能較低。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，這種觀點(diǎn)不夠全面。傳統(tǒng)觀點(diǎn)一般認(rèn)為影響灰鑄鐵力學(xué)性能的因素主要是石墨的分布形態(tài)、大小，共晶團(tuán)的數(shù)量，基體組織形態(tài)，以及強(qiáng)化基體的合金元素等。近來部分學(xué)者認(rèn)為除上述影響因素以外，初生奧氏體枝晶對(duì)灰鑄鐵的性能亦有顯著影響。在枝晶內(nèi)部不存在石墨，鐵素體枝晶構(gòu)成連續(xù)的“骨架”宛如復(fù)合材料中的強(qiáng)化相，可以提高灰鐵組織的綜合力學(xué)性能。因此，初生奧氏體枝晶的數(shù)量愈多，鑄鐵的強(qiáng)度就會(huì)愈高。甚至采用金屬型方法生產(chǎn)的D型石墨灰鐵件的抗拉強(qiáng)度超過部分鐵素體球鐵的抗拉強(qiáng)度。大部分或全部成為D型石墨時(shí)強(qiáng)度又很高。有文獻(xiàn)認(rèn)為“由于兩者強(qiáng)化機(jī)理不同，當(dāng)A型石墨與少量D型石墨共存時(shí)兩者的強(qiáng)化機(jī)制均得不到充分發(fā)揮而使強(qiáng)度降低”。通常上述情況的存在條件是碳當(dāng)量低，又未經(jīng)過充分孕育處理，鐵液的形核能力較差，此時(shí)鑄鐵中共晶團(tuán)數(shù)量較少，冷卻速度不是很快，A型石墨的尺寸也較大。由于鐵液的成分偏析，凝固時(shí)間較長(zhǎng)，最后凝固的少量鐵液的過冷度較大，出現(xiàn)少量D型石墨。其強(qiáng)度較低的根本原因是A型石墨片粗大，共晶團(tuán)數(shù)目較少。相反，若將此鐵液進(jìn)行充分孕育，石墨全部變?yōu)檩^均勻、尺寸中等或較小的A型，共晶團(tuán)數(shù)量增多，強(qiáng)度就會(huì)顯著提高。這些孔洞似乎是凝固過程中形成的顯微疏松，由于顯微疏松本身就是微裂紋，因此，D型石墨灰鑄鐵具有更高的強(qiáng)度和更好的致密性也就是必然的了，這也是D型石墨灰鑄鐵具有更好的防滲漏性能的原因，因而D型石墨灰鑄鐵更適合于制造壓縮機(jī)缸體及液壓元件等。圖15、圖16分別為A型石墨灰鑄鐵和D型石墨灰鑄鐵的斷口形貌可以看出：兩種鑄鐵斷口形貌的共同特征主要是石墨片的解理和基體的解理明顯不同的是A型石墨灰鑄鐵斷口上的孔洞較多，而D型石墨灰鑄鐵斷口上的孔洞較少圖15A型石墨灰鑄鐵的斷口形圖16D型石墨灰鑄鐵的斷口形片狀石墨在一個(gè)共晶團(tuán)內(nèi)的立體形貌呈花朵狀，花朵與花朵之間為共晶奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，即珠光體或珠光體+鐵素體，由于石墨幾乎沒有強(qiáng)度，在斷裂過程中會(huì)先于基體開裂，石墨開裂后，裂紋傳播到基體中，直到再使裂紋前端的石墨開裂，如此進(jìn)行下去，導(dǎo)致最后鑄鐵斷裂。在裂紋擴(kuò)展的過程中，基體是真正起到阻礙裂紋擴(kuò)展作用的組織結(jié)構(gòu)。表4為D型石墨和A型石墨灰鑄鐵斷口表面的化學(xué)元素成分，表5為兩種合金灰鑄鐵的化學(xué)成分?？梢姡涸跀嗫诒砻妫瑑煞N鑄鐵中主要元素Fe的含量大大低于鑄鐵中的Fe元素含量C元素含量卻遠(yuǎn)高于鑄鐵中的C元素含量大部分?jǐn)嗔讯际怯捎谑饫砘蚴c基體之間的界面分離而造成的另一個(gè)值得注意的現(xiàn)象是：斷口表面的Mn、Si等元素的含量也低于鑄鐵本身的含量，這也說明在斷裂過程中，裂紋主要是沿著石墨相擴(kuò)展的。D型石墨灰鑄鐵具有更高強(qiáng)度的原因不是D型石墨鑄鐵中更加細(xì)小的石墨降低了石墨對(duì)基體的割裂作用，就是D型石墨鑄鐵中的奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物對(duì)強(qiáng)度的提高產(chǎn)生了更大貢獻(xiàn)。斷口上石墨的暴露率，在同一材料中與加載方式密切相關(guān)，在拉伸斷口上石墨的暴露率約為60%。比較A型石墨灰鑄鐵和D型石墨灰鑄鐵斷口上的C元素含量，可以看出，D型石墨灰鑄鐵斷口表面的石墨暴露率更高。這與D型石墨灰鑄鐵中的先共晶奧氏體初晶更發(fā)達(dá)，而石墨又主要集中在更為狹小的共晶區(qū)（裂紋容易穿過共晶區(qū)）擴(kuò)展有關(guān)。這個(gè)事實(shí)也似乎表明：灰鑄鐵缺陷灰鑄鐵缺陷氣孔缺陷縮松缺陷砂眼和斷芯缺陷晶粒粗大缺陷氣孔缺陷1.缸體蓋氣孔缺陷氣孔是發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋生產(chǎn)中最常見的缺陷之一，也是鑄造生產(chǎn)中較難預(yù)防和控制的問題。氣孔從其產(chǎn)生機(jī)理可分為：裹入性氣孔、侵入性氣孔、析出性氣孔、反應(yīng)性氣孔發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋由于其功能性要求多，鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，砂芯眾多，澆注過程中產(chǎn)生的氣孔缺陷應(yīng)屬侵入性氣孔范疇。侵入性氣孔的定義：侵入性氣孔又叫外因氣孔，是一種物理性氣孔，它體積比較大，孔壁圓滑，表面呈氧化色，形狀不規(guī)則，經(jīng)常出現(xiàn)在鑄件澆注位置的頂部，是由于型（芯）或其他發(fā)氣元素產(chǎn)生的氣體進(jìn)入鐵液中不能及時(shí)排出所致。侵入性氣孔的形成機(jī)理①鐵液進(jìn)入鑄型后，鑄型、砂芯、涂料、粘結(jié)劑等在金屬液熱作用下氣化、分解或燃燒生成大量氣體，氣體的體積隨著溫度的升高而增大，造成氣體的壓力不斷增大。②當(dāng)界面上局部氣體的壓力P氣大于金屬液表面包括表面張力在內(nèi)的反壓力ΣP（ΣP=P靜+P阻+P腔）時(shí)，氣體就能進(jìn)入鐵液，形成氣泡，氣泡如果不能順利排出，則在鑄件內(nèi)形成氣孔。也就是說，當(dāng)P氣＞ΣP時(shí)，就容易形成氣孔缺陷。侵入性氣孔的位置特征①在鑄件澆注位置的底部很少發(fā)現(xiàn)氣孔，因?yàn)闈沧⑽恢玫撞胯F液壓力大，對(duì)氣體侵入形成的阻力就大，氣體不能侵入。②對(duì)于鑄件澆注位置的頂部，特別是一些氣眼針的根部、厚大部位、熱節(jié)部位（如下圖），由于其P靜小，鑄件結(jié)殼晚（P阻?。?，這樣氣體就比較容易侵入，形成氣孔。③氣眼針根部，其局部熱節(jié)大，鐵液結(jié)殼晚，鐵液凝固程度和粘度形成的P阻小，氣體容易侵入；氣眼針同時(shí)也在向外界排氣，形成局部負(fù)壓，更加有利于氣孔向氣眼針根部聚集，所以常在鑄件氣眼針根部發(fā)現(xiàn)氣孔。④對(duì)于豎筋位置（如下圖），由于其結(jié)構(gòu)特征，形成了一種天然的排氣通道，雖然鐵液也結(jié)殼比較早，但還是容易產(chǎn)生氣孔。侵入性氣孔的防止措施根據(jù)P氣＞ΣP理論，防止侵入性氣孔的發(fā)生，就要從減小P氣的動(dòng)力和增大ΣP的阻力著手，另外還要讓進(jìn)入鐵液的氣體盡快浮出。主要有方法：減少砂芯（型）發(fā)氣量,增加砂芯（型）排氣,提高澆注溫度,合理控制澆注時(shí)間,其他措施減少砂芯（型）發(fā)氣量①可采用高強(qiáng)度樹脂、粗砂、粒形比較圓整的砂子、寶珠砂等，在保證強(qiáng)度的前提下，降低樹脂加入量，從而減少砂芯的發(fā)氣量。②外模砂主要是控制水分及煤粉加入量，以減少外模砂的發(fā)氣量。煤粉的加入量可以根據(jù)鑄件的顏色及粘砂狀況作適當(dāng)調(diào)整，而水分則需要作嚴(yán)格控制。增加砂芯（型）排氣量①排氣包括型腔排氣和砂芯排氣兩種形式。②型腔排氣設(shè)置可參照如下方式：螺栓孔部位采用氣眼針的方式。對(duì)于鑄件澆注位置的遠(yuǎn)端或者比較高的位置，可以采用氣眼針和溢流冒口（邊冒口）相結(jié)合的方式。采用粗砂或者面砂/背砂相結(jié)合的方式提高型砂透氣性也可以增加型腔的排氣能力。③通過增加型腔排氣、砂芯排氣，可以有效降低氣體壓力，減少氣孔產(chǎn)生的概率。一.減少砂芯發(fā)氣量和增加砂芯排氣量二.提高澆注溫度①提高澆注溫度可以有效降低氣孔發(fā)生的概率。常規(guī)灰鐵件澆注溫度一般在1400℃左右，為了消除氣孔，適當(dāng)提高澆注溫度是可以的，但也不能無限制地提高澆注溫度，因?yàn)闈沧囟忍岣哌€會(huì)帶來一系列的其他問題，如粘砂、縮松、水套芯容易斷、能耗增大等。②通過調(diào)整鑄件的溫度場(chǎng)，達(dá)到上述提高澆注溫度同樣的效果，且不會(huì)產(chǎn)生由于提高澆注溫度導(dǎo)致的副作用。三.合理控制澆注時(shí)間在同樣生產(chǎn)條件下，澆注時(shí)間延長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致氣孔發(fā)生的幾率大大增加。澆注時(shí)間長(zhǎng)，鐵液壓力降低、溫度降低多、粘度變大，不利于氣體上浮，導(dǎo)致氣孔產(chǎn)生的概率上升。例如：IVECO缸體，澆注時(shí)間從26s延長(zhǎng)到32s，氣孔廢品率從2%增到10%。但澆注速度也不是越快越好，澆注速度太快，會(huì)導(dǎo)致氣體來不及排出，也會(huì)產(chǎn)生氣孔，甚至還會(huì)由于澆注速度太快，在澆注過程中產(chǎn)生噴射現(xiàn)象。4JB1缸體，澆注速度從14~16s提高到12s左右，氣孔廢品率上升近2%。四.導(dǎo)致氣孔產(chǎn)生的因素非常多，除了上述內(nèi)容，還應(yīng)注意：（1）確保砂芯、冷鐵、芯撐、澆包等完全烘干（2）避免合金、孕育劑、已烘干的砂芯由于存放時(shí)間太長(zhǎng)而吸潮（3）熱芯盒砂芯制作，要保證固化溫度和固化時(shí)間（4）在條件允許的情況下，采用發(fā)氣速度比較快的制芯工藝（5）澆注過程中要及時(shí)進(jìn)行引火2·灰鑄鐵剎車盤氮?dú)饪兹毕輬D所示雙面剎車盤屬于剎車盤的一種類型，鑄件質(zhì)量一般為6~50kg，材料牌號(hào)為HT200，化學(xué)成分為：w（C）3.1%~3.5%，w（Si）1.7%~2.2%，w（Mn）0.6%~0.9%，w（S）<0.12%，w（P）<0.12%。用濕型粘土砂造型，三乙胺冷芯盒制芯，中頻感應(yīng)電爐熔煉鐵液，出鐵溫度在1520~1550℃，澆注溫度控制在1360~1450℃，澆注時(shí)間為7~12s。氣孔特征（1）大多集中出現(xiàn)在鑄件的上半型，成簇分布于靠近砂芯的鑄件尖角部位，A從鑄件尖角部位沿一定角度（靠近砂芯）延伸到鑄鐵內(nèi)部，深度5~7mm。（2）厚壁鑄件容易出現(xiàn)該缺陷,厚壁且葉片距離窄小的鑄件更容易出現(xiàn)裂隙氣孔。（3）孔洞一般呈裂隙狀，少部分呈圓形，孔壁一般覆蓋一層光亮碳膜。（4）孔洞周圍石墨比較短小，且往往伴有大量鐵素體。（如圖）氣孔產(chǎn)生原因分析在金屬液的冷卻、凝固過程中，氣體溶解度下降，析出的氣體來不及排除，就會(huì)形成析出性氣孔。溶解在金屬液中的氣體析出形成氣泡必須滿足以下條件：PN·f＞P（EPE=Pα+ρ×g×H+2σ/r）式中：PN·f———N2析出分壓力/Pa；PE———?dú)馀萃鈮毫?Pa；Pα———型腔內(nèi)金屬液面上的大氣壓力/Pa；ρ———金屬液密度/kg·m-3；g———重力加速度，為9.80665m·s-2；H———?dú)馀菀陨辖饘僖焊叨?m；σ———金屬液表面張力/N·m-1；r———?dú)馀莅霃?m；2σ/r———由金屬液表面張力造成的附加壓強(qiáng)。影響N2氣孔形成的主要因素有：（1）鐵液含氣量越高，N2析出分壓力PN·f越大。（2）鑄件冷卻速度對(duì)N2孔影響很大。（3）鑄件結(jié)構(gòu)對(duì)N2孔影響也很大。（4）在砂芯中加Fe2O3的作用。防止措施導(dǎo)致鑄件形成N2孔的原因是多方面的，歸納起來主要是鐵液中由原材料帶進(jìn)的N以及鐵液在充型過程中吸收的N在隨后的冷卻過程中析出造成的。在生產(chǎn)中從下述幾個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn)：（1）控制鐵液中的w（N）量（2）加強(qiáng)鑄型排氣（3）減少砂芯發(fā)氣量（4）鑄件上下面翻轉(zhuǎn)澆注（5）加補(bǔ)貼減少尖角效應(yīng)（6）芯砂中加Fe2O3用冷芯盒樹脂砂芯生產(chǎn)的剎車盤灰鑄鐵件出現(xiàn)N2孔缺陷，主要是由于鐵液中吸收過量的N2并在冷卻過程中析出造成的。經(jīng)過不斷的工藝改進(jìn)，鑄件N2孔缺陷得到控制和預(yù)防，鑄件成品率得到提高。3.拖拉機(jī)傳動(dòng)箱體氣孔缺陷

東方紅-180傳動(dòng)箱殼體材質(zhì)為HT200,主要化學(xué)成分控制見下表。最大外形尺寸630mm×342mm×252mm,主要壁厚8mm,單件重82kg,所有加工面不允許有任何缺陷。采用震擊造型機(jī)粘土濕型砂造型,水平分型;采用油砂制芯,立式煤氣爐烘干;采用金屬模樣,每型2件,芯頭間隙不超過1mm,熔煉設(shè)備為12t/h冷風(fēng)沖天爐。產(chǎn)生氣孔的原因一·澆注溫度的影響實(shí)測(cè)了鐵液流的溫度,分析鐵液澆注溫度對(duì)氣孔廢品的影響(其他工藝條件不變)。實(shí)測(cè)中分兩組,第一組用光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量鐵液溫度,第二組用熱電偶高溫計(jì)測(cè)量鐵液溫度,試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果圖所示。從圖中可以看出：澆注溫度與氣孔的產(chǎn)生有直接的關(guān)系。原因：①當(dāng)鐵液含硫量高時(shí),為降低含硫量,加料時(shí)多加錳鐵,這樣使得鐵液中MnS增加。脫硫反應(yīng)為[1,2][Mn]+[FeS]=[Fe]+[MnS](1)[Mn]+[S]=[MnS](2)通過計(jì)算不同溫度下(1530℃以上和1530℃以下,MnS熔點(diǎn)為1530℃)的平衡常數(shù)可知低溫對(duì)錳脫硫有利。MnS使鐵液中的氧化物在低溫時(shí)也可能被游離的石墨還原,產(chǎn)生CO氣體。因此在保證脫硫(鐵液硫含量在規(guī)定范圍之內(nèi))情況下,適當(dāng)提高鐵液溫度,減少鐵液中MnS含量,可減少鐵液中還原性氣體產(chǎn)生,從而可以減少反應(yīng)性氣孔。②對(duì)于侵入性氣孔來說,鐵液溫度低時(shí),流動(dòng)性下降,侵入的氣孔不易通過鐵液逸出。鐵液氧化和含硫高時(shí),流動(dòng)性下降,也可帶來同樣的結(jié)果。高溫熔煉、有效孕育和充分除渣對(duì)防止氣孔缺陷產(chǎn)生是非常有益的。澆注溫度如果控制得當(dāng),在大量發(fā)氣前使鐵液表層凝固結(jié)殼,氣體就不能侵入,從而減少氣孔缺陷產(chǎn)生的機(jī)會(huì)。二·氣候的影響每年6、7、8月廢品率最高原因：(1)在潮濕的雨季,由于輸入到?jīng)_天爐內(nèi)的空氣中水蒸氣多,消耗熱能也越多,鐵液溫度偏低,氧化可能性增加,這時(shí)鐵液顏色變白,不易覺察鐵液溫度的降低。據(jù)測(cè)試,雨季鐵液溫度比入冬季節(jié)(10月以后)可低35℃,這一溫差必須提高層焦比來補(bǔ)償。(2)砂芯容易返潮,使芯子發(fā)氣量增加。(3)爐料、澆包、出鐵槽等容易吸潮,使鐵液中溶入的氣體增加。三·悶箱時(shí)間的影響在鑄件實(shí)際生產(chǎn)過程中,一些意外因素會(huì)引起悶箱時(shí)間(合箱后到澆注時(shí)的時(shí)間)延長(zhǎng),如因設(shè)備故障不能正常生產(chǎn),沖天爐停風(fēng)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)。為了考察延長(zhǎng)的悶箱時(shí)間對(duì)氣孔廢品率的影響,進(jìn)行澆注試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)澆注后會(huì)集中出現(xiàn)氣孔廢品,其結(jié)果如圖：悶箱時(shí)間越長(zhǎng),氣孔廢品率就越高,因?yàn)閻炏鋾r(shí)間越長(zhǎng),型砂中水分的揮發(fā)和遷移造成已下到鑄型中的砂芯型內(nèi)返潮,使被鐵液包圍的砂芯發(fā)氣量增加,產(chǎn)生氣孔的可能性也增加。因此,對(duì)于出現(xiàn)較長(zhǎng)悶箱時(shí)間的鑄型,應(yīng)嚴(yán)格控制,停止?jié)沧ⅰＫ摹て渌蛩罔T件結(jié)構(gòu)的影響當(dāng)多雨季節(jié)空氣潮濕時(shí),壓縮空氣中含有大量水分,下芯吹風(fēng)時(shí)就會(huì)把大量水分噴灑在鑄型上,從而增加砂型發(fā)氣量。砂芯裝配時(shí),應(yīng)把粘合劑抹勻,以防鐵液從分芯面鉆入而堵塞通氣孔。原因關(guān)系圖如下：生產(chǎn)中采取的主要措施（1）根據(jù)“提高澆注溫度,可以減少氣孔”的調(diào)查結(jié)果,在實(shí)際生產(chǎn)中,嚴(yán)格控制鐵液澆注溫度,規(guī)定澆注溫度≥1280℃(光學(xué)高溫計(jì)測(cè))或≥1320℃(熱電偶高溫計(jì)測(cè)),不合格溫度的鐵液不上線澆注。(2)根據(jù)對(duì)悶箱時(shí)間影響的調(diào)查結(jié)果,參照實(shí)際生產(chǎn)的需要,規(guī)定悶箱時(shí)間<15min,因故停風(fēng)停機(jī)時(shí)不合箱,放過的箱不澆注等。(3)加強(qiáng)砂芯和型腔排氣。（4）減少上箱鑄件壁厚部分面。實(shí)施效果在采取了上述措施以后,綜合廢品率和氣孔廢品率均呈逐年下降趨勢(shì)。第三年中,即使在廢品較多時(shí)的6~8月份也基本趨于穩(wěn)定。在產(chǎn)量基本相同的情況下(第1年24014件,第2年23993件,第3年25015件),僅氣孔一項(xiàng),第2年與第3年分別比第1年少?gòu)U品400件和1003件,鑄件質(zhì)量明顯提高,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)“東方紅-180”傳動(dòng)箱體鑄鐵件氣孔缺陷成因的研究分析,制定了下列具體措施：(1)嚴(yán)格控制澆注溫度,以減小形成侵入性氣孔的可能性,澆注溫度≥1280℃(光學(xué)高溫計(jì)測(cè))或澆注溫度≥1320℃(熱電偶高溫計(jì)測(cè))。(2)減小鑄件熱節(jié)(即減薄鑄件較厚部分),提高冷卻速度,使鑄件盡快凝固,可以減少侵入性氣孔的產(chǎn)生。(3)多雨季節(jié),空氣潮濕時(shí)應(yīng)加強(qiáng)生產(chǎn)管理,爐料水無銹,澆包、出鐵槽等應(yīng)烘干,砂芯不返潮,保證排氣暢通等。(4)工藝設(shè)計(jì)要適當(dāng)加長(zhǎng)芯頭,并設(shè)置攔火線和排氣冒口(片),防止鐵液鉆入芯頭披縫包住芯頭影響排氣。(5)嚴(yán)格控制悶箱時(shí)間,對(duì)于悶箱時(shí)間較長(zhǎng)的鑄型不澆注?？s松缺陷提高灰鑄鐵強(qiáng)度的方法：1.降低灰鑄鐵的碳硅量,減少所形成的片狀石墨(相對(duì)于金屬而言,石墨的硬度和強(qiáng)度可以視為零),2.加入合金元素強(qiáng)化基體碳量(碳當(dāng)量)的降低將加劇的兩大質(zhì)量問題：一是石墨形態(tài)的惡化二是鑄件易于產(chǎn)生縮松缺陷縮松產(chǎn)生原因：①熱脹冷縮是絕大多數(shù)物質(zhì)固有的普遍規(guī)律。收縮缺陷——縮松就成為鑄件缺陷中最難以解決的問題。②灰鐵中有自由碳——石墨的存在對(duì)緩解收縮現(xiàn)象有利,由于石墨的密度是2.0t/m3,鐵素體和珠光體都接近7.5t/m3的緣故,因而在鑄鐵凝固時(shí)石墨析出使鑄件的收縮得到補(bǔ)償(石墨碳量越高,補(bǔ)償能力也越強(qiáng)),強(qiáng)度下降,在生產(chǎn)高強(qiáng)度鑄鐵時(shí)這一矛盾更突出。降低高強(qiáng)度灰鑄鐵件產(chǎn)生縮松的傾向的措施：A.就鐵液成份而言,國(guó)內(nèi)外均傾向于盡可能地少調(diào)低碳飽和度(碳當(dāng)量),力求采取高碳低硅,因?yàn)槠鹋蛎涀饔玫氖翘?而且低硅對(duì)強(qiáng)度有利。B.將磷控制在0.06%左右,因磷加劇縮松。C.盡可能降低合金元素加入量。研試并調(diào)動(dòng)“冶金因素”以提高鑄鐵的性能是方向性的啟迪。D.適中的澆注溫度有利于減輕縮松傾向。但溫度過低將惡化石墨、產(chǎn)生“白口”、降低鐵液充型能力(流動(dòng)性)和導(dǎo)致氣孔(灰鐵件極易產(chǎn)生氣孔,特別是包覆砂芯的殼體件,如缸體。E.過度孕育將加劇縮松,因?yàn)榛诣F屬“糊狀凝固”模式,孕育后凝固過程進(jìn)一步縮短并滯后,亦即鐵液在鑄型中保持液態(tài)的時(shí)間延長(zhǎng)。大量試驗(yàn)研究表明,灰鐵的最大容許孕育量為0.3%,何況過此數(shù)量孕育無累加效應(yīng)。F.鑄型剛度愈高鑄件產(chǎn)生縮松的程度愈低,因?yàn)榈陀捕壬靶驮谑蛎洉r(shí)發(fā)生位移使型腔增大從而導(dǎo)致膨脹產(chǎn)生的補(bǔ)償作用失效的緣故。但高剛度鑄型的起模性差、透氣性下降和易引起砂膨脹缺陷(起皮與鼠尾)。G.“糊狀凝固”的鑄造合金較難依靠補(bǔ)縮冒口得以解決,而均衡凝固過程即鑄件不同壁厚部位凝固終了時(shí)間若能趨于接近則可消減縮松的產(chǎn)生灰鑄鐵缸體和缸蓋縮松滲漏滲漏部位及特征分析對(duì)滲漏鑄件進(jìn)行大量的解剖，發(fā)現(xiàn)滲漏處外觀呈密集小孔洞狀，有時(shí)呈裂紋狀。從滲漏處取試樣，磨平拋光后，有的用肉眼就可以看到細(xì)小孔洞，有的需借助顯微鏡可以觀察出來。滲漏處石墨呈樹枝晶組織，有明顯孔洞存在，可以判斷縮松缺陷是導(dǎo)致滲漏的主要原因。縮松缺陷的原因1·熱節(jié)處于澆注位置的上面，是鐵液最后填充處。熱節(jié)類型為“孤立熱節(jié)”，既得不到澆道補(bǔ)縮又得不到冒口補(bǔ)縮。2·熱節(jié)的周界商較小，從均衡凝固的觀點(diǎn)看，該處為均勻厚實(shí)體，需要澆冒口補(bǔ)縮和內(nèi)部自補(bǔ)縮。熱節(jié)部位是鐵液最后充填處，熱節(jié)處的砂型被高溫鐵液烘烤加熱，散熱條件差，使該處的溫度梯度小，凝固速度減慢，加重了糊狀凝固特征。熱節(jié)處在液態(tài)收縮和凝固收縮時(shí)得不到澆冒口補(bǔ)縮，易產(chǎn)生縮松缺陷。3·由于最后凝固的熱節(jié)區(qū)易于貧碳，石墨化能力差，從而造成自補(bǔ)縮的不利。4·隨著溫度的降低，在緩慢冷卻的條件下，從液體中析出的奧氏體枝晶以樹枝狀快速生長(zhǎng)并連成骨架，使殘留熔體形成各個(gè)孤立的小熔池，難于補(bǔ)縮，最終產(chǎn)生縮松。同時(shí)這些熔池由于冷卻緩慢、化學(xué)成分控制不當(dāng)及出現(xiàn)孕育衰退，形核能力差，導(dǎo)致石墨粗大、組織致密性差。5·缸蓋上分散較多的壓緊孔、挺桿孔。加工后孔徑為Ф13mm，壁厚為5mm，搭子直徑Ф23mm，而缸蓋本身內(nèi)腔復(fù)雜，最小壁厚為3mm，無疑這些搭子是缸蓋鑄件的熱節(jié)部位，而且都被砂芯包圍，凝固收縮得不到鐵液補(bǔ)充時(shí)，易形成縮松，而引起滲漏。影響滲漏的因素一·化學(xué)成分對(duì)滲漏的影響灰鑄鐵的化學(xué)成分尤其是碳當(dāng)量CE、Si/C值，對(duì)缸體、缸蓋形成縮松缺陷的影響明顯。①隨著碳當(dāng)量的提高，會(huì)使缸體產(chǎn)生縮松缺陷的可能性減小，提高灰鑄鐵的碳當(dāng)量是防止產(chǎn)生縮松缺陷的根本措施。②在CE一定時(shí)，隨著Si/C的提高，缸體產(chǎn)生縮松缺陷的傾向增大。因?yàn)殡S著Si/C的提高，鐵液凝固結(jié)晶溫度范圍變寬，初生奧氏體枝晶析出量多且粗大，石墨析出量減少，石墨膨脹化減少，易造成縮松增大。二·孕育處理的影響孕育提高鑄鐵的形核程度，增加共晶團(tuán)的數(shù)目，導(dǎo)致凝固過程中作用在鑄型上的膨脹力增大，其結(jié)果可能使鑄件產(chǎn)生縮松。因此在缸體缸蓋生產(chǎn)中，特別注意控制孕育處理。<1>孕育量的影響75SiFe孕育量在0.2%~0.4%范圍內(nèi)，對(duì)滲漏影響很小，加入量超過0.4%時(shí)，滲漏傾向增大，Si-Ba加入量0.2%以內(nèi)，對(duì)滲漏影響較小，超過0.3%時(shí)滲漏傾向明顯增加。<2>孕育劑種類的影響不同類型的孕育劑對(duì)滲漏的影響是不同的在缸體上分別使用0.3%及0.2%SiBa外加0.1%~0.2%75SiFe補(bǔ)充的孕育方法，效果最好，滲漏率最低0.18%，這是因?yàn)樯倭縎iBa孕育劑對(duì)共晶團(tuán)數(shù)的增加要比75SiFe少，同時(shí)少量SiBa孕育劑還能增強(qiáng)孕育效果、延緩孕育衰退的作用，避免在澆注過程中因孕育衰退造成鐵液白口傾向增加而增大縮松傾向。<3>CrFe加入量的影響隨著CrFe加入量的增加，滲漏率呈上升趨勢(shì)。因?yàn)榉彩亲璧K石墨化的元素都增加鑄件的縮松傾向，而鉻是顯著阻礙石墨化的元素，鉻量的增加，降低了石墨膨脹，增大了縮松傾向。但少量的鉻能增加珠光體數(shù)量并穩(wěn)定珠光體，提高力學(xué)性能。嚴(yán)格控制鉻量，在滿足力學(xué)性能的前提下越低越好。<4>微量元素的影響低熔點(diǎn)Pb的偏析和富集導(dǎo)致局部鐵液長(zhǎng)時(shí)間處于低溫液態(tài)，不能凝固。凝固時(shí)又得不到鐵液的有效補(bǔ)充而形成晶間縮松，是導(dǎo)致滲漏的主要原因。鐵液中鉛含量應(yīng)控制在0.0008%以下。在實(shí)際生產(chǎn)中，鈦、鋁特別容易導(dǎo)致縮松，嚴(yán)格控制鈦量小于0.4%，鋁量小于0.02%。一般這些微量元素來源于生鐵和廢鋼，要嚴(yán)格控制。解決措施一·嚴(yán)格控制鐵液化學(xué)成分優(yōu)質(zhì)鐵液化學(xué)成分是保證獲得高質(zhì)量缸體、缸蓋的前提。<1>碳與CE的選擇采用高碳當(dāng)量可以減少白口傾向及鑄件縮松、滲漏缺陷。為使HT250缸體、缸蓋具有良好的力學(xué)性能和鑄造性能，以C為3.15%~3.3%，CE為3.95%~4.05%為宜。CE從4.0%~4.2%降為3.8%~4.0%時(shí)，能有效減少縮松缺陷。<2>Si/C比的選擇在Si/C選值上，國(guó)內(nèi)爭(zhēng)論較大。有人認(rèn)為，當(dāng)CE為3.96%~4.05%時(shí)和4.06%~4.15%時(shí)，Si/C>0.55時(shí)，灰鑄鐵產(chǎn)生縮松缺陷的傾向大，宜Si/C≤0.55。有人認(rèn)為，高Si/C比雖然有利于提高抗拉強(qiáng)度，但對(duì)容易縮松滲漏的缸體缸蓋不適應(yīng)，將Si/C由原來的0.60%~0.75%，調(diào)整為0.50%~0.60%。<3>錳、硫、磷的選擇錳是阻礙石墨化的元素。當(dāng)其溶入固溶體或滲碳體中能增強(qiáng)鐵碳原子間的結(jié)合力，同時(shí)還降低共析溫度，促進(jìn)珠光體的形成，Mn與S可形成MnS，減弱S阻礙石墨化作用，間接地利于石墨化。硫、磷也是阻礙石墨化元素，屬于有害元素,應(yīng)嚴(yán)格控制。各生產(chǎn)廠家在這些元素的選擇上也不相同。國(guó)內(nèi)部分廠家缸體、缸蓋件化學(xué)成分的選擇如表二·合理的孕育處理恰當(dāng)?shù)脑杏幚恚瑢?duì)降低鑄件滲漏率是一項(xiàng)十分重要的措施孕育量的選擇上一般認(rèn)為，75SiFe孕育量在0.3%~0.5%，硅鋇孕育劑加入量在0.2%~1.4%左右適宜。采用0.2%硅鋇孕育劑加75SiFe調(diào)整是可行的。三·上碲涂料碲涂料用于鑄件防止?jié)B漏在很多企業(yè)已普遍應(yīng)用，其原理是當(dāng)鐵液澆注后，碲與鐵液表面作用，產(chǎn)生一層致密組織，阻止了滲漏的發(fā)生。最佳碲涂料配比如下表此外，對(duì)于涂刷碲涂料厚度要求也不一樣。一般人為涂層厚度約0.2mm比較好。1·鐵液的化學(xué)成分、微量元素、孕育處理及Cr-Fe加入量對(duì)于缸體、缸蓋產(chǎn)生縮松都有一定的影響。為獲得高品質(zhì)鑄件，有效的降低滲漏率，對(duì)以上幾個(gè)方面進(jìn)行嚴(yán)格控制，并且在實(shí)際中獲得了很好的效果。小結(jié)：2.國(guó)內(nèi)缸體、缸蓋在滲漏問題上雖然取得了很大的進(jìn)步，但與國(guó)外汽車發(fā)達(dá)國(guó)家的制造工藝水平相比，還有較大的差距，表現(xiàn)在國(guó)外缸體缸蓋生產(chǎn)中普遍采用隨流孕育，孕育絲孕育和型內(nèi)孕育等瞬時(shí)孕育方法。國(guó)內(nèi)各生產(chǎn)廠家應(yīng)從各方面找出差距，對(duì)適合自己的制造藝加以借鑒和推廣應(yīng)用，甚至創(chuàng)造條件引用先進(jìn)技術(shù)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋整體質(zhì)量。砂眼和斷芯缺陷離合器殼體砂眼和斷芯缺陷分析離合器殼體鑄件材料牌號(hào)為HT250，最大外形尺寸為363mm×384mm×220mm，質(zhì)量18kg，最小壁厚5mm，屬典型的復(fù)雜薄壁鑄件。鑄件需要進(jìn)行氣密性檢查，因此要求鑄件的力學(xué)性能良好，組織致密，內(nèi)部不允許有鑄造缺陷。原工藝條件如下圖：在砂芯的芯頭上設(shè)置了排氣通道，便于砂芯產(chǎn)生的氣體及時(shí)排出；為了將前期的冷鐵液溢出，在鑄件頂端面的法蘭位置設(shè)置了溢流冒口，在冒口上安放了出氣棒，便于澆注時(shí)將型內(nèi)的氣體及時(shí)排出，在鑄件底端面的最高部位設(shè)置出氣片；為了增大排氣面積，有利于型內(nèi)的氣體及時(shí)排出，在上箱面的所有凸臺(tái)上均安放了出氣棒。存在的缺陷缺陷產(chǎn)生的部位有一定的規(guī)律性，氣孔主要集中在鑄件底端面最高部位處（即出氣片的根部），斷芯主要在2個(gè)砂芯相連的3個(gè)工藝孔芯頭處，而砂眼主要集中在鑄件頂端面的法蘭位置砂眼缺陷產(chǎn)生的原因由于金屬液從砂型型腔表面沖下來的砂粒（塊），或者造型、合箱操作中落入型腔內(nèi)的砂粒（塊），在澆注時(shí)來不及浮入橫澆道或冒口排氣陣頂部，留在鑄件內(nèi)部或表面而造成的。砂眼缺陷產(chǎn)生的位置砂眼出現(xiàn)的部位較集中，主要在鑄件頂端面的法蘭位置，該部位鑄件較厚大，且靠近砂箱壁，故認(rèn)為不是該原因造成的砂眼缺陷。解決辦法：通過改變砂芯結(jié)構(gòu)，采用砂芯形成鑄件此部位的立面，達(dá)到解決砂眼問題的目的，是現(xiàn)有條件下較理想的辦法。斷芯缺陷產(chǎn)生的原因由于斷芯主要出現(xiàn)在2個(gè)砂芯相連的3個(gè)工藝孔芯頭處，且都是凸芯頭斷裂，因此認(rèn)為是由于砂芯質(zhì)量較大，兩個(gè)砂芯都是懸臂芯，靠中間3個(gè)工藝孔芯頭連成一個(gè)整體，而3個(gè)工藝孔芯頭較小，致使砂芯在該部位的強(qiáng)度不夠，造成砂芯從該處斷裂。要增加砂芯的強(qiáng)度，就需采用高強(qiáng)度的覆膜砂，將增加生產(chǎn)成本，同時(shí)砂芯發(fā)氣量增大，加大了鑄件出現(xiàn)氣孔的幾率，因此通過提高覆膜砂的強(qiáng)度，來提高砂芯的強(qiáng)度方法不可行。如果采取安放芯撐的方法，可以解決斷芯缺陷，但如果芯撐融合不好，試壓時(shí)易滲漏。通過