球铁铸件缩孔缩松.docVIP

球铁铸件缩孔、缩松的成因与防止 张文和，丁俊，聂富荣 （南京铸峰国际贸易有限公司，南京 210002） 摘要：球墨铸铁大多数是共晶或过共晶成分，其糊状凝固方式使铸件外壳没有抵抗石墨化膨 胀能力，因而铸型产生型壁迁移，增大铸件体积，极易产生内部缩孔、缩松。球墨铸铁凝固 时，在枝晶和共晶团间的最后凝固区域，收缩的体积得不到完全补充，留下的空洞形成宏观 及微观缩松。La 有助于消除缩松倾向。分析缩孔缩松形成原因并提出相应的防止办法，有 助于减少由此产生的废品损失。 关键词：球墨铸铁、收缩、缩孔、缩松 1 前言 1.1 缺陷形成原因 球墨铸铁生产技术日臻完善，多年技术服务的实践表明，生产中出现的铸造缺陷，完全 可以用成熟的经验予以消除。据介绍：工业发达国家的铸造废品率可以控制在 1%以下[1]， 国内先进水平也在 2%左右，提高企业铸造技术水平，对减少废品十分重要。 球墨铸铁的缩孔、缩松缺陷是由于铁液的液态和凝固收缩引起的，缺陷分类见表 1。 表 1 球墨铸铁缩孔缩松显微缩松的特征和部位 种 类 定 义 特 征 部 位 缩孔 缩松 铁液收缩形成较大缺失空间 铁液收缩形成细小缺失空间 缩孔内表面粗糙 连续或断续米粒状疏松 热节的上部 缩孔下方、厚壁中心 显微缩松 显微镜观察微细连续缺失空间 多角形疏松 枝晶间、共晶团边界间 众所周知，灰铸铁是逐层凝固方式，球墨铸铁是糊状凝固方式。逐层凝固可以使铸件凝 固时形成一个坚实的封闭外壳，铸件全封闭外壳的体积收缩可以减小壳体内的缩孔容积。糊 状凝固的特点是金属凝固时晶粒在金属液内部整个容积内形核、生长，固相与液相混合存在 有如粥糊。大多数球墨铸铁是共晶或过共晶成分，其糊状凝固方式使铸件外壳没有抵抗石墨 化膨胀的能力，铸型产生型壁迁移，增大铸件体积，极易产生内部缩孔、缩松缺陷。铸型冷 却能力强，有利于铸件的容积凝固转变成逐层凝固，使铸件的分散缩松转变成集中缩孔。然 而，批量生产中湿砂型铸造很难被金属型或干砂型取代。 球墨铸铁凝固有以下三个特点，决定球墨铸铁是糊状凝固方式： ① 球化和孕育处理显著增加异质核心，核心存在于整个熔体，有利于全截面同时结晶。 石墨球在奥氏体壳包围下生长，生长速度慢，延缓铸件表层形成坚实外壳；而片状石墨 的端部始终与铁液接触，生长速度快，凝固时间短，促使灰铁铸件快速形成坚实外壳。 球墨铸铁比灰铸铁导热率小 20%-30%，散热慢，外壳生长速度降低[3]。 糊状凝固是容积凝固方式，收缩容积量是衡量，冒口也是容积凝固，因此缩松很难用冒 口的方法去除。 资料介绍：有学者通过测量铸铁的收缩、膨胀和冷却曲线研究凝固形貌与缩孔的关系。 球墨铸铁共晶凝固前期，由于析出奥氏体发生显著收缩；共晶后期，石墨球急剧长大产生膨 胀。人们期望膨胀的体积能够抵消收缩。但是大多数膨润土湿砂型的型壁退让，使膨胀补缩 不能实现。因此在铸造工艺上，应采用冒口对球铁铸件的热节共晶凝固前期进行液态补缩。 而后期的共晶膨胀则通过冒口颈的凝固，根据铸型型壁硬度，可以适当的使铸件致密。显微 缩松发生在铸铁最后凝固（Last to Freeze）区域，简称 LTF 区域。分散在奥氏体枝晶或晶粒 间的金属液体，收缩后留下微小孔洞，肉眼难于辨认。 表 2 缩松的种类、出现部位与产生原因 1  种  类 部位分类 产 生 时 间  出 现 部 位  产 生 原 因 宏观缩松 局部缩松 共晶凝固前期 奥氏体枝晶、共晶团晶簇间隙 热节中心最后凝固 轴线缩松 共晶凝固中期 铸件厚大截面中心线处 结晶时间长 显微缩松 分散缩松 共晶凝固后期 整个截面枝晶臂或共晶团间 LTF 区无补缩通道 球墨铸铁的容积收缩大致可以分成四个阶段： 一次收缩（primary contraction）：浇入铸件的液态金属温度降低必然产生液态收缩。 体积膨胀(volume expansion)：铁液凝固阶段析出奥氏体和石墨，计算表明每析出ω（C）： 1%，铸铁体积增大 0.89%-0.95%，实际铸铁体积增大 2%。石墨化只是膨胀原因之一。 二次收缩(secondary contraction)：凝固后期奥氏体枝晶与共晶团之间铁液的凝固收缩。 二次收缩铁液的石墨化膨胀可以抵消显微缩松。 固态收缩(solid contraction)：铸件凝固后整体收缩。固态收缩不产生缩孔、缩松[4]。 1.2 La 球化剂、孕育剂的补缩作用 球墨铸铁凝固时的石墨形态、石墨球数量和大小、碳化物的数量等可以通过加入新型球 化剂和孕育剂得到改善。铁液中生成碳化物的部分，缺少碳原子的析出，没有石墨膨胀，铁 液凝固时体收缩值大。通常用单位面积内石墨球数来评定球铁的冶金质量，冶金质量