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灰铸铁缺陷产生的原因分析及预防措施.doc

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灰铸铁缺陷产生的原因分析及预防措施.doc

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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。
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,%~%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,%~%左右,%~%,%~%。
硫能削弱孕育剂的石墨化作用,%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,%以下,但有些机床灰铸铁件(常由孕育铸铁制造)需要耐磨,%~%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%、%~%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
序号
缺陷名称
特征及发现发方法
原因分析
防止方法
1
气孔
筛状气孔:比较均匀地分布于铸件的整个或大部分断面上
皮下气孔:离铸件表面1~3mm处,出现密布的细小气孔
用外观检查,机械加工,抛丸清理或磁力探伤可发现
当铁液中,气含量较多,并且浇注温度过低,析出的气体来不及上浮和逸出铸件时产生
,或锈蚀严重,表面油脂物多
。硅可减少氧在铸铁中的含量,却可增加氢的含量,故高硅铸铁易出现氢气孔。炉料中含有铝或氧化铝时,也易产生针孔
。对锈蚀严重或表面油脂物多的炉料,要经过清理或处理后,方可使用
,应经重熔再生后,方可使用
,以便去气



、前炉和铁液包均需烘干
,要避免断流

,必须点火引气
2
成分、组织及性能不合格
材质太硬或太软
铸件断面的宏观组织和微观组织不符合标准或技术条件
用断面观察,化学分析,金相检验,硬度试验等可以发现
,使材质偏硬,碳硅当量偏高时,则偏软


,并防止操作时窜料


3
缩松
在铸件内部有许多分散小缩孔,其表面粗糙,水压试验时渗水
用机械加工或磁力探伤可以发现
,使凝固区间扩大;同时,低熔点磷共晶体在最后凝固时,得不到补足,造成显微缩孔。尤其对于高牌号铸铁(碳含量较低),体收缩率较大,更应注意
,使需要补缩的部位来不及补充足够的铁液
%d以下,并控制铁液化学成分稳定
,适当慢浇,以利充分补缩
4
缩孔
在铸件热节处产生形状不规则,表面粗糙的集中孔洞
,铁液化学成分不符合技术要求,尤其是高牌号低碳铸铁
,增加了液体收缩值
。尽量使低,%以下

用外观检查,机械加工或磁力探伤可以发现
,可在冒口处补浇铁液

5
热裂
裂纹处,带有暗色或几乎是黑色的氧化表面
用外观检查,透光法,磁力探伤,打压试验,煤油渗透等方法发现
,使固体收缩值较大,如碳低,硫高。
,降低了高温强度(因为热裂产生在凝固将近结束时,主要在铸件热节处收缩受机械阻碍而产生)
,尽量使原铁液中硫含量低
,避免熔渣进人型腔
6
冷裂
裂纹处,较干净或略带暗红色轻微的氧化表面
,使固体收缩值较大


发现方法与热裂相同
,增加了脆性,从而降低铸铁的抗拉强度(因为冷裂产生在铸件冷却以后,主要在铸件厚、薄交界的应力集中处,由于热应力而产生)
%以下
7
渣眼
在铸件外部或内部的孔穴中有熔渣
用外观检查,机械加工或磁力探伤可以发现
,浇注时,又未注意挡渣
,由于断流而带人的熔渣
,并在铁液包内加入少量干砂,以利聚渣撇除。用苏打去硫时,应加石灰(或草灰)聚渣,以免硫重新转入铁液

,注意挡渣,并不发生断流