【热坛学习】无冒口铸造在球墨铸铁件中的应用

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      【热坛学习】无冒口铸造在球墨铸铁件中的应用

  1、球墨铸铁的凝固特点

球墨铸铁与灰铸铁的凝固方式不同是由球墨与片墨生长方式不同而造成的。在亚共晶灰铁中石墨在初生奥氏体的边缘开始析出后，石墨片的两侧处在奥氏体的包围下从奥氏体中吸收石墨而变厚，石墨片的先端在液体中吸收石墨而生长。

在球墨铸铁中，由于石墨呈球状，石墨球析出后就开始向周围吸收石墨，周围的液体因为w（C）量降低而变为固态的奥氏体并且将石墨球包围；由于石墨球处在奥 氏体的包围中，从奥氏体中只能吸收的碳较为有限，而液体中的碳通过固体向石墨球扩散的速度很慢，被奥氏体包围又限制了它的长大；所以，即使球墨铸铁的碳当量比灰铸铁高很多，球铁的石墨化却比较困难，因而也就没有足够的石墨化膨胀来抵消凝固收缩；因此，球墨铸铁容易产生缩孔。

另外，包裹石墨球的奥氏体层厚度一般是石墨球径的1.4倍，也就是说石墨球越大奥氏体层越厚，液体中的碳通过奥氏体转移至石墨球的难度也越大。低硅球墨铸 铁容易产生白口的根本原因也在于球墨铸铁的凝固方式。如上所述，由于球墨铸铁石墨化困难，没有足够的由石墨化产生的结晶潜热向铸型内释放而增大了过冷度， 石墨来不及析出就形成了渗碳体。此外，球墨铸铁孕育衰退快，也是极易发生过冷的因素之一。

2、球墨铸铁无冒口铸造的条件

从球墨铸铁的凝固特点不难看出，球墨铸铁件要实现无冒口铸造的难度较大。笔者根据自己多年的生产实践经验，对球墨铸铁实现无冒口铸造工艺所需具备的条件作了一些归纳总结，在此与同行分享。

 2.1 铁液成分的选择

2.1.1 碳当量（CE）

在同等条件下，微小的石墨在铁液中容易溶解并且不容易生长；随着石墨长大，石墨的生长速度也变快，所以使铁液在共晶前就产生初生石墨对促进共晶凝固石墨化是非常有利的。过共晶成分的铁液就能满足这样的条件，但过高的CE值使石墨在共晶凝固前就长大，长大到一定尺寸时石墨开始上浮，产生石墨漂浮缺陷。这时，由石墨化引起的体积膨胀只会造成铁液液面上升，不但对铸件的补缩毫无意义，而且由于石墨在液态时吸收了大量的碳，反而造成在共晶凝固时铁液中的w（C）量低不能产生足够的共晶石墨，也就不能抵消由于共晶凝固造成的收缩。实践证明，能够将CE值控制在4.30%~4.50%是最理想的。

 2.1.2 硅（Si）

一般认为在Fe-C-Si系合金中， Si是石墨化元素，w（Si）量高有利于石墨化膨胀，能够减少缩孔的发生。很少有人知道，Si是阻碍共晶凝固石墨化的。所以，不论从补缩的角度考虑，还是从防止碎块状石墨产生的角度考虑，只要能通过强化孕育等措施防止白口产生，都要尽可能地降低w（Si）量。

2.1.3 碳（C）

在合理的CE值条件下，尽可能提高w（C）量。事实证明球墨铸铁的w（C）量控制在3.60%～3.70%，铸件具有最小的收缩率。

2.1.4 硫（S）

S是阻碍石墨球化的主要元素，球化处理的主要目的就是脱S，但球墨铸铁孕育衰退快与w（S）量太低有直接关系；所以，适当的w（S）量是必要的。可以将w（S）量控制在0.015%左右，利用MgS的成核作用增加石墨核心质点以增加石墨球数，减少衰退。

2.1.5 镁（Mg）

Mg也是阻碍石墨化的元素，所以在保证球化率能够达到90%以上的前提下，Mg应尽可能低。在原铁液w（O）、w（S）量不高的条件下，残留w（Mg）量能够控制在0.03%~0.04%是最理想的。

2.1.6 其它元素

Mn、P、Cr等所有阻碍石墨化的元素越低越好。

要注意微量元素的影响，如Ti，当w（Ti）量低时，是强力促进石墨化元素，同时Ti又是碳化物形成元素，又是影响球化促进蠕虫状石墨产生的元素，所以 w（Ti）量控制得越低越好。笔者公司曾经有一个非常成熟的无冒口铸造工艺，由于一时原材料短缺而使用了w（Ti）量为0.1%的生铁，生产出的铸件不但表面有缩陷，加工后内部也出现了集中型缩孔。

总之，纯净原材料对提高球墨铸铁的自补缩能力是有利的。