灰铸铁缺陷产生的原因分析及预防措施

灰铸铁缺陷产生的原因分析及预防措施
一、影响灰铸铁力学性能的主要因素：
化学成分（C、Si、Mn、P、S合金元素）灰铸铁的力学性能金相组织
石墨的形状、大小、分布工艺因素和冶金因素
和数量以及基体组织
工艺、冶金因素：主要有冷却速度，铁液的过热处理、孕育处理、炉料特性等（1）关于冷却速度的影响铸铁是一种对冷却速度敏感性很大的材料，同一铸件的厚壁和薄壁部分，内部和外表都可能获得相差悬殊的组织，俗称为组织的不均匀性。

因为石墨化过程在很大程度上取决于冷却速度。

影响铸件冷却速度的因素较多：铸件壁厚和重量、铸型材料的种类、浇冒口和重量等等。

由于铸件的壁厚、重量和结构取决于工作条件，不能随意改变，故在选择化学成分时应考虑到它们对组织的影响。

（2）关于铁液孕育处理的影响孕育处理就是在铁液进入铸件型腔前，把孕育剂附加到铁液中以改变铁液的冶金状态，从而可改善铸铁的显微组织和性能。

对灰铸铁而言，进行孕育处理是为了获得A型石墨、珠光体基体、细小共晶团的组织，以及减少铸件薄壁或边角处的白口倾向和对铸件壁厚的敏感性；对可锻铸铁而言，是为了缩短短退火周期，增大铸件的允许壁厚和改善组织的结构；对球墨铸铁而言，是为了减少铸件白口倾向，提高球化率和改善石墨的圆整性。

（3）关于铁液过热处理的影响。

提高铁液过热温度可以：①增加化合碳含量和相应减少石墨碳含量，②细化石墨，并使枝晶石墨的形成，③消除铸铁的“遗传性”，④提高铸件断面上组织的均匀性，⑤有利于铸件的补缩。

同样，铁液保
温也有铁液过热的类似作用。

（4）关于炉料特性的影响实际生产中往往发现改变金属炉料（例如采用不同产地的生铁或改变炉料的配比等)而化学成分似乎无变化的情况下铸铁具有不同的组织和性能，这说明原材料的性质直接影响着用它熔炼出来的铸铁的性质，称为铸铁的：“遗传性”为此，采用提高铁液温度和使用多种铁料配料可消除这种“遗传性”，并改善铸铁的组织和性能。

综上所述，铸铁的工艺因素和冶金因素对铸铁的力学性能有着很大的影响，因此，不应忽视对这些影响因素的控制。

二、灰铸铁不可用热处理的方法来达到牌号要求
一般说来，热处理能在很大程度上改善铸造合金的组织和性能，但在灰铸铁条件下，热处理所能发挥的作用相对较小。

在灰铸铁中，石墨对铸铁性能的影响很大，而任何的热处理方法都不能改变石墨的形态和分布，故不可通过热处理来有效地提高灰铸铁的性能使之达到牌号要求。

但是，提高灰铸铁力学性能的方法很多，如合理选配化学成分、改变炉料组成、过热处理铁液、孕育处理、微量或低合金化等，都可取得很好效果。

三、生产高牌号灰铸铁（孕育铸铁）的注意事项
生产产高牌号灰铸铁(一般指HT200以上)时，为了获得高的力学性能，必须尽可能地减少石墨的数量、减小石墨的长度。

传统的方法就是降低铁液的碳、硅含量、提高铁液的冷凝速度，但幅度稍大时就会出现D型过冷石墨及白口，反而降低灰铸铁的力学性能。

在炉前或在浇注前往铁液中添加适量的、以硅铁为主的铁合金碎粒被称作孕育处理。

孕育处理在铁液中提供大量的、石墨借以生核的生核质点。

有效的
孕育将促进石墨的析出，从而消除白口、细化片状石墨并使过冷石墨转变为无方向性均布石墨(A型石墨)，不但可大幅度地提高综合力学性能，同时还提高铸态组织的均一性，减小铸件由于壁厚不均、边角与心部的冷速不同而造成的力学性能差别，因此对铁液进行孕育处理是一项生产高牌号灰铸铁(孕育铸铁)必不可少的技术。

为使孕育有效，需满足孕育对原铁液的要求，即，原铁液应具有较低的碳、硅含量，或原铁液应具有较低的碳当量，碳当量愈低，孕育效果愈好，灰铸铁件强度愈高；相反，碳当量高，孕育效果差。

由于硅可以用加入孕育剂的方法来调整，故考虑原铁液碳当量时总是把碳维持在%~%左右，把硅维持在稍低于能显著促进石墨化的临界值，然后加入孕育剂使硅量超过临界值，获得孕育处理的效果。

此外，铸件壁厚及冷却速度也同样影响到孕育铸铁件的组织，在选择化学成分时也要加以考虑，一般厚件的碳、硅量取下限，薄件则取上限。

锰在高牌号灰铸铁(孕育铸铁)中的作用，除中和硫的影响外，尚有一个特殊的要求，即借助于它使灰铸铁能得到珠光体组织，故高牌号灰铸铁(孕育铸铁)
的锰含量一般较高，为%～%左右，如为厚件
则常为%～%，最高
可达%～%。

硫能削弱孕育剂的石墨化作用，因此常将硫限制在%以下。

近几年来，也有人认为为了得到好的孕育效果，原铁液的硫量不能太低
(不低于%)。

因此，在以后铁液中的硫含量逐渐降低的情况下，对于孕育铸铁中的硫量究竟应如何确定，看来是一个值得注意的问题。

磷含量一般从力学性能的要求出发，常限制在
%以下，但有些机床灰铸铁件(常由孕育铸铁制造)需要耐磨，磷含量则可提高至%~%左右或更高。

四、用孕育剂进行灰铸铁孕育处理时禁止的四则
灰铸铁用的孕育剂可以按功能、主要元素、形状等进行分类，在使用孕育剂进行灰铸铁孕育处理时应禁忌四则：
一则，禁止使用未烘干的孕育剂未烘干的孕育剂加入金属液中，会因其中的水分与金属液中的金属元素在高温下反应生成金属氧化物及氢，生成的初生氢溶人金属液会导致铸件皮下气孔等缺陷。

因此，孕育剂在使用前必须烘干。

二则，禁止使用纯硅或纯硅铁作孕育剂纯硅或不含钙、锶、钡、铝的硅铁不可用作孕育剂，其原因在于石墨靠铁液中析出的二氧化硅异质生核，而二氧化硅靠钙锶钡的硫氧化物异质生核，才能防止铁液的过冷和白口倾向。

应采
用至少含1%~2%、含
%～%的、含
为75%的硅铁作孕育剂，或采用硅—锆系、硅—钙系、硅—铈系、硅—钡系等高效孕育剂。

三则，孕育剂不可草率加入，要讲究方法孕育剂若飘浮在金属液面上会很快氧化而难以被金属液吸收，因此采用冲人法时，应准确地加到铁液流与液面接触处或与浇槽接触处。

由于孕育方法对孕育效果有直接影响，因此还可采用浇口杯孕育、硅铁棒孕育、大块浮硅孕育、孕育丝孕育、铁液流孕育以及型内孕育等。

四则，孕育剂的粒度不宜过粗或过细若粒度过粗则不能较迅速地为铁液所溶化吸收，残余的未溶孕育剂颗粒混入铸件将恶化性能或导致报废。

粒度亦不宜过细，粉末状的孕育剂极易氧化烧损、失去孕育作用，而且会造成铸件夹渣。

五、灰铸铁件可能出现的缺陷
在灰铸铁件生产中，常见的铸件缺陷有：气孔、成分与性能不合格、热裂与冷裂、缩孔与缩松、渣眼与铁豆、冷隔与浇不足、砂眼与夹砂、多肉与错辐、变形等。

通常，产生这些缺陷的原因不单是造型制芯问题，有时还有熔炼浇注、配砂质量、落砂清理等许多生产工序的问题，因此必须具体分析，以便采取相
应的合理措施加以解决。

下面就按以下四个阶段对灰铸铁主要缺陷产生的原因分析与预防措施：
（一）灰铸铁件由于熔炼浇注造成的主要缺陷，产生的原因分析及预防措施
（二）灰铸铁件由子造型制芯时造成的主要缺陷，产生的原因分析及预防措施
（三）灰铸铁件由于配砂时的质量问题造成的主要缺陷，产生的原因分析及预防措施
（四）灰铸铁件由于落砂清理、热处理时造成的主要缺陷，产生的原因分析及预防措施。