球墨铸铁件常见的七种缺陷原因及分析与工艺控制

其一、球墨铸件常见的七种缺陷原因及分析

1）石墨球异化

石墨球异化出现不规则石墨，如团块状、蝌蚪状、蠕虫状、角状或其他非圆球状。这是由于球状石墨沿辐射方向生长时，局部晶体生长模式和生长速率偏离正常生长规律所致。球墨铸铁件中残余球化元素量超出应有范围时，如残余镁太高，超过了保持石墨球化所需的低量时，也会影响石墨结晶条件，就容易产生蝌蚪壮石墨。而残余稀土较多时，高碳当量铁水易产生碎块石墨，碎块石墨的集中区域一般称做“灰斑”。而蠕虫状石墨的出现则是由于球化元素残余量不足或者含有超限的钛和铝。

2）石墨漂浮

过共晶成分的厚壁球铁件中，在浇注位置顶部，常常出现一个石墨密集区域，即“始末漂浮”现象，这是由于石墨与铁水密度不同，过共晶铁水直接析出的石墨受到浮力作用向上所致。石墨漂浮程度与碳当量、球化元素的种类及残留量、球墨铸件凝固时间、浇注温度等因素有关系。镁能使球铁的共晶含碳量提高，碳当量相同的铁水，提高其残余镁量就能减少石墨漂浮，残留稀土量过高，有助于爆裂状石墨的升成。

3）反白口

一般铸铁件的白口组织容易出现在冷却较快的表层、尖角、披缝等处，反白口缺陷则相反，碳化物相出现在球墨铸件中等断面心部、热节等部位。球化元素残余量过多时，有推进反白口缺陷产生的作用，稀土元素强于镁，它们一般都能增加球铁组织形成时的过冷度。

4）皮下小孔

皮下小孔内主要含有氢，也有少量CO和氮。残余镁量过高时，也同时加强了从湿型中吸收氢的倾向，因而产生皮下小孔的几率增加。另外，球化铁水停留时间长也能增加小孔的数量。

5）缩孔缩松

缩孔常出现在球墨铸件后凝固部位(热节处、冒口颈与球墨铸件连接处、内角或内浇口与球墨铸件连接处)，是隐蔽于球墨铸件内部或与外表连通的孔洞。缩松，宏观的出现在热节处，细微的收缩孔洞，大多是孔洞内部互相连通。与球化元素有关的是，要控制残余镁和稀土不能过高，这对减少宏观和微观缩松都有明显效果，缩松倾向几乎与球化元素成正比。

6）黑渣

它一般发生在球墨铸件的上部(浇注位置)，主要分为块状、绳索状和细碎黑渣。黑渣的主要成分硅酸镁，是由铁水中MgO和SiO2反应生成的，并受其相对含量的影响。因此，作为控制黑渣的措施之一就是减少镁的残余量(加镁0.15%时，渣总量约占铁水重量的0.1%)，而残余稀土因与氧有较强的亲和力，在减少黑渣方面有明显的效果。

7）球化衰退

这是由于球化铁水停留时间较长，残留镁逐渐减少，熔渣没有及时扒除，硫还会回到铁水中，使凝固组织中的石墨减少甚至消失，衰变为不规则状、蠕虫状或片状石墨。这种球化衰退与球化剂中稀土含量较低、或者球化剂加入量偏低有的关系，但紧靠增加其加入量也很不可取，因为镁残余量高了，熔渣量和渗碳体都会增加，在厚大断面中还会使石墨球蜕变为蝌蚪状石墨。生产实践表明：原铁水含硫量低对防止球化衰退才是的。包括还有的球铁铸造件缺陷，几乎都与球化剂的成分和加入量有关系，但我们不能指望球化剂解决很多问题，不能解决所有问题，因为球化元素的作用以及球化剂的加入量都是利弊共存的，球化剂只是球墨铸件稳定生产控制系统中的一个很重要的因素，只有和其他配套措施结合在一起，才能够稳定的进行球化处理。

其二、大型球墨铸铁件工艺控制

(1)保护砂型的强度和紧实度，以及砂箱的刚度和强度。

(2)控制铁液出炉温度，一般在1460℃以下。出炉温度过高，可能引起含硫量和含碳量增加。为避免碎块状石墨产生，应在球化孕育处理后20分钟内浇注完毕。

(3)浇注系统设计。对浇注系统进行优化，使铁液平稳充型，保护厚大部位的凝固深受补缩。为了防止夹渣，利于充型，可在浇注系统中设置过滤网或闭渣装置。目前，在大型风力发电机低温较铁素体机械球墨铸铁件生产过程中，基本上采用优良的无冒口浇注工艺，全部依靠大型球墨铸铁件凝固的石墨化膨胀特性进行补缩，大型球墨铸铁件工艺出品率高。为消 除厚大断面球铁件的缩松缺陷，有的生产企业采用了排气片工艺，即在厚大部位表面设置排气片，在大型球墨铸铁件凝固时可以对其形成液态静压力，进而起到补缩作用。

对于厚大断面大型球墨铸铁件，为了防止产生缩孔和缩松，宜选择低温浇注(1350℃以下)，浇注温度适当降低，可增加液体粘度，增大石墨上浮的临界球径，这样漂浮所需阻力增大，有利于防止石墨漂浮。浇注温度每升高100℃，液态收缩将增加1%。

(4)加快冷却速度。可采用加冷铁、强制冷却或金属型挂砂的方式加快大型球墨铸铁件冷却，缩短凝固时间，以提高大型球墨铸铁件质量。

铸铁冷铁的导热率较高，蓄热能力好，应用很广。石墨冷铁的导热率是铸铁冷铁的三倍左右，但蓄热能力小，适用于强制冷却条件。

对于大的型厚壁球铁大型球墨铸铁件，进行强制冷却控制是手段。强制冷却一般包括风冷、雾冷、水冷等。对于某些容器大型球墨铸铁件，为了增强内腔部分激冷效果，也可采用液氮冷却方式加快大型球墨铸铁件凝固速度。应该指出，在强制冷却条件下，铸型材料表面覆砂层材料和厚度，对强冷有明显影响，砂层的热阻占总热阻的90%以上，所以合理选用覆砂层材料和厚度是关键。进行强制冷却时，需注意。

由于厚大断面大型球墨铸铁件的质量影响因素比较复杂，且一些因素还会相互限制，所以对有些问题还存在不同的观点。随着厚大断面大型球墨铸铁件应用行业的不断扩大，对大型球墨铸铁件的性能要求也在不断提高，如风电大型球墨铸铁件的低温性能、疲劳强度、蚀(以实际报告为主)性等等。因此，厚大断面大型球墨铸铁件的生产还会遇到多的挑战。为了深受的大型球墨铸铁件，许多工艺措施还有待进一步探索研究。