球墨铸铁球化不良和衰退的仿真研究
材料研究文章编号:100321545(2003)0420001204球墨铸铁球化不良和衰退的仿真研究徐建林(甘肃工业大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室,兰州 730050)摘 要:在球铁件缺陷诊断的神经网络模型基础上,借助于MA TLAB环境中的N EURAL N ETWOR K TOOLBOX工具箱,对球铁件球化不良与球化衰退和一些主要影响因素间关系进行了仿真研究,并对得到的仿真趋势图进行了详细的分析。
仿真表明,严格控制各化学成分及浇注温度可有效地消除球化不良和衰退,对提高球铁件质量及控制球铁生产工艺参数具有积极作用。
该方法大大方便了球铁缺陷的分析,可有效地应用于实际生产中。
关键词:球铁;球化不良;球化衰退;影响因素;仿真图中图分类号:TG250.6,TG255 文献标识码:AThe Simulation Analysis of Abnormal Nodularizingand Decaying in Nodular C ast IronX u Jianli n(State K ey Lab of G ansu New Non2ferrous Metal Materials,G ansu University of Technology,Lanzhou730050,China) Abstract:Based on the neural network model for diagnosing defects of ductile iron castings,an investigation in influ2 ence factors of abnormal nodularizing and decaying defects in nodular iron casting is conducted by MA TLAB N EU2 RAL N ETWOR K TOOLBOX.The simulation results show that the abnormal nodularizin g and decaying defects canbe eliminated effectively by controlling chemical composition and pouring temperature.The method proves itself anaid to improving the quality of the castings and controlling the process of ductile cast iron production,making it easyto analyze the cause producing defects of ductile iron casting in practical production.K eyw ords:Ductile cast iron;Abnormal nodularizing;Decaying;Influence factors;Simulation figure 球铁是在灰铸铁的基础上发展起来的一种有价值的结构材料。
球铁由于石墨呈球状分布,大大降低了对基体的割裂作用,其力学性能比灰铸铁有显著的提高。
具体表现在具有较高的强度和刚度,有相当的塑性和动载性能,还具有良好的耐磨性、耐蚀性和耐热性。
因此,球铁一出现,立即得到了广泛应用,它是20世纪材料科学最重大的技术进展之一[1]。
球化不良和球化衰退是球墨铸铁独有的缺陷。
原铁水经球化处理后,先浇注的铸件球化良基金项目:甘肃省自然科学基金项目(ZS9812A2220242G)收稿日期:2003201222好,后浇注的铸件球化不良,或者是铁水放置一定时间后,球化效果下降,这种现象称为球化衰退。
球化不良的特征表现在铸件断面上有大块黑斑或明显的小黑点,越接近中心越密。
上述缺陷使球铁铸件达不到所规定的力学性能而报废。
球铁件球化不良和衰退缺陷的预测及消除一直是球铁研究中的一个重要问题,但直到目前仍未获得圆满的解决,因此有必要对球化不良和球化衰退缺陷的影响因素进行进一步的研究,以便防止该缺陷的产生。
1 试验方法第18卷第4期 材 料 开 发 与 应 用 2003年8月1.1 试验条件试验条件为实际生产过程,采用3t Πh 热风冲天炉熔炼铁水,出炉铁水温度为1460～1480℃,采用冲入法在1t 堤坝式吊包中进行球化处理,制成常用的阶梯试样,如图1所示。
图1 阶梯试样1.2 分析方法将各种生产条件下球铁影响因素的参数指标输入到“球墨铸铁件缺陷诊断的神经网络模型”中[2],对该网络进行学习训练。
在训练中,球化不良和球化衰退出现用“1”表示,不出现用“0”表示,浇注试样经清砂处理后,将试样横向沿中心线剖开,观察其球化不良和球化衰退的产生情况。
然后,利用MA TLAB 软件中的N EU RAL N ET 2WOR K TOOLBOX 工具箱对训练好的网络进行仿真,得出各种影响因素对球化不良和球化衰退的仿真曲线。
在做仿真曲线时,化学成分(w )及工艺参数为:碳3.8%,硅2.6%,锰0.6%,硫0.04%,磷0.07%,稀土残留量0.03%,镁残留量0.035%,铝0.02%;壁厚30mm ,浇注温度1350℃,型砂含水率3%,型砂透气性100,型砂紧实度100。
就某一影响因素对球化不良和球化衰退的影响进行研究时,该参数发生连续变化,而其它参数保持不变。
2 影响因素2.1 稀土和镁稀土和镁均为球化元素,使石墨沿基面方向生长较快,从而使石墨生长呈现为球状。
此外,普通铸铁铁水中的氧和硫比较容易吸附到基面上,进一步促进石墨沿柱面生长。
当稀土和镁加入到铁水中,它们与氧、硫结合而脱氧、脱硫,使石墨沿基面方向生长速度加快。
其次,稀土和镁吸附到石墨晶格的柱面上,阻碍碳原子向柱面扩散,碳原子只好长到基面的上面,并优先在螺旋形位错台阶上堆砌、生长。
如果沿晶胞各方向的生长速度相同,石墨则长成球状,如图2所示。
由此可以看出,稀土和镁是促进石墨球化的重要元素。
图3a )、b )反映出随着稀土和镁残留量的降低,会造成球化不良和球化衰退缺陷。
图中表明,当稀土残留量小于0.025%时,开始产生该缺陷;而镁残留量小于0.03%时,明显出现球化不良的现象。
因此,铁水中应保证足够的稀土和镁。
但是,过量的稀土和镁也会带来负面影响。
过多的镁不仅会增加熔渣生成量和碳化物的数量,而且会出现爆裂状异态球形石墨;过量的稀土也会恶化石墨形状,降低球化率,力学性能有所下降。
因此,工业上镁残留量应控制在0.03%～0.08%,稀土残留量应控制在0.025%～0.05%。
图2 石墨生长模型2.2 硫随着硫含量的增加,产生缺陷的几率加大,如图3c )所示。
当铁液中的含硫量高时,镁和稀土很容易生成硫化物,即:Mg +S =MgS 2Re +3S =Re 2S 3由于它们的密度比较小而上浮到铁液表面,在高温下镁和稀土与氧的亲和力大于和硫的亲和力,故铁水表面的硫化镁和硫化稀土与空气中的氧发生反应:2MgS +O 2=2MgO ↑+2S 2Re 2S 3+3O 2=2Re 2O 3+6S烟状的氧化镁和氧化稀土在空气中逸损,而硫又回到铁水中,继续与镁和稀土作用,重复上述过程。
因此,硫的存在加剧了镁与稀土的损失,从而造成球化不良和球化衰退。
当铁液中的硫大于0.09%时,既使加入过多的球化剂,也不能使石墨完全球化。
为防止镁和稀土元素逃逸,可用草木・2・材 料 开 发 与 应 用 2003年8月灰将铁水表面盖严,隔绝空气,使镁和稀土元素的逃逸大大减弱。
2.3 碳当量在分析球化不良和衰退时,碳当量的影响很少被人注意到,但仿真中发现碳当量对该缺陷有一定的影响,如图3d )所示。
随着碳当量的加大,该缺陷出现的几率有减少的趋势。
碳元素含量的增加会提高它与氧的亲和力,减少铁水中的氧化物,减弱氧化物与稀土硫化物和镁硫化物的还原反应,使稀土与镁的损失减少,所以含碳量的提高有利于镁回收率的提高[3]。
再者,碳当量对铁水的流动性也有影响。
提高碳当量可以增加铁水的流动性,有利于浇注、补缩。
但碳当量继续增加,流动性反而下降,阻碍了硫作为运载工具把镁和稀土运到铁水表面后损失的循环过程,因此可防止球化不良与球化衰退现象。
但是,碳当量过高也会产生石墨飘浮等缺陷,因此,生产中碳当量的选取一般在4.35%～4.6%之间。
图3 球铁件球化不良与衰退缺陷与主要影响因素之间的仿真图2.4 球化处理温度球化处理时铁水温度对球化不良与球化衰退的影响如图3e )所示。
当铁水温度过高时,铁液表面氧化严重,由于镁和稀土很容易和氧化物产生还原反应,而使镁、稀土含量降低。
此外,镁还不断以微小气泡形式析出,跑到铁水表面,温度越高,镁的蒸汽压越高,而铁水粘度低,造成镁的逃逸越多,镁穿出铁水表面,遇到空气燃烧而损失,经常看到铁水表面冒出小火苗就是镁氧化燃烧的结果。
再者,温度越高,镁、稀土和氧的亲和力加大,导致回硫现象加重。
但是,铁水温度过低时,也会导致缺陷的产生。
此时,球化剂不能被熔化和被铁水吸收,它上浮到铁液表面燃烧或被氧化。
同时,镁和稀土在铁液表面上生成的氧化膜随温度下降而加厚,从而使稀土、镁损失加大。
由此可见,铁水温度应在一定的范围内,仿真表明铁水温度应在1380～1450℃之间,以1430℃左右为好。
2.5 铁水滞留时间铁水滞留时间是指铁水处理完毕到浇注结束之间的时间。
图3f )表明,随着滞留时间延长,球化不良和衰退现象越严重,其产生原因主要是滞留时间长,加剧了回硫现象,硫作为运载工具把镁和稀土送到铁水表面的循环次数加大,使稀土和镁的损失增大;此外,铁水停留过程中,镁不断蒸发形成气泡逸出铁水;再者,镁和稀土与氧发生氧化反应,也造成稀土和镁的损失。
经实际测定,镁的损耗速度为每分钟0.001%～0.004%,稀土的损耗速度为每分钟0.0006%～0.001%。
由此看出,铁水会不会产生球化衰退取决于球化剂的残留量,而其又与原铁水中的硫含量、氧化物含量、球化剂损耗速度以及滞留时间有关。
生产中,铁水滞留时间应小于20min 。
2.6 壁厚铸件壁厚越大,球化不良和衰退的现象越严重,如图3g )所示。
当铸件壁较厚时,铸件在型内处于液态的时间也越长。
由于镁的沸点较低,同时镁在铁水中的溶解度很低,使镁不断析出损失,而稀土相对来说损失较少。
此外,在共晶阶段,大・3・第18卷第4期 徐建林:球墨铸铁球化不良和衰退的仿真研究量的石墨在奥氏体壳内生成,由于结晶潜热的释放奥氏体壳升温,甚至熔化,使石墨突破奥氏体壳而长大,形成一些非球状石墨,也会造成球化不良的缺陷。
球墨铸铁常见缺陷的分析与对策
球墨铸铁件常见缺陷的分析与对策一、常见的缺陷及分析球墨铸铁件常见缺陷的分析与对策 (1) 球铁是近40年来我国发展起来的重要铸造金属材料。
由于球状石墨造成的应力集中小，对基体的割裂作用也较小，故球铁的抗拉强度，塑性和韧性均高于其他铸铁。
与相应组织的钢相比，塑性低于钢，疲劳强度接近一般中碳钢，屈强比可达0 7～0 8，几乎是一般碳钢的2倍，而成本比钢低，因此其应用日趋广泛。
当然，球铁也不是十全十美的，它除了会产生一般的铸造缺陷外，还会产生一些特有的缺陷，如缩松、夹渣、皮下气孔、球化不良及衰退等。
这些缺陷影响铸件性能，使铸件废品率增高。
为了防止这些缺陷的发生，有必要对其进行分析，总结出各种影响因素，提出防止措施，才能有效降低缺陷的产生，提高铸件的力学性能及生产效益。
本文将讨论球铁件的主要常见缺陷:缩孔、缩松、夹渣、皮下气孔、石墨漂浮、球化不良及球化衰退。
1 缩孔缩松 1.1影响因素 (1)碳当量：提高碳量，增大了石墨化膨胀，可减少缩孔缩松。
此外，提高碳当量还可提高球铁的流动性，有利于补缩。
生产优质铸件的经验公式为Ｃ%+1/7Ｓｉ%>3 9%。
但提高碳当量时，不应使铸件产生石墨漂浮等其他缺陷。
(2)磷：铁液中含磷量偏高，使凝固范围扩大，同时低熔点磷共晶在最后凝固时得不到补给，以及使铸件外壳变弱，因此有增大缩孔、缩松产生的倾向。
一般工厂控制含磷量小于0 08%。
(3)稀土和镁：稀土残余量过高会恶化石墨形状，降低球化率，因此稀土含量不宜太高。
而镁又是一个强烈稳定碳化物的元素，阻碍石墨化。
由此可见，残余镁量及残余稀土量会增加球铁的白口倾向，使石墨膨胀减小，故当它们的含量较高时，亦会增加缩孔、缩松倾向。
(4)壁厚：当铸件表面形成硬壳以后，内部的金属液温度越高，液态收缩就越大，则缩孔、缩松的容积不仅绝对值增加，其相对值也增加。
另外，若壁厚变化太突然，孤立的厚断面得不到补缩，使产生缩孔缩松倾向增大。
球墨铸铁常见缺陷的分析与对策
球墨铸铁件常见缺陷的分析与对策一、常见的缺陷及分析球墨铸铁件常见缺陷的分析与对策 (1) 球铁是近40年来我国发展起来的重要铸造金属材料。
由于球状石墨造成的应力集中小，对基体的割裂作用也较小，故球铁的抗拉强度，塑性和韧性均高于其他铸铁。
与相应组织的钢相比，塑性低于钢，疲劳强度接近一般中碳钢，屈强比可达0 7～0 8，几乎是一般碳钢的2倍，而成本比钢低，因此其应用日趋广泛。
当然，球铁也不是十全十美的，它除了会产生一般的铸造缺陷外，还会产生一些特有的缺陷，如缩松、夹渣、皮下气孔、球化不良及衰退等。
这些缺陷影响铸件性能，使铸件废品率增高。
为了防止这些缺陷的发生，有必要对其进行分析，总结出各种影响因素，提出防止措施，才能有效降低缺陷的产生，提高铸件的力学性能及生产效益。
本文将讨论球铁件的主要常见缺陷:缩孔、缩松、夹渣、皮下气孔、石墨漂浮、球化不良及球化衰退。
1 缩孔缩松 1.1影响因素 (1)碳当量：提高碳量，增大了石墨化膨胀，可减少缩孔缩松。
此外，提高碳当量还可提高球铁的流动性，有利于补缩。
生产优质铸件的经验公式为Ｃ%+1/7Ｓｉ%>3 9%。
但提高碳当量时，不应使铸件产生石墨漂浮等其他缺陷。
(2)磷：铁液中含磷量偏高，使凝固范围扩大，同时低熔点磷共晶在最后凝固时得不到补给，以及使铸件外壳变弱，因此有增大缩孔、缩松产生的倾向。
一般工厂控制含磷量小于0 08%。
(3)稀土和镁：稀土残余量过高会恶化石墨形状，降低球化率，因此稀土含量不宜太高。
而镁又是一个强烈稳定碳化物的元素，阻碍石墨化。
由此可见，残余镁量及残余稀土量会增加球铁的白口倾向，使石墨膨胀减小，故当它们的含量较高时，亦会增加缩孔、缩松倾向。
(4)壁厚：当铸件表面形成硬壳以后，内部的金属液温度越高，液态收缩就越大，则缩孔、缩松的容积不仅绝对值增加，其相对值也增加。
另外，若壁厚变化太突然，孤立的厚断面得不到补缩，使产生缩孔缩松倾向增大。
生产球墨铸铁，6包次球化都不合格！用了这种方法，缺陷率直降10%！
生产球墨铸铁，6包次球化都不合格！用了这种方法，缺陷率直降10%！两个月前，老铁收到了一个老板的紧急求助。
车间夜班班组采用喂丝球化工艺生产铸件，结果同一炉次，6包次球化都不合格，铸件断口处总出现小黑点，一直以为是包芯线的问题，但由于其它炉次，用的都是同样参数，都没问题，所以也不敢贸然下定论。
问老铁有没有什么可靠的方法，检测一下包芯线中Mg含量、MgO含量，重新调整一下参数。
经过近1个小时沟通，老铁了解到，该工厂并非偶尔一次出现这样的情况，平日生产过程中，球化不良、球化衰退的现象经常出现，甚至跟生产同类型铸件、同规模的铸造厂比，该工厂铸件缺陷率高出约10%。
让老板更着急的是，每一次出了缺陷后，都得各种检测，超声波、金相、球化剂......但每次问题都不一样，每一次缺陷，都要周而复始折腾一遍。
铸件成本高了不说，光是耽误的时间和工期够让人上火的。
不知道喝了多少酒、陪了多少笑脸才接下的订单，结果总是因为不知道哪块的小差错，结果厂子也没挣上钱，工人也没挣上钱。
听了老板描述的具体操作方法，老铁一时间也找不出问题所在。
于是赠予了老板一份关于球化操作方法与细节的资料一份，结果就在20多天前，老板找到我说：缺陷率降了很多，现在已经可以达到常规水准，还给老铁发了红包表示感谢。
跟老板一起做了次复盘，发现之前球化做不好的问题，主要有这2点。
1、基础知识不扎实。
铸造厂原辅材料使用多元，成分复杂，工人对其原理基础薄弱，再加上检测不到位，原料与球化剂中的成分常常发生反应，造成铸件缺陷。
2、操作参数不懂应变。
如何根据壁件薄厚选用相应球化剂，不同材质铸件怎么选球化方法，以及具体的球化方法中温度、时间、镁含量等怎么控制，不会差异化操作。
而这份资料，不但从金相上解释了球铁中基体组织、检测图谱等相关的基础知识，还把目前市面上常见的三明治球化法、三明治加盖球化法及喂丝球化法的应用范围、优劣势及详细操作方法及参数均做了详细说明，对于工人基础薄弱的铸造厂，具有非常明确的指导意义。
球铁的缺陷和防治
一、概述复相球墨铸铁磨球是我厂于2000年开发的新产品，用于原低合金磨球的升级换代。
我厂年产该类磨球量近万吨，在实际生产中，由于不同种类缺陷的存在，使磨球在实际工况条件下常出现不耐磨、失圆等影响磨球使用寿命的不利因素，为此有必要对各类缺陷进行分析，并制定相应的防止方法，用于指导生产实践。
二、常见缺陷及特征1．球化不良和球化衰退二者缺陷特征相同。
(1)宏观特征铸件断口为银灰色上分布芝麻状黑色斑点，其数量多、直径大，表明程度严重。
若全部呈暗灰色粗晶粒，表明球化不完全。
(2)金相组织集中分布大量厚片状石墨，其数量越多、面积越大，表明程度越严重，球化不完全时呈片状石墨。
(3)产生原因原铁液含硫高，以及严重氧化的炉料中含有过量反球化元素；处理后铁液残留镁和稀土量过低。
铁液中溶解氧量偏高是球化不良的重要原因。
选用低硫焦炭和金属炉料，必要时进行脱硫处理。
另外，应进行废钢除锈，以及增加球化剂中稀土元素用量，严格控制球化工艺。
2．缩孔和缩松特征和产生原因：缩孔产生于铁液温度下降发生一次收缩阶段。
如大气压把表面凝固薄层压陷，则呈现表面凹陷及局部热节凹陷，否则铁液中气体析出至顶部壳中聚集成含气孔的内壁光滑的暗缩孔，有时也与外界相通形成明缩孔，则内表面虽也光滑，但已被氧化。
球墨铸铁共晶凝固时间比灰铸铁长，呈粥状凝固，凝固外壳较薄弱，二次膨胀时在石墨化膨胀力作用下使外壳膨胀，松弛了内部压力。
因此在二次收缩过程中，最后凝固的热节部位内部压力低于大气压，被树枝晶分隔的小熔池处成为真空区，完全凝固后成为孔壁粗糙且排满树枝晶的疏松孔，即缩松缺陷。
宏观缩松产生于热节区残余铁液开始大量凝固的早期，包括了残余铁液的一次收缩和二次收缩，因而尺寸略大且内壁排满枝晶，呈灰暗疏松孔或蝇脚痕状黑点；微观缩松产生于二次收缩末期，共晶团或其集团间的铁液在负压下得不到补缩凝固收缩而成，常见于厚断面处。
3．皮下气孔(1)形貌特征铸件表皮下2～3mm处均匀或蜂窝状分布的球形、椭圆状或针孔状内壁光滑孔洞，直径0.5～3mm，可在热处理和抛丸清理后暴露或机加工时发现，小件中较多。
球铁典型铸造缺陷极其防止
球铁典型铸造缺陷极其防止1、球化不良与球化衰退（1）球化不良：球化不良是指球化处理没有达到预期的球化效果。
球化不良的金相组织为：集中分布的厚片状石墨和少量球状、团状石墨；有时还有水草状石墨。
随着球化不良的程度的加剧，集中分布的厚片状石墨的数量逐渐增多、面积增大，球化不良将使球墨铸铁的力学性能达不到响应牌号要求的指标。
关于球化不良产生的原因极其防止措施分述如下：1、原铁液含硫高 硫是主要反球化元素，含硫高会严重影响球化，一般原铁液的硫的质量分数要小于等于0.06%。
为保证球化，当原铁液含硫量偏高时，必须响应地提高球化剂的加入量，含硫量越高，则球化剂的消耗量也越多。
2、球化元素残留量低 为使石墨球化良好，球铁中必须含有一定量的残余镁和稀土，在我国现今生产条件下，残余镁量的质量分数不得小于0.03%，残余稀土量的质量分数不得小于0.02%。
3、铁液氧化 原材料中铁锈、污染以及铁液在熔化与过热中的氧化，导致铁液中的FeO 含量增多，因而在球化过程中要消耗更多的镁，致使残余镁量过低。
4、炉料含有反球化元素 当反球化元素超出允许范围时，就会影响球化效果，要注意废钢中可能含有钛，还要注意电镀材料、铝销、铅系涂料进入冲天炉。
稀土有中和反球化元素的能力，根据我国原生铁中含有较多的反球化元素的情况，我国球铁中的残余稀土量比国外的要多。
5、 孕育效果差 由于孕育效果差，或者孕育衰退，均会造成石墨球数量少，使得石墨球不圆整。
6、型砂水分高、含硫量高 由于界面反应，铁液中的镁与铸型表面中的氧、硫发生作用，致使铸件表面的残余镁量不足，形成一薄层的片状石墨。
解决的措施就是提高残余镁量，减少型砂含水量，型砂硫的质量分数应小于0.1%，或采用能获得还原性气氛的涂料。
在使用含硫硬化剂的树脂砂铸型中，可采用含有MgO 、CaO 的涂料。
2、球化衰退球化衰退的特点时：炉前球化良好，在铸件上球化不好；或者同一浇包的铁液，先浇注的铸件球化良好，后浇注的铸件球化不好。
球铁的球化衰退
铸造技术(94):球铁的球化衰退当经过正确球化和孕育处理的铁水被加以长时间保留时，观察到石墨球形状变坏是很平常的。
这就是常说的球化衰退。
球化衰退通常关联着两种可能现象之一，或是Mg 衰退，或是孕育衰退。
确定衰退的正确类型是很重要的，因为避免球化不良的可能措施在这两种衰退现象之间的差别将是很大的。
下图是经过Mg处理和后孕育之后立刻取样得到的好球铁显微组织。
底下两幅金相照片是两种主要衰退现象的显微组织实例。
镁衰退的作用：当镁损耗于铁水周围的介质（例如，渣、耐火材料、气化）时，会使整个时间范围的球化效能下降。
这一般与铁水中残镁量的下降，或从周围介质吸收硫或O氧，从而造成残Mg的逐渐消耗有关。
当残Mg量不足时，就会出现被称之为压实石墨或蠕虫状石墨的不良石墨球。
下左的金相照片就是这方面的一个实例。
孕育衰退的作用当加入后孕育剂之后铁水被长时间保留时，孕育剂的作用将逐渐衰退。
依附于孕育剂的类型和加入量的不同，球铁将逐渐减少它的球数和石墨球也将失去它们的球形。
在一般情况下，不规则形状球的生成都伴随着球数的普遍减少。
右下的金相照片就是这方面的一个例子。
当发现某一球化不良的现象时，经过培训的铸造工作者能清楚地区分上述两种类型衰退很重要的。
这两种球化不良的解决措施，在许多情况下，实际上都是彼此可可逆的。
Mg衰退的可能解决措施·通过加入更多的球化剂，增加残余M镁量和/或残余稀土量·避免高铁水温度和长时间停留。
·使用比较纯净炉料和添加剂以减少基铁的硫含量。
·改进扒渣操作以免铁水再硫化。
·不要让铁水暴露在空气中，以免造成残余镁的氧化。
·使用含稀土的后孕育剂以弥补Mg的损失。
孕育衰退的可能解决措施：可采取以下措施解决造成则石墨形状不规的孕育剂衰退问题。
·使用比较有力的抗衰退后孕育剂或加入更多的孕剂。
·避免高温和长时间停留。
·二次加入专业的强力后孕育剂。
球墨铸铁件表面球化衰退的研究
球墨铸铁件表面球化衰退的研究摘要：球墨铸铁以其优异的性能、广泛的应用领域和低廉的生产成本成为现代铸造行业的重要材料。
然而，在生产过程中，球墨铸铁件表面的球化衰退问题一直困扰着厂家，影响了铸件的质量。
本文旨在深入研究球墨铸铁件表面球化衰退的微观组织特征、成因及防止措施，以期为生产实践提供理论依据。
1.引言球墨铸铁件在我国的工业生产中占有重要地位，其优异的性能和低成本使其在汽车、建筑、机械等领域得到广泛应用。
苯磺酸硬化呋喃树脂砂因其生产效率高、铸件尺寸精度高等优点而在球墨铸铁件生产中得到广泛应用。
然而，球墨铸铁件表面球化衰退问题成为制约产品质量的关键因素。
因此，研究球墨铸铁件表面球化衰退的成因、微观组织特征及防止措施具有重要的实际意义。
2.球墨铸铁件表面球化衰退的成因及微观组织特征2.1球化衰退的成因球墨铸铁件表面球化衰退主要表现为石墨球形状的改变和分布不均。
研究表明，苯磺酸硬化呋喃树脂砂在高温下受热气化，进入熔融金属表面，消耗表面层内残留的有效Mg，导致球化衰退。
然而，关于Mg的存在形式及其对球化衰退的影响尚需进一步研究。
2.2微观组织特征球墨铸铁件表面球化衰退的微观组织特征主要表现为片状石墨或蠕虫状石墨的形成。
这些不规则的石墨形态导致铸件性能下降，影响了铸件的质量。
因此，研究球墨铸铁件表面球化衰退的微观组织特征对于制定防止措施具有重要意义。
3.球墨铸铁件表面球化衰退的防止措施针对球墨铸铁件表面球化衰退的成因及微观组织特征，本文提出以下防止措施：3.1优化苯磺酸硬化呋喃树脂砂的配方合理调整苯磺酸硬化呋喃树脂砂的配方，降低砂中苯磺酸的含量，以减少其对熔融金属表面残留Mg的消耗。
3.2控制熔炼过程优化熔炼工艺，严格控制出炉温度和浇注温度，以降低球化衰退的风险。
3.3添加适量球化剂在生产过程中，适当增加球化剂的添加量，以提高石墨球的球化程度。
3.4改进孕育处理采用多次孕育处理，以改善石墨球的分布和形态。
球化衰退及球化不良
影晌因素(1)碳当量:铁液的碳当量人高时(尤其是硅含量也高时)将使石里球化受到影响。
试验表明, 对于厚壁铸件，当碳当盆超过共晶成分时就有町能产生开花状石墨。
但是提高铁液的含碳最有利于镁回收率的提高。
因此生产中人多采用高碳低硅的原则，通常含硅量控制在2%左右。
此外，碳当屋的选取还与铸件壁厚付关:当壁厚为6.5 —76mm时，碳当量为4.35%--4.7%; 当壁厚＞761山117碳当量为4.3% — 435 % 0 .(2)硫:当铁液中的含硫量太高时，硫与镁和棉土生成硫化物•因其密度小而上浮到铁液表面，而这些硫化物与空气中的载发生反应生成硫，硫又回到铁液，又重复上述过程，从而降低了镁号稀土金屋。
当铁液中的硫人于0一1%时，即使加入多量的球化剂，也不能使石墨完全球化。
(3)稀土与镁:稀土与镁含量过低时，往往产生球化不良或球化衰退现彖。
一般工厂要求球化剂的加人量为1.8% — 2.2%0(4)壁厚:铸件壁太厚也容易产生球化不良及衰退缺陷，主要是因为铁液在铸型中长时间处于液态，镁燕汽上浮，造成镁禽量降低;共晶时人量石墨生成而释放出的结晶潜热使奥氏体壳重新熔化，石墨伸出壳外而崎形长大，形成非球状石墨。
(5)温度:若铁液沮度过高，铁液氧化严重，由于镁与稀土易与氧化物产生还原反应，而使得镁、稀土含量降低，同时高温也将增加镁的烧损和蒸发;铁液沮度太低，球化剂不能熔化和被铁液吸收，而上浮至铁液表面燃烧或被氧化。
(6)滞留时间:铁液中镁的含最是随孕育处理后停留时间的增加而减少，其主要原因是因硫及镁、稀土的氧化与燕发造成的。
图5反映了滞留时间与残镁屋的关系(1), 一般情况卜，滞留时间不超过20mino(7)浇冒II:浇冒II若设计不合理，会产生浇注时间太长、铁液飞溅以及卷入空气，使镁、稀土氧化严重。
S.2防止措施⑴严格控制铁液成分:选择合适的碳当量;铁液中的含硫量应小于0 08% (其中生铁含硫不得大于0.03%,焦碳含硫不得大于0 08%),可采用小苏打进行脱硫。
球化衰退特征及原因
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球化衰退铸造缺陷的特征及原因
制作人：郭静静 榆林职业技术学院
球墨铸球铁墨铸铸铁件铸生件产生产技技术术课课程程
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球化衰退的特征是，炉前球化良好，在 铸件上球化不好；或者同一浇包的铁液，先 浇注的铸件球化良好，后浇注的铸件球化情 况不好。
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2MgS+O2=2MgO+2S 2Ce2S3+3O2=2Ce2O3+6S 此时，所发生的硫又进入铁液中，与镁、稀土发生反应：
Mg+S=MgS 2Ce+3S=Ce2S3
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随铁液停置时间的延长，硫不断与镁和 稀土作用，不断生成MgS、Ce2S3，它们又 不断地被空气中的氧气所氧化，循环进行。 结果，消耗了铁液中的镁和稀土，硫又重 新从浮渣进入铁液中，出现“回硫现象”。
球化衰退的 特征是什么？
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在金相显微镜下观察，如图1所示。
图1 未浸蚀球状石墨，球化衰退 ×100
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球化衰退的原因是镁量和稀土量随着铁液停置时间 的延长而发生衰退。镁、稀土与氧的亲和力大于与硫 的亲和力，所以浮在铁液表面的MgS、Ce2S3夹杂物与 空气中的氧要发生下列反应：
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观
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球铁及其球化不良问题探讨分析
球铁及其球化不良问题探讨分析岗铁的应用使人类文明进入了铁器时代。
球墨铸铁的诞生，是继人类发明炼钢技术之后，在黑色金属应用技术方面又一次大的技术创新，是20世纪材料科学最重大的技术进展之一。
我国古代工匠早在2000年前就已制造出具有球状石墨的铸铁，分析表明上述铸铁件不含镁或稀土元素，是采用高纯木炭生铁熔剂，在金属型中浇注，经热处理后制成。
但由于这种工艺难于大量生产，因而这种古代球铁的独特技艺没有流传至今。
现代球墨铸铁采用向铁液中添加球化剂的方法使其在铸态下析出球状石墨，使得球墨铸铁真正登上了工业应用的舞台。
世界铸铁件的生产状况和趋势是，灰铸铁件的比例明显下降，但仍占优势。
球墨铸铁件的产量持续增长，蠕墨铸铁和特种铸铁也有了较大的发展。
我国球墨铸铁件在质量和生产稳定性方面的差距也较大。
我国球墨铸铁生产较突出的问题是材质强韧性上、缺陷多，其原因除炉料、球化处理方法和球化剂等因素外，主要是球化处理前对铁液含硫量要求过松。
因此，为使我国球墨铸铁生产能有大幅度的增长，必须大力实施能稳定提供质量可靠的优质球墨铸铁件的配套技术。
现在就球铁常见的缺陷球化不良结合我们单位的实际系统地进行论述一下。
球化剂的合理选用和稀土（RE）元素的加入是实现高强度薄壁球墨铸铁铸造的关键。
⑴该技术的核心是在铸造（熔炼）工艺中要保证RE/S=2～2.5。
球化剂要选用Fe-Si-Mg-RE-Ca 系材料，其中稀土元素（Ce、La、Pr）的加入并使之与硫保持一定比例是球化技术的关键。
试验证实，当RE/S＜2时，出现球化不良；RE/S＞2.5、Mg/S＞5时，易出现白口，同时严格控Wp＜0.04%、WBi=0.003%～0.007%。
灰铸铁铸件所产生的各种铸造缺陷（如缩孔、气孔、渣孔、夹砂、冷隔、浇不足等）都会在生产稀土镁球墨铸铁时产生。
球墨铸铁常见缺陷有球化不良（球铁处理不成）、球化衰退、缩松、皮下气孔等缺陷。
球化不良是稀土镁球墨铸铁经常遇到的问题之一。