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技术应用

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
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2.8%~3.2%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。硫能削弱孕育剂的石墨化作用,因此常将硫限制在0.12%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。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0.15%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0.3%~0.5%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,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 
三则,孕育剂不可草率加入,要讲究方法。
四则,孕育剂的粒度 
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。


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