龙岗球铁缺陷分析与对策

龙岗球铁缺陷分析与对策

球铁具有良好的力学性能、铸造性能得到广泛的应用,球铁生产过程中的工艺、熔炼、凝固方式与铸钢、灰铸铁都有较大的差异。球铁铸件的铸造缺陷亦有其特点,现就其缺陷成因和解决办法作些分析和探讨。

1 夹渣

夹渣是球铁件中常见的缺陷之一,其缺陷位置往往出现在铸件的上表面或砂芯的下表面。按照夹渣的形成时间可分为一次夹渣和二次夹渣2种。一次夹渣是球化处理时扒渣不干净,浇注过程亦未挡住渣进入型腔所致,呈颗粒状,体积较大。一次夹渣通过扒渣干净、茶壶包或过滤网等具有挡渣的浇注系统解决。

二次夹渣是从浇注系统开始到铸件凝固前产生的渣,二次夹渣十分细小,加工后在表面仅留下光泽较差的暗灰色斑纹或云片状,有些肉眼亦不能发现,往往在磁粉探伤才能发现,在图一中绳状夹杂物光滑的加工面上有许多细小像裂纹磁粉积聚,如经过色探伤发现这些裂纹不是开口的,再用硫印法和氧印法可以清楚的发现这里的硫化物、氧化物密集,在此位置取样发现硫、氧、镁、稀土、硅的含量较正常区高许多、通过上述几种方法和检查可以断定这些裂纹实际是硫化物和氧化物夹杂,形态有块状、粒状、绳状、蝇状,从这些夹渣位置分析常有许多石墨呈团状、碎块状、蠕虫状,铁素体含量较高,这些缺陷对于如曲轴、连杆、活塞等高强度运动件时,会严重影响其疲劳强度和冲击韧度。

解决二次夹渣措施有:提高浇注温度,加快浇注时间:保证球化的前提下,降低残余稀土、镁、硅含量,尽可能降低原铁液含硫量;浇注系统设计要使铁液进入型腔时尽可能平稳,减少飞溅和紊流;在铁液表面使用冰晶石稀释熔渣,易于扒渣,还可形成保护气体使铁液不易氧化。

2 缩孔与缩松

缩孔与缩松多数位于铸件的热节、冒口颈、内浇口与铸件交接处等,最后凝固的部位出现的孔洞,有时与气孔并存,在球铁生产中缩松较缩孔更为常见,其缩松孔洞有些是孤立的,但更多的是互相连通的,洞中呈灰黑色,比较粗糙,遍步支晶状,有些显微缩松肉眼不能发现,只能借助显微镜或高压水打压时才会发现。解决缩松、缩孔的措施有:(1)在不引起石墨漂浮的情况下,碳当量选择高些,增加石墨化膨胀量,降低形成碳化物元素含量。(2)在不出现冷隔情况下降低浇注温度,减少液态收缩量。(3)提高铸型高度减少石墨化膨胀引起砂型的迁移,固此防止球铁缩松以铁模挂砂为佳,干砂型、树脂砂亦较潮模好。使用冷铁使其均衡凝固及铸件表面尽快形成硬壳,抵御膨胀力。(4)强化孕育促进石墨化。(5 )设计内浇口和冒口尺寸要注意,既要实现液态补缩,又要使石墨化膨胀时先凝固。

3 气孔

气孔来源主要有3方面:铸型、冷铁被炽热的铁液加热部分材料分解产生的气体进入铸型:熔炼过程铁液中含气量高:浇注系统不合理浇注过程卷入气体,砂芯排气和型腔出气孔布置不够合理。

解决办法:(1) 避免使用生锈炉料、潮湿浇包,球化剂、孕育剂要干透(2) 控制砂型的水分 潮模砂加入煤粉和沥青粉 (3) 减少有机黏结剂加入量,树脂砂要选择低于3%含氮量树脂(4) 球化后的铁液要尽快浇完 (5) 铸造工艺合理,铁液流动平稳,排气孔布置合理。

皮下针孔可出现在铸件表面亦可以在侧面、底面、顶面。原因是由于铸型中水蒸汽与铁液反应形成氢原子,在凝固时溶解度降低而析出产生气孔,而铁液Mg、Al明显增加皮下针孔的情况下,认为AL2O3、MgO是气体产生的固态基质。解决皮下气孔的措施有:提高浇注温度;尽量降低铁液中的残余AL、 Mg含量,尽量降低原铁液含硫量。降低铸型含水量如热风吹型,提高背砂透气性,合理布置出气孔。

4 异常石墨

4.1团状蠕虫状片状石墨主要是球化不良和球化衰退或有一些微量干扰元素影响形成。球化不良是球化剂加入量不足以球化,原因是计算错误、原铁液氧化严重,硫量变高,球化剂质量、球化工艺不当烧损严重,铁液加入量过多等。球化衰退是球化后铁液经过一段时间,残余稀土、镁在烧损,硫量升高,使铁液球化元素不足,石墨形状变差,造成原因是浇注时间过长,原铁液含硫量高等。解决方法:(1) 加入足够数量球化剂,稳定球化工艺质量,保证稀土、镁的吸收,一般控制RE0.02%-0.04%,Mg0.03%-0.06%,小件取下限,大件取上限;(2)加强管理,缩短球化铁液停留时间,球化后扒干净渣并加好覆盖剂。(3)提高厚壁件的冷却速度。(4) 对于大断面球铁选用钇基重稀土或低稀土镁球化剂。(5) 降低原铁液含硫量。另外在生产过程中还发现,一些铸件心部组织石墨较好而表面存在异常片状、蠕虫状石墨组织,其原因球化铁液与涂料和含硫造型材料发生反应,变异层厚度与铁液的浇注温度、铸件厚度、造型材料含硫量、球化元素含量有关,解决方法主要是潮模砂尽可能不用含硫量高的煤粉,树脂砂应用好的涂料,减少铁液与铸型材料的硫发生反应。

4.2碎块状、开花状、枝晶状石墨,这些石墨往往出现在大断面球铁件上。造成原因:铸件壁厚太大铸件过冷度太小,受热流的影响使早期形成的石墨变的不圆整,较慢封闭的奥氏体壳使碳的沉淀不均匀,引起共晶阶段石墨的不圆整,而开花状石墨则是共晶前期形成的石墨在铁液浮力作用下向上,集中在铸件的上表面故称为是石墨漂浮,石墨在固液界面前沿存在有Ce 、Mg不均匀的吸附,破坏石墨的分枝生产,而厚大铸件上表面稀土、镁含量偏高,更为石墨开花、漂浮提供了条件。

防止的措施:(1) 加快铸件冷却速度,如金属模、铁模挂砂、水冷、风冷模,增加冷铁等(2)降低原铁液中硅含量,在不出现白口,不缩孔缩松的前提下,尽可能减低碳当量。(3) 孕育剂加入一些微量元素如锑、稀土,猛等抑制石墨生长以达到尺寸 、数量多、圆整度好的目的。(4) 选择钇基重稀土、低稀土镁球化剂。

5 碳化物

球铁要求有良好的韧性和塑性,这决定了要严格控制铸件的碳化物,碳化物形成原因有:球化后铁液比较纯净不易形核、薄件冷却速度快,孕育效果不理想,碳化物元素存在并偏高。这种碳化物往往是表面存在较多而心部逐渐减少,而另一方面是表面无碳化物而心部热节位存在碳化物,其原因是:由于心部冷却缓慢,微量元素在心部积聚促进碳化物元素浓度高,而石墨化元素硅在晶界中极易产生细小的碳化物即晶间碳化物,而心部的碳化物通过热处理亦难以消除,严重影响材料的塑性、韧性和加工性能。减少碳化物措施:降低促进碳化物元素含量如残余稀土、镁、锰、铬等元素;提高孕育效果选用强效孕育剂,多次孕育等方法,尽可能提高碳当量。

6 结束语

铸造缺陷解决的办法是多种多样的,有些措施落实解决一个问题而导致其他问题的产生,如铁液中残余稀土、镁含量不高,可能球化不良,易于球化衰退,反之碳化物、缩松、缩孔、气孔就会增加;又如浇注温度降低,除冷隔外,夹渣、气孔缺陷倾向增加。一些微量元素会影响、阻碍石墨化。但大断面铸件中孕育时加入可以减少石墨奇变,提高圆整度等。要在这错综复杂的关系中找到平衡点,亦只有这样铸件质量才能得到更大的提高。