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品牌:金联祥
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球墨铸件球化不良、石墨漂浮和夹渣的金相缺陷分析在球铁生产中，往往因处理工艺及原材料等原因，会使铸件产生各种缺陷，从而影响铸件的内在质量，降低铸件的力学性能。笔者就多年来在球铁金相分析中所观察到的球化不良、石墨漂浮和夹渣三种缺陷作一分析，提出防止缺陷产生的办法，以减少废品，提高球墨铸件合格率。2　球化不良(1)宏观特征　球化不良表现在铸件断面上出现芝麻点的黑斑，愈接近铸件中心，黑色斑点愈密集，随着球化不良的严重程度增加，黑点的直径也随之增大，数量也在增加。(2)微观特征　金相观察为集中分布的厚片状石墨，极少量的球状石墨，且球状石墨特别圆，见图1。在厚片状石墨周围出现铁素体组织，这种组织使球铁的力学性能急剧下降。(3)原因分析　形成球化不良的主要原因是球化反应时中间合金数量不够所造成①合金加入量少;②球化剂数量合适，但铁水中含硫量高;③铁水被氧化致使镁量烧损而造成球化剂含量不足等原因。(4)生产中防止球化不良应采取的措施　①球化剂要有足够的加入量;②在球化处理时，应尽量防止镁的烧损，提高球化剂吸收率;③严格控制原铁水含硫量，应选用低硫生铁;④铁水温度应控制在工艺要求范围内，铁水温度过高会产生球化剂烧损过多，温度过低合金易“结死”，均会产生球化不良。3石墨漂浮(1)宏观特征　石墨漂浮常出现于铸件上表面、试块边缘及冒口底部，在断口上表面出现一层界限明显且平整的黑斑。(2)微观特征　其石墨聚集，呈开花状和枝荔状，有的完全爆裂，见图2。这种组织严重削弱了球铁的力学性能，使材料的强韧性指标明显下降。(3)原因分析　产生石墨漂浮的主要原因为碳硅当量过高(碳当量 4.55%)。当碳硅当量超过共晶成分，因浇铸温度高，铁水在凝固前就析出石墨，若液态停留一段时间，此时石墨长大并聚集，由于石墨的密度远比铁水轻，聚集石墨易上浮，有时夹杂物也被带到铸件的上表面，从而在铸件上表面产生石墨漂浮;在同等条件下(碳当量相同)，铸件愈大，浇铸温度愈高，冷却速度越慢，则铁水在铸型内保持高温液态时间长，石墨有足够的上浮时间，因而石墨漂浮愈严重。(4)防止石墨漂浮应采取的措施　①严格控制碳硅当量，碳不应超过4%，硅不应超过3%，厚大铸件的碳硅量应更低;②提高冷却速度，在壁厚处放置冷铁等;③加入少量强烈阻止石墨化的元素，如加入钼可防止石墨漂浮;④严格控制稀土元素残留量。4夹渣(1)宏观特征　夹渣分布于球墨铸件上表面及铸件的死角处，夹渣在断面上呈断续的暗黑色区域或斑点，无金属光泽。(2)微观特征　有硫化物(MgS，FeS)及氧化物(MgO，SiO2，FeO，Al2O3)，在夹渣区除有球状石墨外，还有类片状石墨，见图3。夹渣的出现大大的降低了球铁的力学性能，特别是伸长率及冲击韧性下降更明显。(3)原因分析　铁水中硫含量和残余镁量过高，加之浇铸温度过低，形成了夹渣缺陷。(4)防止产生夹渣的措施　可采用降低铁水中硫含量(硫含量应控制在0.03%～0.04%)及残留镁量≤0.05%;控制足够的稀土量、提高浇铸温度(≥1300℃)，使熔渣易于上浮，减少夹渣;球化处理后须多次扒渣，以免非金属夹渣物留在铁水中造成夹渣。此外，在浇铸时，减少铁液在空气中停留的时间，以免铁液流在浇铸时产生氧化而生成二次渣的机会。5结论对上述生产中出现的球化不良、石墨漂浮和夹渣三种球铁金相缺陷，通过采取相应地措施，控制各种缺陷的产生，减少废品，提高了球墨铸件的内在质量。球墨铸铁以其优良的性能，在使用中有时可以代替昂贵的铸钢和锻钢，在机械制造工业中得到广泛应用。国际冶金行业过去一直认为球墨铸铁是英国人于1947年发明的。西方某些学者甚至声称，没有现代科技手段，发明球墨铸铁是不可想象的。1981年，我国球铁专家采用现代科学手段，对出土的513件古汉魏铁器进行研究，通过大量的数据断定汉代我国就出现了球状石墨铸铁。有关论文在第18届世界科技史大会上宣读，轰动了国际铸造界和科技史界。国际冶金史专家于1987年对此进行验证后认为：古代中国已经摸索到了用铸铁柔化术制造球墨铸铁的规律，这对世界冶金史作重新分期划代具有重要意义。铸铁件在凝固和以后的冷却过程中要发生体积收缩或膨胀，这种体积变化往往受到外界和铸件各部分之间的约束而不能自由地进行，于是便产生了铸造应力。如果产生应力的原因消除后，铸造应力随之消除，这种应力叫做临时铸造应力。如果产生应力的原因消除后铸造应力仍然存在，这种应力叫做铸造残留应力。铸件在凝固和随后的冷却过程中，由于壁厚不同，冷却条件不同，其各部分的温度和相变程度都会有所不同，因而造成铸件各部分体积变化量不同。如果此时铸造合金已经处于弹性状态，铸件各部分之间便会产生相互制约。铸造残留应力往往是这种由于温度不同和相变程度不同而产生的应力。研究表明，铸造残留应力与铸件冷却过程中各部分的温差及铸造合金的弹性模量成正比。过去很长的时期里，人们认为铸造合金在冷却过程中存在着弹塑性转变温度，并认为铸铁的弹塑性转变温度为400℃左右。基于这种认识，去应力退火的加热温度应是400℃。但是，实践证明这个加热温度并不理想。近期的研究表明，合金材料不存在弹塑性转变温度，即使处于固液共存状态的合金仍具有弹性。为了正确选择去应力退火的加热温度，首先让我们看看铸铁在冷却过程中应力的变化情况。图1是用应力框测定的灰铸铁冷却过程中粗杆内应力的变化曲线。在a点前灰铸铁细杆已凝固完毕，粗杆处于共晶转变期，粗杆石墨化所产生的膨胀受到细杆的阻碍，产生压应力，到达a点时，粗杆的共晶转变结束，应力达到极大值。从a点开始，粗杆冷却速度超过细杆，二者温差逐渐减小，应力随之减小，到达b点时应力降为零。此后由于粗杆的线收缩仍然大于细杆，加上细杆进入共析转变后石墨析出引起的膨胀，粗杆中的应力转变为拉应力。到达c点时粗杆共析转变开始，细杆共析转变结束，两杆温差再次增大，粗杆受到的拉应力减小。到达d点时，粗杆受到的拉应力降为零，粗杆所受到的应力又开始转变为压应力。从e点开始，粗杆的冷却速度再次大于细杆，两杆的温差再次减小，粗杆受到的压应力开始减小。到达f点时，应力再度为零。此时两杆仍然存在温差，粗杆的收缩速度仍然大于细杆，在随后的冷却过程中，粗杆所受到的拉应力继续增大。从上述分析可以看出，灰铸铁在冷却过程中有三次完全卸载（即应力等于零）状态。如果在其最后一次完全卸载（即f点）时，对铸件保温，消除两杆的温差，然后使其缓慢冷却，就会使两杆间的应力降到最小。对灰铸铁冷却过程中的应力测定表明，灰铸铁最后一次完全卸载温度在550～600℃。这与实际生产中灰铸铁的退火温度相近。为了提高去应力退火的实际效果，加热温度最好能达到铸件最后一次完全卸载温度。在低于最后一次完全卸载温度时，加热温度越高，应力消除越充分。但是，加热温度过高，会引起铸件组织发生变化，从而影响铸件的性能。灰铸铁件，加热温度过高，会使共析渗碳体石墨化，使铸件强度和硬度降低。对于白口铸铁件，加热温度过高，也会使共析渗碳体分解，使铸件的硬度和耐磨性大幅度降低。普通灰铸铁去应力退火的加热温度为550℃。当铸铁中含有稳定基体组织的合金元素时，可适当提高去应力退火温度。低合金灰口铸铁为600℃，高合金灰口铸铁可提高到650℃。加热速度一般为60～100℃/h。保温时间可按以下经验公式计算：H＝铸件厚度/25＋H"，式中铸件厚度的单位是毫米，保温时间的单位是小时，H"在2～8范围里选择。形状复杂和要求充分消除应力的铸件应取较大的H"值。随炉冷却速度应控制在30℃/h以下，一般铸件冷至150～200℃出炉，形状复杂的铸件冷至100℃出炉。表1为一些灰铸铁件的去应力退火规范，供参考。网址:www.btjlx.comhttp://www.jlxzz.com/