灰鑄鐵缺陷產(chǎn)生的原因分析及預(yù)防措施

熱裂是灰鐵鑄件形成期間在高溫下出現(xiàn)的裂紋缺陷，在灰鐵鑄件表面上可以觀察到的裂紋稱為外裂，隱藏在鑄件內(nèi)部的裂紋稱為內(nèi)裂。熱裂是鑄鐵件，特別是灰鐵鑄件，可鑄鐵件和某些輕合金鑄件常見的鑄造缺陷之一，那么是什么原因會造成熱裂呢？

1、熱裂紋沿晶界展開，外形曲折而不規(guī)則。

2、外裂斷口表面呈氧化色?；诣F鑄件外裂斷口進(jìn)似黑色，鋁合金裂口呈暗灰色，說明裂口在高溫下形成并被氧化。內(nèi)裂紋由于發(fā)生于鑄件內(nèi)部，氧化不明顯，常有枝狀晶。

3、外裂紋的另一特征是表面寬而內(nèi)部窄。裂口從鑄件表面開始延伸到內(nèi)部，有時裂口貫穿于整個斷面，形成穿透性裂紋；而內(nèi)裂的形狀則是鑄件中心寬，越靠近鑄件外表越窄。

4、熱裂問的位置多發(fā)生在凝固緩慢的熱解部分。外裂常發(fā)生在灰鐵鑄件拐角處，截面厚度有突變處，壁于壁的十字交接處，冒口根部，兩塊外冷鐵之間以及可產(chǎn)生應(yīng)力集中的肥厚部位；內(nèi)裂產(chǎn)生在鑄件內(nèi)部后凝固的中心附近。

在需補(bǔ)修的灰鐵鑄件的廢品件總數(shù)中，熱裂件占20%，由于灰鐵鑄件是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁厚差別大的合金鑄件，熱裂率還要較高，因此應(yīng)重視熱裂的發(fā)生和防止。

一、影響灰鑄鐵力學(xué)性能的主要因素： 

工藝、冶金因素：主要有冷卻速度，鐵液的過熱處理、孕育處理、爐料特性等 

（1）關(guān)于冷卻速度的影響   

鑄鐵是一種對冷卻速度敏感性很大的材料，同一鑄件的厚壁和薄壁部分，內(nèi)部和外表都可能獲得相差懸殊的組織，俗稱為組織的不均勻性。因?yàn)槭^程在很大程度上取決于冷卻速度。影響鑄件冷卻速度的因素較多：鑄件壁厚和重量、鑄型材料的種類、澆冒口和重量等等。由于鑄件的壁厚、重量和結(jié)構(gòu)取決于工作條件，不能隨意改變，故在選擇化學(xué)成分時應(yīng)考慮到它們對組織的影響。 

（2）關(guān)于鐵液孕育處理的影響  

孕育處理就是在鐵液進(jìn)入鑄件型腔前，把孕育劑附加到鐵液中以改變鐵液的冶金狀態(tài)，從而可改善鑄鐵的顯微組織和性能。對灰鑄鐵而言，進(jìn)行孕育處理是為了獲得A型石墨、珠光體基體、細(xì)小共晶團(tuán)的組織，以及減少鑄件薄壁或邊角處的白口傾向和對鑄件壁厚的敏感性；對可鍛鑄鐵而言，是為了縮短短退火周期，增大鑄件的允許壁厚和改善組織的結(jié)構(gòu)；對球墨鑄鐵而言，是為了減少鑄件白口傾向，提高球化率和改善石墨的圓整性。

（3）關(guān)于鐵液過熱處理的影響。

提高鐵液過熱溫度可以：

①增加化合碳含量和相應(yīng)減少石墨碳含量

②細(xì)化石墨，并使枝晶石墨的形成

③消除鑄鐵的“遺傳性”

④提高鑄件斷面上組織的均勻性

⑤有利于鑄件的補(bǔ)縮。同樣，鐵液保溫也有鐵液過熱的類似作用。

（4）關(guān)于爐料特性的影響  

實(shí)際生產(chǎn)中往往發(fā)現(xiàn)改變金屬爐料（例如采用不同產(chǎn)地的生鐵或改變爐料的配比等)而化學(xué)成分似乎無變化的情況下鑄鐵具有不同的組織和性能，這說明原材料的性質(zhì)直接影響著用它熔煉出來的鑄鐵的性質(zhì)，稱為鑄鐵的：“遺傳性”為此，采用提高鐵液溫度和使用多種鐵料配料可消除這種“遺傳性”，并改善鑄鐵的組織和性能。

綜上所述，鑄鐵的工藝因素和冶金因素對鑄鐵的力學(xué)性能有著很大的影響，因此，不應(yīng)忽視對這些影響因素的控制。 

二、灰鑄鐵不可用熱處理的方法來達(dá)到牌號要求 

 一般說來，熱處理能在很大程度上改善鑄造合金的組織和性能，但在灰鑄鐵條件下，熱處理所能發(fā)揮的作用相對較小。在灰鑄鐵中，石墨對鑄鐵性能的影響很大，而任何的熱處理方法都不能改變石墨的形態(tài)和分布，故不可通過熱處理來有效地提高灰鑄鐵的性能使之達(dá)到牌號要求。 

但是，提高灰鑄鐵力學(xué)性能的方法很多，如合理選配化學(xué)成分、改變爐料組成、過熱處理鐵液、孕育處理、微量或低合金化等，都可取得很好效果。

三、生產(chǎn)高牌號灰鑄鐵（孕育鑄鐵）的注意事項 

生產(chǎn)產(chǎn)高牌號灰鑄鐵(一般指HT200以上)時，為了獲得高的力學(xué)性能，必須盡可能地減少石墨的數(shù)量、減小石墨的長度。傳統(tǒng)的方法就是降低鐵液的碳、硅含量、提高鐵液的冷凝速度，但幅度稍大時就會出現(xiàn)D型過冷石墨及白口，反而降低灰鑄鐵的力學(xué)性能。 

在爐前或在澆注前往鐵液中添加適量的、以硅鐵為主的鐵合金碎粒被稱作孕育處理。孕育處理在鐵液中提供大量的、石墨借以生核的生核質(zhì)點(diǎn)。有效的孕育將促進(jìn)石墨的析出，從而消除白口、細(xì)化片狀石墨并使過冷石墨轉(zhuǎn)變?yōu)闊o方向性均布石墨(A型石墨)，不但可大幅度地提高綜合力學(xué)性能，同時還提高鑄態(tài)組織的均一性，減小鑄件由于壁厚不均、邊角與心部的冷速不同而造成的力學(xué)性能差別，因此對鐵液進(jìn)行孕育處理是一項生產(chǎn)高牌號灰鑄鐵(孕育鑄鐵)必不可少的技術(shù)。

為使孕育有效，需滿足孕育對原鐵液的要求，即，原鐵液應(yīng)具有較低的碳、硅含量，或原鐵液應(yīng)具有較低的碳當(dāng)量，碳當(dāng)量愈低，孕育效果愈好，灰鑄鐵件強(qiáng)度愈高；相反，碳當(dāng)量高，孕育效果差。由于硅可以用加入孕育劑的方法來調(diào)整，故考慮原鐵液碳當(dāng)量時總是把碳維持在2.8%~3.2%左右，把硅維持在稍低于能顯著促進(jìn)石墨化的臨界值，然后加入孕育劑使硅量超過臨界值，獲得孕育處理的效果。此外，鑄件壁厚及冷卻速度也同樣影響到孕育鑄鐵件的組織，在選擇化學(xué)成分時也要加以考慮，一般厚件的碳、硅量取下限，薄件則取上限。

錳在高牌號灰鑄鐵(孕育鑄鐵)中的作用，除中和硫的影響外，尚有一個特殊的要求，即借助于它使灰鑄鐵能得到珠光體組織，故高牌號灰鑄鐵(孕育鑄鐵)的錳含量一般較高。硫能削弱孕育劑的石墨化作用，因此常將硫限制在0.12%以下。近幾年來，也有人認(rèn)為為了得到好的孕育效果，原鐵液的硫量不能太低。因此，在以后鐵液中的硫含量逐漸降低的情況下，對于孕育鑄鐵中的硫量究竟應(yīng)如何確定，看來是一個值得注意的問題。 

磷含量一般從力學(xué)性能的要求出發(fā)，常限制在0.15%以下，但有些機(jī)床灰鑄鐵件(常由孕育鑄鐵制造)需要耐磨，磷含量則可提高至0.3%~0.5%左右或更高。 

四、用孕育劑進(jìn)行灰鑄鐵孕育處理時禁止的四則

灰鑄鐵用的孕育劑可以按功能、主要元素、形狀等進(jìn)行分類，在使用孕育劑進(jìn)行灰鑄鐵孕育處理時應(yīng)禁忌四則：    

一則，孕育劑在使用前必須烘干。 

二則，禁止使用純硅或純硅鐵作孕育劑   

三則，孕育劑不可草率加入，要講究方法。 

四則，孕育劑的粒度   

五、灰鑄鐵件可能出現(xiàn)的缺陷 

在灰鑄鐵件生產(chǎn)中，常見的鑄件缺陷有：氣孔、成分與性能不合格、熱裂與冷裂、縮孔與縮松、渣眼與鐵豆、冷隔與澆不足、砂眼與夾砂、多肉與錯輻、變形等。通常，產(chǎn)生這些缺陷的原因不單是造型制芯問題，有時還有熔煉澆注、配砂質(zhì)量、落砂清理等許多生產(chǎn)工序的問題，因此必須具體分析，以便采取相應(yīng)的合理措施加以解決。

在灰鑄鐵件生產(chǎn)中，常見的鑄件缺陷有：氣孔、成分與性能不合適、熱裂與冷裂、縮孔與縮松、渣眼與鐵豆、冷隔與澆不足、砂眼與夾砂、多肉與錯箱、變形等。通常，產(chǎn)生這些缺陷的原因不單是造型制芯問題，有時還有熔煉澆注、配砂質(zhì)量、落砂清理等許多生產(chǎn)工序的問題。因此必須具體分析，以便采取相應(yīng)的合理措施加以解決。

灰鑄鐵件由于熔煉澆注造成的主要缺陷及其原因分析與防治防范分析如下：

（1）氣孔

特征及發(fā)現(xiàn)方法:

篩狀氣孔：比較均勻地分布于鑄件的整個或大部分?jǐn)嗝嫔稀?/span>

皮下氣孔:離鑄件表面1～3mm處，出現(xiàn)密布的細(xì)小氣孔。

 用外觀檢查，機(jī)械加工，拋丸清理或磁力探傷可發(fā)現(xiàn)。

原因分析:

當(dāng)鐵液中，氣含量較多，并且澆注溫度過低，析出的氣體來不及上浮和溢     出鑄件時產(chǎn)生。

1.爐料本身氣含量高，或銹蝕嚴(yán)重，表面油脂物多。

2.皮下針孔主要是由氫氣造成。硅可減少氧在鑄鐵中的含量，卻可增加氫的含量，故高硅鑄鐵易出現(xiàn)氫氣孔。爐料可含有鋁或氧化鋁時，也易產(chǎn)生針孔。

3.鐵液包不干。

4.孕育劑不干。

防止方法:

1.爐料應(yīng)進(jìn)行妥善管理。對銹蝕嚴(yán)重或表面油脂物多的爐料，要經(jīng)過清理或處理后，方可使用。

2.對本身氣含量高的爐料，應(yīng)經(jīng)重熔再生后，方可使用。

3.爐前可加入適量的稀土，以便去氣。

4.控制合適的鐵液出爐溫度及澆注溫度。

5.爐缸、前爐和鐵液包均需烘干。

6.澆注時，要避免斷流。

 7.孕育劑應(yīng)充分預(yù)熱。

8.澆注時，必須點(diǎn)火引氣。

（2）成分、組織及性能不合格

特征及發(fā)現(xiàn)方法:

材質(zhì)太硬或太軟。

鑄件斷面的宏觀組織和微觀組織不符合標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)條件。

用斷面觀察，化學(xué)分析，金相檢驗(yàn)，硬度試驗(yàn)等可以發(fā)現(xiàn)。

原因分析:

1.碳硅當(dāng)量偏低時，使材質(zhì)偏硬，碳硅當(dāng)量高時，則偏軟。

2.鐵液過熱不適當(dāng)。

3.孕育處理不足。

防止方法:

1.正確配料，并防止操作時竄料。

2.控制合適的過熱溫度。

3.遵守操作規(guī)程及正確處理爐前孕育。

(3) 縮松

特征及發(fā)現(xiàn)方法:

在鑄件內(nèi)部有許多分散小縮孔，其表面粗糙，水壓試驗(yàn)時滲水。

用機(jī)械加工或磁力探傷可以發(fā)現(xiàn)。

原因分析:

磷含量偏高時，使凝固區(qū)間擴(kuò)大；同時，低熔點(diǎn)磷共晶體在最后凝固時，得不到補(bǔ)足，造成顯微縮孔。尤其對于高牌號鑄鐵（碳含量較低），體收縮率較大，更應(yīng)注意。澆注速度太快，使需要補(bǔ)縮的部位來不及補(bǔ)充足夠的鐵液。

防止方法:

1.Wp一般控制在0.15%以下，并控制鐵液化學(xué)成分穩(wěn)定。

2.澆注時，適當(dāng)慢澆，以利充分補(bǔ)縮。

(4) 縮孔

特征及發(fā)現(xiàn)方法:

在鑄件熱節(jié)處產(chǎn)生形狀不規(guī)則，表面粗糙的集中孔洞。

用外觀檢查，機(jī)械加工或磁力探傷可以發(fā)現(xiàn)。

原因分析:

1.由于體收縮率較大，鐵液化學(xué)成分不符合技術(shù)要求，尤其是高牌號低碳鑄鐵。

2.澆注溫度過高，增加了液體收縮值。

防止方法:

1.正確控制鐵液的化學(xué)成分。盡量使Ws低，一般在0.12%以下。

2.控制適宜的澆注溫度。

3.對于大件，可在冒口處補(bǔ)澆鐵液。

4.適當(dāng)增加孕育量。

(5) 熱裂

特征及發(fā)現(xiàn)方法:

裂紋處，帶有暗色或幾乎是黑色的氧化表面。

用外觀檢查，透光法，磁力探傷，打壓試驗(yàn)，煤油滲透等方法發(fā)現(xiàn)。

原因分析:

1.鐵液化學(xué)成分不合要求，使固體收縮值較大，如碳低，硫高。

2.鑄件中含有低熔點(diǎn)夾渣物，降低了高溫強(qiáng)度（因?yàn)闊崃旬a(chǎn)生在凝固將近結(jié)束時，主要在鑄件熱節(jié)處收縮受機(jī)械阻礙而產(chǎn)生）。

防止方法:

1.控制合理的化學(xué)成分，盡量使原鐵液中硫含量低。

2.澆注時，避免熔渣進(jìn)入型腔。

(6) 冷裂

特征及發(fā)現(xiàn)方法:

裂紋處，較干凈或略帶暗紅色輕微的氧化表面。

發(fā)現(xiàn)方法與熱裂相同。

原因分析:

1.鐵液化學(xué)成分不合要求，使固體收縮值較大

2.鐵液中磷含量過高，增加了脆性，從而降低鑄鐵的抗拉強(qiáng)度（因?yàn)槔淞旬a(chǎn)生在鑄件冷 卻以后，主要在鑄件厚、薄交界的應(yīng)力集中處，由于熱應(yīng)力而產(chǎn)生）。

防止方法:

1.控制合理的化學(xué)成分。

2.一般鐵液中Wp應(yīng)在0.15%以下。

(7) 渣眼

特征及發(fā)現(xiàn)方法:

在鑄件外部或內(nèi)部的孔穴中有熔渣

用外觀檢查，機(jī)械加工或磁力探傷可以發(fā)現(xiàn)

原因分析:

1.鐵液中熔渣多或鐵液包中的渣未除凈，澆注時，又未注意擋渣。

2.澆注時，由于斷流而帶入的熔渣。

防止方法:

1.適當(dāng)提高鐵液溫度，并在鐵液包內(nèi)加入少量干砂，以利聚渣撇除。以免硫重新轉(zhuǎn)入鐵液

2.預(yù)先除凈鐵液包中的殘渣。

3.澆注時，注意擋渣，并不發(fā)生斷流。

(8) 鐵豆

特征及發(fā)現(xiàn)方法:

氣孔中有小鐵珠。

用鑄件斷面檢查，機(jī)械加工可以發(fā)現(xiàn)。

原因分析:

由于鐵液澆注溫度過低，當(dāng)鐵液飛濺后產(chǎn)生的鐵豆，不能再被鐵液熔化，結(jié)果與外入氣體一塊包入鑄件中；或者此鐵豆由FeO+C   Fe+CO

生成的CO與鐵豆一塊包入鑄件中。

防止方法:

1.適宜的澆注溫度。

2.澆注時，不可斷流。

(9) 冷隔與澆不足

特征及發(fā)現(xiàn)方法:

鑄件上有未完全融合的縫隙或局部缺肉，周圍呈圓邊。

用外觀檢查可以發(fā)現(xiàn)。

原因分析:

1.鐵液溫度太低，降低了鐵液的流動性。

2.鐵液中，碳、硅含量較低，硫含量較高時，同樣也使鐵液流動性降低。

3.澆注時，發(fā)生斷流或一次鐵液量不足，進(jìn)行二次補(bǔ)澆時，易產(chǎn)生冷隔。

防止方法:

1.適當(dāng)提高鐵液的澆注溫度。

2.控制合適的鐵液化學(xué)成分，盡量降低硫含量。

3.一次澆滿，避免補(bǔ)澆。并且在澆注時，不可斷流。

(10) 過硬

特征及發(fā)現(xiàn)方法:

在鑄件邊緣和薄壁處出現(xiàn)白口鐵組織。

斷面觀察，硬度試驗(yàn)，機(jī)械加工可以發(fā)現(xiàn)。

原因分析:

1.碳硅當(dāng)量偏低。

2.孕育處理不足。

防止方法:

1.正確配料。

2.適當(dāng)增加孕育量。

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