易操盘谈谈小型球墨铸铁件缩松和缩凹铸造缺陷以及防患措施铸造工程师之家

2024年10月22日 19:43 山东 1人听过易操盘

谈谈小型球墨铸铁件缩松和缩凹铸造缺陷以及防患措施

1.前言

小型球墨铸铁件铸件模数小，难以实现利用石墨化膨胀实现铸件的自补缩，凝固时温度梯度小，容易出现缩松和缩凹缺陷。小型球墨铸铁件产生缩松和缩凹缺陷，往往受工艺限制和铸件本身结构不易通过安放冒口和冷铁的措施解决。因此分析小型球墨铸铁件缩松和缩凹的形成原因及其影响因素，从而找到其他解决的措施就显得尤为重要。

2.合金凝固方式对球墨铸铁件缩松和缩凹缺陷的影响

球墨铸铁件的缩松和缩陷都属于铸件的体积亏损缺陷。

2.1 缩松

缩松是常出现在铸件的轴线区、热节或厚大部位、冒口根部的细小而分散的缩孔。缩松分为宏观缩松和显微缩松两类。宏观缩松是肉眼可见的缩松，显微缩松是在显微镜下才能看到的缩松，属于晶间缩松。缩松的形成原因是合金的凝固方式为糊状凝固、海绵状凝固，温度区域宽，凝固时温度梯度小，液态和凝固收缩产生的空隙分散，并得不到外部合金液体的补充，从而形成缩松。

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2.2 缩陷易操盘

金属液凝固时，由于凝固收缩而导致的铸件表面的凹陷。对应于瘪坑部位的铸件横截面中，有时伴有内部缩松。缩陷的形成与合金的凝固方式有关，海绵状网络凝固方式、糊状凝固方式的合金容易形成缩陷。合金的凝固温度范围越宽，越容易产生缩陷缺陷。球铁铁液凝固过程属于糊状凝固方式，石墨球在奥氏体壳包围下生长（离异共晶)，碳原子的移动速度受到限制，生长速度慢，延缓了铸件表层形成坚实的外壳。铸件凝固时，当冲型金属液在型腔中形成封闭式容器固体外壳，如果壳内局部形成真空空间，而且高温下外壳强度不足，承载能力差时，就会在大气压的作用下，外壳塌陷而形成缩陷。同其他不塌陷的铸件表面粗糙度无差别，即同样有与砂型型壁表面接触，复制了型壁表面的痕迹，这是区别缩陷与气坑式表面气孔的主要依据；所处部位都在铸件厚实横截面或结构热节的铸件表面；缩陷部位按铸件浇注位置而言，有底面缩陷、侧面缩陷和顶面缩陷。由此可见影响缩松和缩陷形成的因素和缩孔不同，铁液的凝固范围宽，形成缩松、缩凹的倾向越大；铁液的凝固范围窄，则形成缩松、缩陷的倾向小，但形成缩孔的倾向越大。

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3.硅对小型球墨铸铁件缩松、缩凹的影响

纯的铁碳合金的凝固时在恒定的温度下(1155℃)进行共晶凝固，但由于诸多合金元素（特别是硅)的存在，导致铸铁合金实际共晶凝固过程是在一定的温度范围内进行。凝固范围越宽，早期析出石墨的膨胀作用因大量金属液和固体共存或铸件外壳强度不够，起不到自补缩的作用，当后期析出的石墨的膨胀不足以抵消铁液的液态收缩时就会产生缩松和缩陷。所以铁液中能增大共晶凝固范围的合金元素含量增高会增加铸件产生缩松、缩陷缺陷的倾向，铁液中能减少共晶凝固范围的合金元素含量提高会降低铸件产生缩松、缩陷的倾向。铁液中的硅含量越高，铁液凝固范围越大；同时由于硅增大了碳的活性，使得凝固早期析出的石墨量增大，后期析出的石墨量减小，因此球墨铸铁的硅含量高，铸件容易产生缩松和缩凹。

4.小型球墨铸铁件缩松和缩凹的防患措施

4.1 控制铁液硅含量

避免铁液硅含量过高增大铁液的共晶凝固范围。硅是促进石墨化的元素，促进碳原子共晶、共析过程中碳原子向石墨球积聚，较高的硅含量可以直接带来较多的石墨球数、铁素体量。但随着硅含量的增加，铁液共晶过程中的凝固范围加宽及早期石墨相的析出增加，增大铸件缩松、缩凹缺陷倾向。硅含量的水平应满足避免产生碳化物和提高铁素体以得到合格机械性能的要求，同时要避免过量。为了减小缩松，建议在碳当量一定时采用最大的碳含量和最小的硅含量。碳提供膨胀作用，同时合理的硅含量能避免引起过度的初始膨胀作用（起不到补缩作用）增加铁水后期凝固时的膨张作用。

综合考虑，中小壁厚铸件为防止缩松、缩凹缺陷，硅含量控制在2.5~2.8%比较合适。铸造厂在生产低牌号小型薄壁球墨铸铁件时，常常通过提高硅含量的办法避免出现白口和保证延伸率，很多铸造厂将铸件含硅量提高到2.9~3.2%，从而使铁液共晶凝固范围过宽，增大了铸件缩松和缩凹缺陷产生的倾向，导致铸件产生缩松和缩凹缺陷。中小型球墨铸铁件在实际生产中出现缩松和缩陷缺陷时，往往受工艺和铸件的结构等影响，特别是覆膜砂壳型工艺和采用黏士砂垂直线生产小型球墨铸铁件时，不易采用冒口和冷铁工艺，此时控制铁液的硅含量在合理的范围之内，降低铁液的共晶凝固范围，是解决铸件缩松和缩凹缺陷的有效办法。

4.2 使用纯镧镁硅球化剂

使铁液共晶凝固过程中石墨的析出延迟，从而充分利用小型球墨铸铁件凝固后期的石墨化膨胀作用。使用不同稀土元素的球化剂处理的球墨铸铁件凝固后的金相组织有显著不同。镧镁硅铁球化剂球化处理铁液，可以显著改善甚至消除铸件的缩松缺陷。澜镤硅铁球化剂可以降低铁液冷却时产生的过冷度和再辉值（表现在凝固热分析曲线上为较为平整的曲线)。较高再辉值表明凝固初期速度较快，以及较快的奥氏体和碳的析出，早期石墨析出过多，会号致在凝固后期，即铁水被隔离成弧点的情况下（这时浇注系统和冒口已无法提供金属液来补偿收缩)，导致石墨化膨胀不足，铸件的缩松和缩凹倾向增加。经镧系球化剂处理的球墨铸铁金相的特点是出现大量非常小的石墨球和少量较大的石墨球，这些小的石墨球通常是在共晶凝固的最后区域出现，产生石墨膨胀，抵消铁液的收缩，从而防治铸件最后凝固部位产生缩松和缩凹。对于那些采取各种铸造工艺手段，依然出现缩松、缩凹缺陷的小型球墨铸铁件，采用镧球化剂减少缩松、缩凹时非常有意义的。

很多厂家在解决中小铸件缩松和缩凹缺陷时，认为增加石墨球数可以防止铸件缩松和缩凹缺陷，所以想尽办法增加石墨球数。具有较多的石墨球数不一定会减少铸件缩松，实际上有可能反而会增加缩松，只有在石墨球的尺寸分布范围较大时，石墨球数较多对于减少缩松才是有利的。过多的孕育剂加入量或者使用铋来提高石墨球数，会获得具有相似结构特点、大小一致的过量石墨球，这样的金相结构虽然很好看，但不仅不利于消除铸件缩松缺陷，反而会增加铸件缩松倾向。

（来源：热加工行业论坛·南京热之梦）

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