球墨铸铁的凝固特性和铸件冒口的设置
球墨铸铁浇冒口系统设计的关键 (一)
球磨铸铁浇冒口设计的关键第一部分浇流道系统设计1.0浇流道系统设计1.1要求快速浇铸：使充型过程中温度损失最小使冶金学性能衰减最小使氧化物最少清洁浇铸：避免浇铸过程中产生炉渣（浮渣）设计的经济性：使铸件产量最大化1.2关键组成：所示的所有组成部分要求炉渣缺陷最小化1.3规划考虑设计基本设计：优化对铸件的空间利用；冒口设计方法的选择；设置分型面以最小化对模芯的需求；铸件设置在上模中；平稳填充；简单对称的设计系统；同一铸件使用相同的浇冒口；可能的话，在多个铸件上使用一个冒口；在分型面上给浇冒口系统留下足够的空间；具体设计如下：1.4阻流阀的作用定义：阻流阀是浇道系统中一块横截面积，它决定充型时间有两个正确的位置设置阻流阀，因此有两个基本的浇道系统：在简单的浇注系统中，1）阻流阀位于流道和浇口的连接处。
2）阻流阀位于直浇道与横浇道的连接处。
1.5 选择浇流系统类型在浇口-横浇道系统中，铸件分别被一个或多个阻流阀或浇口阻挡。
在直浇道-横浇道系统中，很可能几个铸件共用一个阻流阀。
使用直浇道-横浇道系统在一个模具里生产大量小型件，这是不切实际的对每个铸件分别设置阻流阀（阻流阀尺寸非常小），极大的依赖于模具技术及浇注温度大部分情况下是使用浇口-横浇道系统浇口-横浇道系统与直浇道-横浇道系统特点的结合形成混合系统。
这通常用在要求运输铁水到复杂的铸件型腔的流道系统中。
1.6摩擦并非直浇道顶部所有铁水的潜能都可以转换为铸造型腔中的机械能随着铁水与型腔内壁的撞击和铁水之间的撞击，一些潜能损失在摩擦上由于摩擦造成的损失，延长了模型填充时间，必须考虑何时计算阻流阀截面积和浇铸时间。
选择fr，摩擦损失因子，作为能量损失的估计值对于薄壁平板：fr—0.2对于厚重立方体：fr---0.81.7浇铸时间尽可能快的符合人们的能力及生产例程推荐的浇注时间：非常近似的指导，铸件质量+冒口质量1.8阻流阀的横截面积对总的浇铸质量选择最快的实际浇铸时间（t,sec.）选择合适的fr值确定总的浇铸体积/阻气阀（V）V是所有铸件及冒口，特定阻流阀的下游之和体积=质量/密度液态铸铁，密度=0.25磅/立方英尺或0.007KG/cm3Determine effective ferrostatic head in sprue (H.)确定铸件在上模中的高度（b.）根据Torricelli，铁水在阻流阀的流速当铸件完全处在下模，当铸件完全位于上模，当铸件位于上模和下模中，可以从下面的图谱中，选择合适的Ac图谱数据基于平均上模高度（依铸造不同而变化）。
球墨铸铁的凝固特性和铸件冒口的设置
球墨铸铁的凝固特性和铸件冒口的设置中国铸造协会李传栻一般说来，球墨铸铁件产生缩孔、缩松的倾向比灰铸铁件大得多，防止收缩缺陷往往是工艺设计中十分棘手的问题。
在这方面，从实际生产中总结出来的经验很不一致，各有自己的见解：有人认为应该遵循顺序凝固的原则，在最后凝固的部位放置大冒口，以补充铸件在凝固过程中产生的体积收缩；有人认为球墨铸铁件只需要采用小冒口，有时不用冒口也能生产出健全的铸件。
要在确保铸件质量的条件下最大限度地提高工艺出品率，仅仅依靠控制铸铁的化学成分是不够的，必须在了解球墨铸铁凝固特性的基础上，切实控制铸铁熔炼、球化处理、孕育处理和浇注作业的全过程，而且要有效地控制铸型的刚度。
一、球墨铸铁的凝固特性实际生产中采用的球墨铸铁，大多数都接近共晶成分。
厚壁铸件采用亚共晶成分，薄壁铸件采用过共晶成分，但偏离共晶成分都不远。
共晶成分、过共晶成分的球墨铸铁，共晶凝固时都是先自液相中析出小石墨球。
即使是亚共晶成分的球墨铸铁，由于球化处理和孕育处理后铁液的过冷度增大，也会在远高于平衡共晶转变温度的温度下先析出小石墨球。
第一批小石墨球在1300℃甚至更高的温度下就已形成。
在此后的凝固过程中，随着温度的降低，首批小石墨球有的长大，有的再次溶入铁液，同时也会有新的石墨球析出。
石墨球的析出和长大是在一个很宽的温度范围内进行的。
石墨球长大时，其周围的铁液中碳含量降低，就会在石墨球的周围形成包围石墨球的奥氏体外壳。
奥氏体外壳形成的时间与铸件在铸型中的冷却速率有关：冷却速率高，铁液中的碳来不及扩散均匀，形成奥氏体外壳就较早；冷却速率低，有利于铁液中的碳扩散均匀，奥氏体外壳的形成就较晚。
奥氏体外壳形成以前，石墨球直接与碳含量高的铁液直接接触，铁液中的碳易于向石墨球扩散，使石墨球长大。
奥氏体外壳形成后，铁液中的碳向石墨球的扩散受阻，石墨球的长大速度急剧下降。
由于自铁液中析出石墨时释放的结晶潜热多，约3600 J/g，自铁液中析出奥氏体时释放的结晶潜热少，约200 J/g，在石墨球周围形成奥氏体外壳、石墨球的长大受阻，就会使结晶潜热的释放显著减缓。
球墨铸铁件冒口设计
2．控制压力冒口（又称释压冒口）
特点：利用部分共晶膨胀量来补偿铸件的凝固收缩 浇注结束，冒口补给铸件的冒口以释放“压力”
应用合理的冒口颈尺寸或一定的暗冒口容积控制回 填程度使铸件内建立适中的内压来克服凝固收缩， 从而获得既无缩孔、缩松又能避免胀大变形的铸件
M颈M冒 （㎝）
图4-40 M冒和M件的关系图 1—冶金质量差 2—冶金质量好
图4-41 需要补缩金属液量和铸件模数的关系 VT—设置冒口部位铸件或热节体积 VC—铸件需补缩体积
（2）冒口的补缩距离 指由凝固部位向冒口
输送回填铁液的距离 与铁水的冶金质量和
铸件的模数密切相关
图4-42 铁液输送距离和冶金质量及铸件模数的关系 1—冶金质量好 2—冶金质量中等 3—冶金质量很差
口体积，只有这部分金属液才能对铸件起补缩作用
冒口有效体积依铸件液态 收缩体积而定，一般比铸件 所需补缩的铁液量大
共晶成分的铸铁，冒口有 效体积取铸件体积的5%
碳当量低的铸件，冒口有 效体积取铸件体积的6%
图4-36 铸铁的ε—t浇曲线 ε—液态体收缩率 t浇—浇注温度
1—CE=4.3% 2—CE=3.6%
冒口颈模数M颈的确定：
M颈t浇 t浇 1111550cl0M件(cm )
式中 M颈 ——冒口颈模数（cm） M件——设置冒口部位的铸件模数（cm） t浇——浇注温度（℃） c ——铁液比热容，c与铁液温度有关，在 1150～1350℃范围内，c为835～963 J/(kg·℃) l ——铸铁结晶潜热为（193～247）×103J/kg
实用冒口的工艺出品率高，铸件质量好，更实用
原理：利用冒口来补缩铸件的液态收缩，而当液态收缩
冒口有效体积依铸件液态收缩体积而定，一般比铸件所需补缩的铁液量大
球墨铸铁冷铁应用原则
球墨铸铁冷铁应用原则
球墨铸铁冷铁的应用原则主要包括以下几点：
与冒口配合使用，形成人为末端区，扩大冒口作用区域，减少冒口的体积，提高工艺出品率。
在铸件壁厚变化较大的部位设置冷铁，使凝固速度趋于均一，消除局部的热应力，减少裂纹的出现。
提高冷铁附近的冷速，细化周围晶粒，改善基体组织与性能。
此外，冷铁按照放置位置可以分为外冷铁和内冷铁。
外冷铁放置在铸件表面或铸型之中，与铸件直接或间接接触，常用的材料有铸钢、铸铁、石墨、铜和碳化硅等。
外冷铁依照与铸件之间的介质不同可以分为无气隙外冷铁、有气隙外冷铁和间接外冷铁。
间接外冷铁与铸件有挂砂相隔，一般用于较厚的铸件，避免因直接与冷铁接触而产生皱皮或裂纹。
内冷铁放置在型腔内，形状有块状、棒状和螺旋状几种类型，一般采用铸件本体材料。
根据内冷铁表层与钢液的熔融情况，可分为熔合内冷铁和不熔合内冷铁，熔合内冷铁温升高于合金固相线温度，不熔合内冷铁温升小于或等于固相线温度。
球墨铸铁浇口和冒口
球墨铸铁浇口和冒口的应用罗通 全国铸造委员会消失模与V法铸造技术委员会浇注系统的基本功能跟冒口系统是根本的区别。
前者的目的是让铁水充满型腔，而同时把渣撇掉。
冒口系统的目的是提供无缺陷的铸件没改缺陷可能是由于石墨铸铁进行凝固与冷却时期产生的体积变化而引起的。
1.在有些时候，浇注系统能引起冒口的作用。
（即能补偿冷却期间的体积变化）。
2.内浇道位置影响着刚浇完的铸件内部的温度分布。
温度分布又影响着凝固与冷却的型式。
3.假如设计要求冒口保持液体的时间尽可能的长，那么最好是把铁水引入冒口并经过冒口（热冒口）充满整个型腔。
（1）.冒口和铸件的连接处能更长时间的保持液态。
（2）.冒口得到的最热的铁水，这样的设计通常是限于侧冒口，另一方面，中大型铸件上的顶冒口也由于热流水输送到顶部，而把较冷的铁水输送到底部（3）. 内浇道总的横截面面积通常是控制浇注期间的温度损失。
4.冒口也受到影响，因为浇注完了的液体温度比起浇注温度本身更为重要地影响到冒口系统的设置。
冒口位置影响浇口设计，尤其是在通过冒口（热的）引入铁水时更是这样。
消失模最常见的错误时省去内浇道而直接把铁水引入铸件或冒口，即使将横浇道通到铸件或冒口处的横截面面积减少，应该强烈反对这样的实践。
推荐两种做的理由是在横浇道中的铁水要直流，而且在经过内浇道时也要这样流，由于弯曲而引起紊流，这就很容易造成一些初期的含渣较多的铁水进入内浇道。
横浇道末端下部设置一个凹坑，此方案是很好的经验，当没有足够的地方供横浇道延长时尤为优越.内浇道之间的距离越大,(放在横浇道下的内浇道)以及横浇道顶部越高, 则该系统越安全,因渣子的比重比铁水小并倾向于上浮, 在冲型初期的紊流.115内浇道应是薄而宽, 厚宽比为1;4,为防止浇注期间内浇道凝固, 要使拨模斜度尽可小.横浇道应是高而窄. 高与宽比约为2;1.两个薄且窄的内浇道比既厚又宽的内浇道为好,内浇道长度可按布置要求设计, 它们输送是无渣的铁水,当然形状弯曲的布置也是允许的, 设计内浇道长度等于其宽度.当浇注系统被充满直浇道中的渣粒向下移动而进入铸件内的唯一可能性，措施是直浇道与第一个内浇道之间的距离尽可能大,(但这不是靠减少最后一个内浇道到横浇道末端的长度来实现) 假如位置是足够, 该距离等于横浇道的延长距离。
铸造工艺学-冒口设计
2 冒口位置的选择原则
① 在热节的上方或侧旁；
② 尽量在铸件最高、最厚部位， 低处热结设补贴或冷铁；
③不应设在铸件最重要、受力 大的部位；
④ 不要选在铸造应力集中处， 应减轻对铸件的收缩阻碍，避免 裂纹；
⑤ 尽量用一个冒口同时补缩几 个热节或铸件；
⑥ 冒口布置在加工面上，可节 约铸件精整工时，外观好；
可锻铸铁：补缩距离为4-4.5T。
3）有色合金的冒口补缩距离 铜合金见表。
锡青铜、磷青铜：糊状凝固，有效补缩距离短，易出现 分散缩松。
无锡青铜和黄铜：凝固范围窄，补缩距离大。黄铜5-9T。 铝、锰青铜5-8T。
共晶型铝合金：4.5T。 非共晶型的铝合金：2T。
4）外冷铁对补缩距 离的影响
在两个冒口间放冷铁， 形成两个末端区，显著 增加有效补缩距离。 端 部放冷铁延长末端区。
冒口是铸型内用以储存金属液的空腔，在金属冷却和 凝固过程中，补给金属液，从而防止缩孔、缩松的形成， 同时还有集渣和排气的作用。
习惯上 ，把冒口所铸成的金属实体也称为冒口。
8.1.1 冒口的种类和形状
顶冒口
1 按工艺冒口分为
依位置分
侧(边)冒口
普通冒口
明冒口
依顶部覆盖
暗冒口
通用冒口
大气压力冒口
依加压方式
ε=5% m补=548kg 1）计算模数M件铸件体积
V=[π（63²-33²）ˣ43/（4ˣ2）]=48607.2cm² 铸件的表面积=两个平面+两个侧面+上下端面 A=[(63-33)ˣ43+ π(63+33)ˣ43/2+ π（63²-33²）]/4=10031.76 M件=V/A=48607.2/10031.76=4.85 ≈5cm （2）计算冒口模数
球墨铸铁铸件技术要求
前言:前言：本文主要介绍的是关于《球墨铸铁铸件技术要求》的文章，文章是由本店铺通过查阅资料，经过精心整理撰写而成。
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感谢支持！正文：就一般而言我们的球墨铸铁铸件技术要求具有以下内容：球墨铸铁铸件技术要求一、引言球墨铸铁，作为一种高性能的铸造材料，因其优良的机械性能、耐磨性、耐腐蚀性和铸造性能而被广泛应用于机械、汽车、建筑等领域。
为了确保球墨铸铁铸件的质量，满足各类工程需求，制定严格的技术要求显得尤为重要。
本文将对球墨铸铁铸件的技术要求进行详细介绍。
二、原材料要求铸铁材料：球墨铸铁铸件应采用优质的铸铁材料，其化学成分应符合相关标准，特别是碳、硅、锰、磷、硫等元素的含量应严格控制。
球化剂：球化剂是球墨铸铁生产中的关键材料，其质量和添加量直接影响铸件的球化率。
常用的球化剂有镁、稀土等元素，其纯度和活性应满足生产要求。
三、铸造工艺要求熔炼：熔炼过程应严格控制熔炼温度和熔炼时间，确保铁水的纯净度和化学成分的稳定。
同时，应采用合适的熔炼设备和工具，减少铁水的氧化和吸气。
球化处理：球化处理是球墨铸铁生产的核心环节，应确保球化剂的充分熔解和均匀分布。
常用的球化处理方法有冲入法、喂丝法等，应根据实际情况选择合适的处理方法。
浇注：浇注过程应严格控制浇注温度和浇注速度，避免铸件产生缩孔、缩松等缺陷。
同时，应选择合适的浇注系统和冒口设计，确保铸件充型完整和凝固顺序合理。
四、热处理要求正火处理：正火处理可以消除铸件内部的残余应力和改善铸件的组织结构，提高铸件的机械性能。
正火处理应选择合适的加热温度和保温时间，并严格控制冷却速度。
回火处理：回火处理可以降低铸件的硬度和脆性，提高铸件的韧性和塑性。
球铁铸件缩孔、缩松的成因与防止
球铁铸件缩孔、缩松的成因与防止球铁铸件缩孔、缩松的成因与防止摘要：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。
1。
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。
②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。
③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]。
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图1
灰铸铁和球墨铸铁共晶凝固时奥氏体中的碳含量 a、灰铸铁；b、球墨铸铁
2
灰铸铁共晶凝固时， 共晶团中的石墨片既与奥氏体接触， 也与碳含量高的铁液直接接触， 铁液中的碳，除通过奥氏体向石墨扩散外，也直接向石墨片扩散，因而铁液－奥氏体界面处 奥氏体中的碳含量较低，约为 1.55%左右。 球墨铸铁共晶凝固时，共晶团中的石墨球只与奥氏体壳接触，不与铁液接触，石墨球长 大时，铁液中的碳都通过奥氏体壳向石墨球扩散，因而，铁液－奥氏体界面处奥氏体中的碳 含量较高，可达到 2.15%左右。 球墨铸铁共晶凝固时，奥氏体中的碳含量可能较高，在碳含量、硅含量相同的条件下， 如保持同样的冷却速率，则析出的石墨量较少，因而，共晶凝固时的体积收缩会略大于灰铸 铁。这也是球墨铸铁件较易产生缩孔、缩松缺陷的原因之一。凝固过程中保持较低的冷却速 率，是有利于石墨充分析出的因素。 在能使石墨化充分的条件下，共晶奥氏体中的碳含量（即碳在奥氏体中的最大固溶度） 与铸铁中的硅含量有关，一般可按下式计算。 碳在奥氏体中的最大固溶度 CE =2.045－0.178 Si 二、球墨铸铁件凝固过程中的体积变化 从铁液浇注到铸型中起，到共晶凝固终了、铸件完全凝固，型腔内的铸铁会发生液态收 缩、析出初生石墨所致的体积膨胀、析出共晶奥氏体所致的凝固收缩、析出共晶石墨所致的 体积膨胀等几种体积变化。 为便于说明球墨铸铁凝固过程中的体积变化， 需要参照图 2 所示 的简略相图。
100－C X 共晶液相量V共液＝ 100 （%） 100 CC
单位共晶液相中析出的奥氏体量V奥
100 CC 100 （%） 100 C E
S 100 C X 100 CC 析出奥氏体所致的体积收缩量S奥＝1－ L 3.5 （%） 100 100 CC 100 C E
液态收缩量 （%）
3
2、析出初生石墨所致的体积膨胀 虽然亚共晶球墨铸铁在液相线温度以上也会析出小石墨球， 但其量很少， 通常都忽略不 计。现以碳含量为 CX 的过共晶铸铁为例。
C CC 初生石墨量G初＝ X 100 （％） 100 CC
式中 CX — 铸铁的碳含量（%） ； CC — 共晶碳含量（4.27－1/3Si） （%） 。 前面已经提到，每析出 1%（质量分数）的石墨可产生 3.4%的体积膨胀，因此，析出初 生石墨所致的体积膨胀等于 3.4G 初。 几种碳、硅含量不同的球墨铸铁析出初生石墨所致的体积膨胀见表 2。 析出初生石墨虽然能弥补铸铁凝固过程中的液态收缩，但对于壁厚 40mm 以上的铸件， 容易产生石墨夹渣或石墨漂浮等缺陷。在这种情况下，应特别注意控制碳、硅含量。 表2 铸铁的碳含量 铸铁的硅含量 共晶碳含量 CC 初生石墨析出量 G 初 几种球墨铸铁析出初生石墨所致的体积膨胀 （%） （%） （%） 3.6 2.2 0.06 3.5 2.4 3.47 0.03 0.10 3.6 2.4 3.47 0.13 0.44 3. 7 2. 4 3.47 0.24 0.82 3.6 2.6 3.40 0.21 0.71 3.7 2.6 3.40 0.31 1.05 3.8 2.6 3.40 0.41 1.39
（%） 99.94
单位共晶液相中析出的奥氏体量
1400℃浇注时奥氏体的体积收缩量 （%） 3.30 1350℃浇注时奥氏体的体积收缩量 （%） 3.33 1300℃浇注时奥氏体的体积收缩量 （%） 3.35
4、析出共晶石墨所致的体积膨胀 计算析出共晶石墨所致的体积膨胀，要考虑共晶液相量、液态收缩量、自单位共晶液相 析出的石墨量和析出石墨时的体积膨胀量。液态收缩量的计算已见前述。每析出 1%（质量 分数）的石墨可产生 3.4%的体积膨胀。
1350℃浇注时奥氏体的体积收缩量 （%） 6.26 1300℃浇注时奥氏体的体积收缩量 （%） 6.31
5、几种常用球墨铸铁凝固过程中体积变化的总体情况 根据以上对液态收缩、析出初生石墨的体积膨胀、析出共晶奥氏体所致的体积收缩、析 出共晶石墨所致的体积膨胀所作的分析， 前面所说的 7 种常用的球墨铸铁， 铁液在不同的温 度下浇注时，铸件凝固过程中的体积变化的总体情况见表 5。
100－CC 单位共晶液相中析出的石墨量G共晶＝ 100(%) 100 C E
S 100 C X CC C E 析出共晶石墨所致的膨胀量PG 1 L 100 3.4(%) 100 100 CC 100 C E
几种碳、硅含量不同的球墨铸铁析出共晶石墨所致的体积膨胀量见表 4。 表4 铸铁的碳含量 铸铁的硅含量 单位共晶液相中析出的石墨量 1400℃浇注时石墨的体积膨胀量 几种球墨铸铁析出共晶石墨所致的体积膨胀 （%） 3.6 （%） 2.1 （%） （%） 6.21 6.21 6.26 6.31 6.21 6.26 6.31 3.5 2.3 3.6 2.3 3.7 2.3 ～1.9 6.20 6.25 6.30 6.20 6.25 4.30 6.20 6.25 6.30 6.19 6.24 6.29 3.6 2.5 3.7 2.5 3. 8 2. 5
1
2、共晶转变过程中石墨的析出导致体积膨胀 在共晶温度附近，奥氏体的密度约为 7.3g/cm3，石墨的密度约为 2.15g/cm3。铸件凝固 过程中， 石墨的析出会导致系统的体积膨胀， 大约每析出 1% （质量分数） 的石墨可产生 3.4% 的体积膨胀。 妥善地利用铸铁中的石墨化膨胀， 可以有效地补偿凝固过程中的体积收缩， 在一定的条 件下，可以不用冒口生产健全的铸件。 应该着重提出的是：灰铸铁和球墨铸铁都在共晶转变过程中析出石墨、发生体积膨胀， 但是， 由于两种铸铁中石墨形态和长大的机制不同， 石墨化膨胀对铸铁铸造性能的影响也很 不一样。 灰铸铁共晶团中的片状石墨， 与铁液直接接触的尖端优先长大， 石墨长大所发生的体积 膨胀大部分作用于石墨尖端接触的铁液， 有利于迫使其填充奥氏体枝间的空隙， 从而使铸件 更为致密。 球墨铸铁中的石墨， 是在奥氏体外壳包围的条件下长大的， 石墨球长大所发生的体积膨 胀主要是通过奥氏体外壳作用在相邻的共晶团上， 有可能将其挤开， 使共晶团之间的空隙扩 大，也易于通过共晶团作用在铸型的型壁上，导致型壁运动。 3、铸件凝固过程中石墨化膨胀易使铸型发生型壁运动 球墨铸铁以糊状凝固方式凝固， 铸件开始凝固时， 铸型－金属界面处的铸件外表面层就 比灰铸铁薄得多，而且增长很慢，即使经过了较长的时间，表层仍然是强度低、刚度差的薄 壳。内部发生石墨化膨胀时，这种外壳不足以耐受膨胀力的作用下，就可能向外移动。如果 铸型的刚度差，就会发生型壁运动而使型腔胀大。结果，不仅影响铸件的尺寸精度，而且石 墨化膨胀以后的收缩得不到补充，就会在铸件内部产生缩孔、缩松之类的缺陷。 4、共晶奥氏体中的碳含量高于灰铸铁 据美国 R. W. Heine 的研究报告，球墨铸铁共晶凝固过程中，奥氏体中的碳含量高于灰 铸铁中奥氏体的碳含量，如图 1 所示。
球墨铸铁的凝固特性和铸件冒口的设置
中国铸造协会 李传栻 一般说来，球墨铸铁件产生缩孔、缩松的倾向比灰铸铁件大得多，防止收缩缺陷往往是 工艺设计中十分棘手的问题。在这方面，从实际生产中总结出来的经验很不一致，各有自己 的见解：有人认为应该遵循顺序凝固的原则，在最后凝固的部位放置大冒口，以补充铸件在 凝固过程中产生的体积收缩； 有人认为球墨铸铁件只需要采用小冒口， 有时不用冒口也能生 产出健全的铸件。 要在确保铸件质量的条件下最大限度地提高工艺出品率， 仅仅依靠控制铸铁的化学成分 是不够的，必须在了解球墨铸铁凝固特性的基础上，切实控制铸铁熔炼、球化处理、孕育处 理和浇注作业的全过程，而且要有效地控制铸型的刚度。 一、球墨铸铁的凝固特性 实际生产中采用的球墨铸铁，大多数都接近共晶成分。厚壁铸件采用亚共晶成分，薄壁 铸件采用过共晶成分，但偏离共晶成分都不远。 共晶成分、过共晶成分的球墨铸铁，共晶凝固时都是先自液相中析出小石墨球。即使是 亚共晶成分的球墨铸铁， 由于球化处理和孕育处理后铁液的过冷度增大， 也会在远高于平衡 共晶转变温度的温度下先析出小石墨球。第一批小石墨球在 1300℃甚至更高的温度下就已 形成。 在此后的凝固过程中，随着温度的降低，首批小石墨球有的长大，有的再次溶入铁液， 同时也会有新的石墨球析出。石墨球的析出和长大是在一个很宽的温度范围内进行的。 石墨球长大时， 其周围的铁液中碳含量降低， 就会在石墨球的周围形成包围石墨球的奥 氏体外壳。奥氏体外壳形成的时间与铸件在铸型中的冷却速率有关：冷却速率高，铁液中的 碳来不及扩散均匀，形成奥氏体外壳就较早；冷却速率低，有利于铁液中的碳扩散均匀，奥 氏体外壳的形成就较晚。 奥氏体外壳形成以前， 石墨球直接与碳含量高的铁液直接接触， 铁液中的碳易于向石墨 球扩散，使石墨球长大。奥氏体外壳形成后，铁液中的碳向石墨球的扩散受阻，石墨球的长 大速度急剧下降。由于自铁液中析出石墨时释放的结晶潜热多，约 3600 J/g，自铁液中析出 奥氏体时释放的结晶潜热少，约 200 J/g，在石墨球周围形成奥氏体外壳、石墨球的长大受 阻，就会使结晶潜热的释放显著减缓。在这种条件下，共晶凝固的进行要靠进一步降低温度 以产生新的晶核。因此，球墨铸铁的共晶转变要在颇大的温度范围内完成，其凝固的温度范 围是灰铸铁的二倍或更多一些，具有典型的糊状凝固特性。 简略说来，球墨铸铁的凝固特性主要有以下几方面。 1、凝固温度范围宽 从铁－碳合金的平衡图看来，在共晶成分附近，凝固的温度范围并不宽。实际上，铁液 经球化处理和孕育处理后，其凝固过程偏离平衡条件很远，在共晶转变温度（1150℃）以上 150℃左右，即开始析出石墨球，共晶转变终了的温度又可能比平衡共晶转变温度低 50℃左 右。 凝固温度范围这样宽的合金，以糊状凝固方式凝固，很难使铸件实现顺序凝固。因此， 按铸钢件的冒口设计原则， 使铸件实现顺序凝固， 在最后凝固的热节部位设置大冒口的工艺 方案不是很合适的。 由于在很高的温度下即有石墨球析出，并发生共晶转变，液－固两相共存的时间很长， 铁液凝固过程中同时发生液态收缩和凝固收缩。因此，要像铸钢件那样，通过浇注系统和冒 口比较充分地补充—共晶奥氏体中的碳含量（%） 。 几种碳、硅含量不同的球墨铸铁析出共晶奥氏体所致的体积收缩量见表 3。