石墨开花的原因探讨
球墨铸铁性能和生产工艺
球墨铸铁旳化学成份
选择合适旳化学成份是确保球墨铸铁 取得良好旳金相组织和高性能旳基本条件， 化学成份旳选择既要利于石墨旳球化和取 得满意旳基体，以期取得满意旳性能，又 要使球墨铸铁具有良好旳铸造性能。
一、五大元素
1、碳和硅
因为石墨球对基体旳减弱作用很小，所以碳含量在 3.2-3.8%时，对力学性能无明显影响。拟定球墨铸铁旳 碳硅含量时，主要从确保铸造性能考虑，将碳当量选择在 共晶成份左右。
2、缩孔和缩松
特征：缩孔发生于第一次收缩阶段。 表面凹陷及局部热节凹陷，含气孔旳暗 缩孔，内壁粗糙。缩松发生于第二次收 缩阶段。被树枝晶分割旳溶池处成为真 空，凝固后旳孔壁粗糙、排满树枝晶旳 疏松孔为缩松。
原因：碳当量低，磷含量高，增长缩 孔缩松倾向。
措施：提升铸型刚度，如使用树脂砂， 提升铁液碳当量。
形核物质 1、石墨：未溶石墨、添加晶体石墨、非平 衡石墨 2、岩状构造碳化物基底 3、氧化物 4、硫化物/氧化物 5、铋及铋旳化合物
球墨铸铁旳孕育
球墨铸铁孕育旳主要性 灰铸铁、球墨铸铁孕育旳异同点 孕育衰退现象 提升孕育效果旳措施
a.选择强效孕育剂 b.必要旳S旳含量 c.改善处理措施 d.提升铸件冷却速度
这些条件旳实质在于变化石 墨结晶旳冷却情况。
球墨铸铁旳金相组织与力学性能旳关系
球墨铸铁旳力学性能是和它旳金相 组织亲密有关旳。确保铸铁中石墨球化 良好，是熔制球墨铸铁旳第一要求。
只有石墨球化，才干充分发挥金属 基体旳作用，使铸铁旳力学性能大幅度 提升。也只有石墨球化后，进一步变化 基体旳性能才更有意义。
球墨铸铁旳形成
球状石墨旳形成经历了形核与生长两个阶段。 其中旳形核是石墨旳首要过程，铁液在熔炼及随 即旳球化、孕育处理中产生大量旳非金属夹杂物， 初生旳夹杂物非常小，在随即浇铸、充型、凝固 过程相互碰撞、聚合变大，上浮或下沉，成为石 墨析出旳关键。
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。
球化衰退和孕育衰退
1.上大学时，在工厂实习，老师把接近衰退的球铁（石墨已出现虫状）铁水再次孕育，石墨又回到球状。
这些铁水都取了试样，在实验室看金相。
所以我们常说，干球铁，“原材料是基础，孕育是关键”，这句话。
2.平常我们在生产现场，球化后的铁水，不管什么牌号（这个由终硅量和其他元素来决定），都要充分孕育，孕育越往后效果越明显，所以有在小端包孕育，浇口盆孕育和随流孕育等等操作，而且球化后，要求10-15分钟浇注完这包铁水，这里主要是要求保证一定的镁含量。
要严格按照球铁和孕育的规律来办事，来制定工艺，来操作。
所以说，保证一定的镁含量和孕育充分是我们作球铁必需同时具备的条件。
3.来新的单位后，针对风电球铁的生产和比较先进的球化理念，这里的操作异常，遇到了这个帖子主题的类似问题。
首先是原铁水硫的含量较低，0.01%左右，球化后，等待降温时间较长，在20分钟左右，最后温度满足要求浇注时，随流孕育比较充分（拉回了一些变态石墨），残余镁量较高，含碳量较高等等。
由于以上情况，铸件本体附铸试块（70毫米）石墨形态表面好，内部差，有的内部也可以，组织不均匀性很大，千奇百怪，从来没有遇到的情况和组织。
最后专家来帮助分析，“石墨叫团状（有一些絮状），石墨圆的少，团状的多，少量块状，异常石墨已经出现。
”（我看还有一些开花状，较少）。
但是机械性能，拉伸，低冲都合格了，UT合格了。
我估计这样的石墨疲劳强度可能有问题。
上面只是情况介绍。
记得技术文章讲，有专家做实验，灰铁里的石墨从片状，到虫状，到球状，再到开花状（是否包含团絮状，记不清了），是球化从没有到逐步球化，到球化正常，到球化过量各阶段石墨的表现形态，（当然，还有其他因素存在）我在新单位遇到的是很特出的情况，这里因为残余镁很高，石墨不可能变虫状，但由于球化后时间过长，（含碳也高），孕育衰退明显，石墨没有从球变成虫或者片，而是团状，絮状，少量开花状，有的专家讲是孕育衰退，我看有道理。
如果是球化衰退，则石墨要变成虫状或者片状了，就是指残余镁量很低的情况下。
铸态qtrsi4mo1材料的研制
Research and Development of The as-cast QTRSi4Mol
ZHANG Qian-qian, CHEN Li-nian (Dongfeng Investment Casting Co.,Ltd, Shiyan 442714, Hubei, China ) Abstract: The as-cast QTRSi4Mol was researched and developed through designing rational chemical composition and controlling proper melting process parameter・ The metallographic and conventional mechanical properties of the ductile iron were tested. The results show that as-cast QTRSi4Mol with this composition has excellent properties and meets the requirements. Key Words: As-cast; Silcon-molybdenum; Ductile iron; Mechanical properties
（6） 镁和稀土元素。镁是球化能力最强的元 素，但用镁做球化剂，在铁液 中具有强烈的脱氧和脱硫作用，可以抑制微量干 扰球化元素的反球化作用，促进石墨球化。本试 验残余Ce质量分数在0.03%以下。
2熔炼过程工艺参数的控制 2.1生产设备和炉料配比
(3 )猛。猛是一种扩大奥氏体区且稳定奥氏 体的元素，在球墨铸铁凝固时，少量的猛可以促
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濟科技 / AUTO SCI-TECH 2020年第3期
3、灰铸铁中石墨的分类分级及显微检测
灰铸铁中石墨的分类分级与显微检测摘要介绍国标GB/T7216-2009、美标ASTMA-247（2010）及国际标准ISO945-1：2008对灰铸铁中石墨的分类分级；分析不同石墨形态的特点、成因及对性能的影响；对石墨的显微检测做了详细的说明。
关键词灰铸铁；石墨形态；石墨尺寸；检测位置灰铸铁是指显微组织中石墨成片状的铸铁，由于灰铸铁具有生产工艺简单、成本低廉和良好的使用性能等特点，所以在工业上得到广泛的应用。
GB/T9439-2010《灰铸铁件》中根据与同炉同包次相近的冷却条件下，按Φ30mm的单铸试棒的抗拉强度分级，规定了HT100、HT150、HT200、HT225、HT250、HT275、HT300、HT350八个级别的灰铸铁牌号。
各牌号中的数据为其单铸试棒具有的最低抗拉强度值（MPa）。
灰铸铁凝固结晶缓冷后的组织为：石墨+珠光体和铁素体（或全部珠光体），受化学成分、冷却条件等的影响，有时可出现磷共晶和碳化物。
在灰铸铁中，基体组织对性能会有影响，但对强度等起决定性影响的是石墨的形态及其大小。
1 国标、美标及国际标准中灰铸铁的石墨形态分类（1）美国材料与试验学会标准ASTMA-247（2010）将铸铁（包括灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁）中出现的石墨分为7种类型，分别用罗马数字Ⅰ到Ⅶ表示，而Ⅶ类（片状）石墨又分为A、B、C、D、E五种分布形状。
见表1。
表1 美国 ASTMA-247（2010）的石墨类型（2）国际标准ISO945-1：2008将铸铁中石墨形态分为种，分别用罗马数字Ⅰ-Ⅵ表示，与美标分类不同，Ⅰ类为片状、Ⅱ类星状、Ⅲ类蠕虫状、Ⅳ团絮状、Ⅴ团状、Ⅵ类为球状，未列开花状石墨。
Ⅰ型（片状）石墨再分为A、B、C、D、E五种形状。
（3）我国根据石墨形态特征和生产过程特点将铸铁分为球墨铸铁、灰铸铁、可锻铸铁及蠕墨铸铁四大类。
国标GB/T7216-2009《灰铸铁金相检验》将灰铸铁中石墨类型分为A、B、C、D、E、F共6种，其定义及说明见表3。
球墨铸铁件的缺陷和金相检验2012年
化学成分——硫 球墨铸铁中硫与球化元素的化合能力很强，生 成硫化物或硫氧化物，不仅消耗球化剂，造成球 化不稳定，衰退速度加快，而且还使夹杂物数量 增多，导致夹渣、气孔等铸造缺陷。 国外一般要求铁液含硫量低于0.02%，我国目 前由于焦炭含量较高等熔炼条件的限制，往往达
不到这一标准，应进一步改善熔炼条件，有条件
球铁的力度性能
球墨铸铁的力学性能以抗拉强度和延伸率两个 指标作为验收依据。 在生产工艺稳定的条件下，也可根据硬度值进 行验收。因硬度与强度的对应关系建立在球化合 格，化学成分、孕育稳定，铸造工艺合理的基础 上，为保证性能，规定按硬度验收时，必须检验 金相组织，其球化率不得低于4级。 即使硬度和球化合格，由于基体其中存在渗碳 体、磷共晶、高硅固溶强化等，可能使强度和韧 性达不到要求。所以不具备生产工艺稳定的条件 下，不能根据硬度值验收。
球状石墨的形成
球状石墨的形成经历了形核与生长两个阶段。 其中的形核是石墨的首要过程，铁液在熔炼及随 后的球化、孕育处理中产生大量的非金属夹杂物， 初生的夹杂物非常小，在随后浇铸、充型、凝固 过程相互碰撞、聚合变大，上浮或下沉，成为石 墨析出的核心。 球状石墨核心形成以后，碳原子开始在核心基 底上堆砌，石墨最终生成的形状决定受工艺条件 影响的生长方式。 所以，石墨生长过程的控制是获得球状石墨的 关键。
球墨铸铁的特性
球墨铸铁可以像钢一样，通过热处理 和合金等措施来进一步提高其使用性能。 比如，处理过的球墨铸铁可以取得很好的 韧性，延伸率高达24％；抗拉强度可以高 达1400MPa，基本接近钢材，与钢材相比， 球墨铸铁还有很多优点。比如铸造性能好， 成本相对较低。 由于球墨铸铁产量的不断增加，性能 不断开发，现已成功取代了锻钢和铸钢， 成为前景广阔的金属结构材料。
球墨铸铁开花状石墨的防止
魏传 颖 １ ， 钱
（． １ 安徽神剑科技股份有限公司 ， 安徽 合肥
进 ２王 劲松 １ ，
合肥 ２０ ２ ） ３ ０ ２
２ ０ ２ ；． ３０ ２ ２安徽天元动力设备厂 ， 安徽
摘要 ： 在铁路机车弹簧Ｃｆ （ Ｔ ５ — ０ 的厚壁处易 出现开花状石墨 ， ｂ ￣Ｑ ４ ０ １ ） Ａ 认为是该铸件两耳孔处为热 节部位 ， 加之浇注系统 不合理所致。为此采用垂直封闭式浇注 系统 、 选用低 Ｒ Ｅ球化剂 ， 以及控制铁液 出炉温度 ≥１５ ０ｏ 浇注温度在 １ ２ ～ ２ Ｃ， ０ ４
４ ０℃ ． ｈ ｔｒ ａ ｕ ｌ ｙｏ ｅ ｃ ｓｉ ｇ ａ ｒ ｖ ｄ ａ ｄ ｔｅ ｑ ａ ｉ ｅ ａ ｅ ｗ ｓｉ ｃ ｅ ｓ ｄ ６ ｔ ｅ ｉ ｅ ｎ ｌ ａ ｉ ｆｔ ａ ｔ ｓｗ ｓ ｉ ｏ ｅ ｎ ｈ ｕ ｌ ｉｄ ｒ ｔ ａ ｒ ａ ｅ ． ｎ ｑ ｔ ｈ ｎ ｍｐ ｆ ｎ Ｋｅ ｒ ｓ ｏ ｕ ａ ｏ ； ｘ ｌ ｄ ｄ ｇ ａ ｈｔ ； ｃｏ ｔ ｅｕ ｅ ｇ ｔ ｇ ｓ ｓｅ ｙ ｗｏ ｄ ：ｎ ｄ ｌｒｉ ｎ ｅ ｐ ｏ ｅ ｐ ｉ ｍｉ ｒ ｓ ｕ ｔ ｒ ； ａ ｉ ｙ ｔ ｍ ｒ ｒ ｅ ｒ ｎ
和力 学性 能 ， 件 外 观质 量 、 寸 精 度及 内在 质 铸 尺 量均 大 幅度提 高 。
作者 简介 ： 魏传 颖（ ９０１ 一 ， ， １７ ． ） 男 汉族 ， ０ 工程师 ， 主要 从 事铸 铁
合 金 的研 究 工作 。
度 由以前的 １３ｍ ～ ｍ下降到 目前 的 １ ｍ以下 。 ｍ
Ｐ ｅ ｅ ｔｏ ｆＥｘ ｌ ｄ ｄ Ｇｒ ｐ ｉｅ ｏ ｄ ｌ ｒ Ｉ ｏ ｒ ｖ ｎ ｎ ｏ ｐ ｏ ｅ ａ ｈ ｔ ｆＮｏ ｕ ａ ｒ ｎ ｉ
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。
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开花状石墨的原因探讨
球墨铸铁( QT400/450 —15/10) 在整车底盘和发动机、后桥等
总成中大量使用，该件对于整车的质量和客户的的安全具有重要的意义，昨天在我厂整车生产中出现两例D088 后钢板弹簧支架断裂，经检查石墨属于开花状(正常的属于球状) ，该状态对产品的质量影响很大，下面针对它的形成原因和需要采取的措施进行简单的探讨
二、原因分析及应对措施
1. 开花状石墨的形成
( 1) 球状石墨主要是从铁液中直接析出，并按螺形位错生长。
石墨刚从铁液中析出时，由于铁液温度较高，石墨可能生长也有可能被熔解。
随着铁液温度的降低，石墨生长加快，当石墨长大到一定尺寸后，在铁液热混流的作用下，石墨容易破裂，形成开花状石墨。
( 2) 共晶转变时，随着温度的降低，铁液中的碳通过奥氏体边界析出到被奥氏体包围的石墨球上的速度加快，这样石墨球的体积增大而奥氏体的边界被束缚，使石墨球内应力提高，当这种内应力达到足以突破奥氏体边界束缚力时，石墨球也会破裂开花。
2. 石墨开花的主要表现
( 1) 炉前增碳根据开花状石墨球的形成过程可知，炉前增碳会造成炉内表面铁液中石墨的遗传，且遗传较大的石墨颗粒在球化处理
时作为外来晶核优先长大，引起石墨球大小不均，较大的石墨球在共晶温度铁液中不稳定而生长速度相对较快，在高温热混流作用下容易破裂，产生开花状石墨。
而当前炉次的第二包和其他包处理的铁液，因为炉内铁液基本不存在未熔化的碳的遗传，所以球化质量相对比较稳定。
( 2) 电炉生产时，工频炉的搅拌虽然较均匀，但在炉内铁液的上层因感
应圈的搅动力较差，从而导致上层铁液含碳量较高，因此，铁液在球化处理过程中碳易积聚而导致石墨长大，进而破裂引起石墨开花。
( 3)铁液球化温度过高过高的球化处理温度可能引起两种球化结果：①球化剂烧损过多导致球化不良，金相组织出现片状和蠕虫状石墨。
② 由于石墨生长过快但又不稳定，导致石墨破裂，出现石墨开花。
( 4) 当前炉次的出炉温度较低过低的出炉温度将导致球化剂的吸收率较高，过高稀土镁使石墨生长过快，大的石墨破裂引起石墨开花。
3. 工艺措施
根据上述观点，在铁液碳当量不变的情况下，要解决开花状石墨球必须从以下几个方面采取工艺措施。
( 1) 减少原料中碳的遗传由于熔化铁液时常需加入一定量的增碳剂，以保证铁液出炉时的碳含量要求。
因此，一方面，当铁液中碳的含量低于工艺要求时，实际生产过程中采取增碳处理后应将炉内铁
液温度提高到1560〜1580 C,并过热10〜15min,使未熔的大石
墨充分熔解为均匀的小颗粒石墨，以保证球化良好；另一方面，配料时铁液中的碳最好一次性配到工艺要求的范围内，这就要求配料人员必须准确估算炉内剩余铁液量和使用的回炉料的化学成分, 这会使生产节奏好,并降低生产成本。
( 2) 避免球化处理时过早出现大的石墨球降低球化处理时铁液的碳当量(CE)，使CE<4. 55 %，适当减少一次孕育量，防止铁液
过早出现较大的石墨球。
( 3) 降低高温铁液的热混流现象球化处理时，铁液温度应控制在1540〜1560 C,浇注温度应控制在1400〜1440 C。
从球化处理
到浇注完毕的时间应控制在10min 内，减少石墨球在液态条件下的生长时间。
( 4) 降低碳的活度和增强奥氏体的强度( 合金处理、减少石墨球数和细化石墨球) 相关资料表明，废钢有促进生成白口铁的现象。
配料时加入的废钢越多，球化处理时石墨的析出能力越低，形成的石墨球数越少且细小。
炉前碳的含量高时加废钢降碳，从未发现石墨开花现象可说明这一点。
锰固溶于奥氏体中，会降低碳的活度，使碳通过奥氏体边界析出的速度降低。
而实际生产中，加入大量废钢是不可能的，因为废钢加入越多，原铁液的含碳量越低，需大量增碳，不但增加工作量且浪费原料和能源，而适当控制锰的含量既方便又经济。
实际生
产中，当碳高且硫和锰低时，对首包处理的铁液应采取将Mn 控制在
0. 20 %〜0. 25%的工艺措施。
( 5) 准确把握球化处理和倒包时铁液量这就要求生产人员经验
( 凭视觉估算铁液量) 丰富。
在实际生产中，相当一部分金相组织石墨开花的不合格件就是由于球化处理时铁液量太少，以及倒包后铁液分配不均引起碳当量过高所造成的。
( 6) 准确控制出炉温度和浇注温度出炉温度过高或过低均会影响球化处理时铁液对稀土镁的稳定吸收，造成球化效果波动，也影响后期的孕育效果。
浇注温度的高低，不仅受出炉温度高低的影响，还受到浇包状况和后期孕育剂加入量及粒度大小的影响。
因此，出炉温
度和浇注温度的高低都会造成铸件产生开花状石墨缺陷。
以上介绍仅供大家了解石墨开花的原因和对应的措施，生产中还要根据具体情况而定！。