一、概述

　　復(fù)相球墨鑄鐵磨球是我廠于2000年開發(fā)的新產(chǎn)品，用于原低合金磨球的升級(jí)換代。我廠年產(chǎn)該類磨球量近萬噸，在實(shí)際生產(chǎn)中，由于不同種類缺陷的存在，使磨球在實(shí)際工況條件下常出現(xiàn)不耐磨、失圓等影響磨球使用壽命的不利因素，為此有必要對(duì)各類缺陷進(jìn)行分析，并制定相應(yīng)的防止方法，用于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。

　　二、常見缺陷及特征

　　1.球化不良和球化衰退

　　二者缺陷特征相同。

　　(1)宏觀特征 鑄件斷口為銀灰色上分布芝麻狀黑色斑點(diǎn)，其數(shù)量多、直徑大，表明程度嚴(yán)重。若全部呈暗灰色粗晶粒，表明球化不完全。

　　(2)金相組織 集中分布大量厚片狀石墨，其數(shù)量越多、面積越大，表明程度越嚴(yán)重，球化不完全時(shí)呈片狀石墨。

　　(3)產(chǎn)生原因 原鐵液含硫高，以及嚴(yán)重氧化的爐料中含有過量反球化元素;處理后鐵液殘留鎂和稀土量過低。鐵液中溶解氧量偏高是球化不良的重要原因。

　　選用低硫焦炭和金屬爐料，必要時(shí)進(jìn)行脫硫處理。另外，應(yīng)進(jìn)行廢鋼除銹，以及增加球化劑中稀土元素用量，嚴(yán)格控制球化工藝。

　　2.縮孔和縮松

　　特征和產(chǎn)生原因：縮孔產(chǎn)生于鐵液溫度下降發(fā)生一次收縮階段。如大氣壓把表面凝固薄層壓陷，則呈現(xiàn)表面凹陷及局部熱節(jié)凹陷，否則鐵液中氣體析出至頂部殼中聚集成含氣孔的內(nèi)壁光滑的暗縮孔，有時(shí)也與外界相通形成明縮孔，則內(nèi)表面雖也光滑，但已被氧化。球墨鑄鐵共晶凝固時(shí)間比灰鑄鐵長(zhǎng)，呈粥狀凝固，凝固外殼較薄弱，二次膨脹時(shí)在石墨化膨脹力作用下使外殼膨脹，松弛了內(nèi)部壓力。因此在二次收縮過程中，最后凝固的熱節(jié)部位內(nèi)部壓力低于大氣壓，被樹枝晶分隔的小熔池處成為真空區(qū)，完全凝固后成為孔壁粗糙且排滿樹枝晶的疏松孔，即縮松缺陷。宏觀縮松產(chǎn)生于熱節(jié)區(qū)殘余鐵液開始大量凝固的早期，包括了殘余鐵液的一次收縮和二次收縮，因而尺寸略大且內(nèi)壁排滿枝晶，呈灰暗疏松孔或蠅腳痕狀黑點(diǎn);微觀縮松產(chǎn)生于二次收縮末期，共晶團(tuán)或其集團(tuán)間的鐵液在負(fù)壓下得不到補(bǔ)縮凝固收縮而成，常見于厚斷面處。

　　3.皮下氣孔

　　(1)形貌特征 鑄件表皮下2～3mm處均勻或蜂窩狀分布的球形、橢圓狀或針孔狀內(nèi)壁光滑孔洞，直徑0.5～3mm，可在熱處理和拋丸清理后暴露或機(jī)加工時(shí)發(fā)現(xiàn)，小件中較多。

　　(2)形成原因 含鎂鐵液表面張力大，易形成氧化膜，阻礙析出氣體和侵入氣體排出，滯留于皮下而形成。形膜溫度隨殘留鎂量增加而提高，加劇其阻礙作用。薄壁件冷卻快，形膜早，易形成此缺陷。

　　氣體來源主要是降溫過程中鐵液析出的鎂蒸汽，在充型過程中鐵液翻滾促其上浮。鐵液中的鎂與型砂水分反應(yīng)，以及水和鎂、碳化物反應(yīng)產(chǎn)生乙炔分解均可能產(chǎn)生氫氣。此外潮濕、銹蝕的爐料、潮濕的硅鐵和中間合金，以及沖天爐高溫鼓風(fēng)都可帶入氫氣，微量Al可顯著增加皮下氣孔，某些砂芯樹脂粘結(jié)劑含氮較多，上述各因素均可促進(jìn)此缺陷形成。另外，球墨鑄鐵糊狀凝固特點(diǎn)使氣體通道較早被堵塞，也會(huì)促進(jìn)皮下氣孔的形成。

　　4.應(yīng)力變形和裂紋

　　(1)形成原因和形貌特征 鑄件冷卻過程中收縮應(yīng)力、熱應(yīng)力、相變應(yīng)力的代數(shù)和即鑄造應(yīng)力超過該斷面金屬抗斷裂能力則形成裂紋。在高溫下(1000～1150℃)形成熱裂，呈暗褐色不平整斷口;在600qC以下彈性范圍內(nèi)出現(xiàn)冷裂，呈淺褐色光滑平直斷口;在600℃以上鑄造應(yīng)力超過屈服極限時(shí)可產(chǎn)生塑性變形。當(dāng)球墨鑄鐵成分正常時(shí)不易產(chǎn)生熱裂。

　　(2)影響因素 增大白口傾向的因素，如碳硅含量低、碳化物形成元素增加、孕育不足及冷卻過快等都可增加鑄造應(yīng)力和冷裂傾向。磷使冷裂傾向增加，Wp>0.25%還能引起熱裂。另外，鑄件壁厚差大、形狀復(fù)雜，易產(chǎn)生變形和裂紋。

　　5.夾渣

　　(1)形貌特征分布于鑄件澆注位置上表面、型芯的下面及鑄件死角處，斷面上顯現(xiàn)暗黑色無光澤、深淺不一的夾雜物且呈斷續(xù)分布。金相觀察可見條狀、塊狀?yuàn)A雜物，鄰近的石墨可呈片狀或球狀。磁粉探傷時(shí)磁痕呈條狀分布，條紋多且粗，堆積密度表明夾渣嚴(yán)重。電子探針分析表明夾渣含Mg、Si、O、S、C、Al等，是由硅酸鎂、氧硫化合物、鎂尖晶石等組成。

　　(2)形成過程球化處理時(shí)Mg、RE與鐵液中O、S反應(yīng)形成渣。當(dāng)鐵液溫度低、稀渣劑效果不佳、渣上浮不充分或扒渣不凈而殘留于鐵液中，此為一次渣;鐵液在運(yùn)輸、倒包、澆注，充型翻滾時(shí)氧化膜破碎并被卷入鑄型，在型內(nèi)上浮過程中吸附硫化物并聚集于上表面或死角處，此為二次渣。一般以二次渣為主。

　　三、防止措施

　　1.球化衰退原因及防止措施

　　高硫、低溫且氧化嚴(yán)重的鐵液經(jīng)球化處理后形成的硫化物、氧化物夾渣未充分上浮，扒渣不充分，鐵液覆蓋不好，以及空氣中的氧通過渣層或直接進(jìn)入鐵液，使有效的球化元素氧化，并使活性氧增加是球化衰退的主要原因。渣中的硫也可重新進(jìn)入鐵液而消耗其中的球化元素，鐵液在運(yùn)輸、攪拌、倒包過程中鎂聚集上浮逸出被氧化，因此使有效殘留球化元素減少，造成球化衰退。此外孕育衰退也使石墨球數(shù)減少而導(dǎo)致石墨形態(tài)惡化，上述造成球化不良的因素也會(huì)加快球化衰退。

　　為防止球化衰退，應(yīng)盡量降低原鐵液硫、氧含量，適當(dāng)控制溫度。可添加稀渣劑使渣充分上浮并及時(shí)扒渣，扒凈渣后加草灰、冰晶石粉、石墨粉或其他覆蓋劑以隔離空氣;加包蓋或采用密封式澆注包，采用氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)可有效地防止球化衰退;應(yīng)加快澆注速度，盡量減少倒包、運(yùn)輸及停留時(shí)間;另外，采用釔基重稀土鎂球化劑，其衰退時(shí)間可延長(zhǎng)1.5～2倍。輕稀土鎂球化劑衰退時(shí)間也略長(zhǎng)于鎂球化劑，且必要時(shí)也可適當(dāng)增加球化劑添加量。由于孕育衰退引起的石墨形態(tài)惡化，補(bǔ)充孕育后可得到改善。

　　2.縮孔、縮松影響因素及預(yù)防措施

　　碳當(dāng)量低會(huì)增加縮孔、縮松傾向;此外磷共晶會(huì)削弱凝固外殼強(qiáng)度，三元磷共晶減少石墨化膨脹，因此含磷量高可顯著增大縮松傾向;鉬增加碳化物穩(wěn)定性，尤其在高磷條件下易形成碳化物—磷共晶復(fù)合物，更增加縮松、縮孔傾向;殘留鎂量過高，增大縮松、縮孔傾向，而適量殘留稀土量可減少縮松。因此應(yīng)提高鐵液碳當(dāng)量，降低磷含量，在保證球化條件下盡可能降低稀土鎂殘留量，并合理使用鉬。另外，提高鑄型剛度，提高鐵液碳當(dāng)量，適當(dāng)降低澆注溫度，采用薄而寬的內(nèi)澆道使其在二次膨脹前凝固封閉，以及利用石墨化膨脹補(bǔ)償鐵液液態(tài)收縮和凝固收縮，可以消除縮孔、縮松。

　　3.皮下氣孔的預(yù)防措施

　　澆注溫度不得低于1300℃。殘留鎂量高時(shí)，應(yīng)相應(yīng)提高澆注溫度;在保證球化條件下盡量降低殘留鎂量，適當(dāng)使用稀土;采用開放式多流道澆注系統(tǒng)，使鐵液平穩(wěn)流人型腔，避免在型腔內(nèi)翻動(dòng);控制型砂水分≤4.5%，配入煤粉8%～15%可燃燒生成CO抑制水氣與鎂反應(yīng)形成H2(鑄型表面噴涂錠子油也可起同樣作用);鑄型表面撤冰晶石粉，高溫下與水氣反應(yīng)形成HF氣體保護(hù)鐵液。另外，還應(yīng)控制鐵液含鋁量低，爐料干燥少銹，沖天爐除濕送風(fēng)，減少鐵液中氣體，以及采用少氮或無氮樹脂砂等。

　　4.應(yīng)力變形和裂紋防止措施

　　適當(dāng)提高碳當(dāng)量，降低含磷量，加強(qiáng)孕育，以及采取必要的鑄型工藝措施。

　　5.夾渣的影響因素及預(yù)防措施

　　形成一次夾渣的重要原因是原鐵液硫量高，氧化嚴(yán)重。預(yù)防措施是降低原鐵液硫、氧含量，提高澆注溫度。

　　生成二次渣的主要原因是殘留鎂量過高，提高了氧化膜形成溫度。主要措施是在保證球化條件下盡量降低殘留鎂量(中小件WMg不超過0.055%)，加入適量稀土可降低形膜溫度;球化處理時(shí)加0.16%冰晶石，處理后表面再撒入0.3%冰晶石用以稀渣，并生成AlF3氣體和MgF2膜以減少二次氧化。這種方法主要用于防止大件的夾渣，澆注溫度不得低于1300℃，使?jié)沧囟雀哂谛文囟?，可防止二次渣形成。另外，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)保證充型平穩(wěn)，在易出現(xiàn)夾砂的部位設(shè)置排渣冒口，此外設(shè)置過濾網(wǎng)可阻止一次渣進(jìn)入型腔。