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1.概述：
復(fù)相球墨鑄鐵磨球是機(jī)電修配廠開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目產(chǎn)品，是原低合金磨球的升級(jí)換代產(chǎn)品。機(jī)電修配廠年產(chǎn)該類磨球量近萬(wàn)噸，在實(shí)際生產(chǎn)中，由于不同種類缺陷的存在，致使磨球在實(shí)際工況條件下應(yīng)用，常出現(xiàn)不耐磨、失圓等影響磨球使用質(zhì)量的不利因素，為此有必要對(duì)各類缺陷作一一分析，并制定相應(yīng)的防止方法，用于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。
2.常見(jiàn)缺陷及特征：
2.1球化不良和球化衰退
球化不良指球化處理未達(dá)到球化等級(jí)要求。球化衰退指澆注后期的磨球球化元素殘留量過(guò)低引起球化不合格。二者缺陷特征相同。
宏觀特征：鑄件斷口為銀灰色上分布芝蔴狀黑色斑點(diǎn)，其數(shù)量多，直徑大，表明程度嚴(yán)重。全部呈暗灰色粗晶粒，表明完全不球化。
金相組織：集中分布大量厚片狀石墨，其數(shù)量越多、面積率增加，表明程度嚴(yán)重，完全不球化者呈片狀石墨。
產(chǎn)生原因：原鐵液含硫高、嚴(yán)重氧化的爐料中含有過(guò)量反球化元素；處理后鐵液殘留鎂和稀土量過(guò)低。鐵液中溶解氧量偏高是球化不良的重要原因。
選用低硫焦炭、低硫金屬爐料，必要時(shí)進(jìn)行脫硫處理，廢鋼除銹，必要時(shí)增加球化劑中稀土元素用量，嚴(yán)格控制球化工藝。
2.2縮孔和縮松
特征和產(chǎn)生原因：縮孔產(chǎn)生于鐵液溫度下降發(fā)生一次收縮階段。如大氣壓把表面疑固薄層壓陷，則呈現(xiàn)表面凹陷及局部熱節(jié)凹陷，否則鐵液中氣體析出至頂部殼中聚集成含氣孔的內(nèi)壁光滑的暗縮孔，也有時(shí)與外界相通形成明縮孔，則內(nèi)表面雖也光滑，但已被氧化。球墨鑄鐵共晶凝固時(shí)間比灰鑄鐵長(zhǎng)，呈粥狀凝固，凝固外殼較薄弱，在二次膨脹時(shí)在石墨化膨脹力作用下使外殼膨脹，松弛了內(nèi)部壓力。因此在第二次收縮過(guò)程中，most后凝固的熱節(jié)部位內(nèi)部壓力低于大氣壓，被樹(shù)枝晶分隔的小溶池處成為真空區(qū)，完全凝固后成為孔壁粗糙，排滿樹(shù)枝晶的疏松孔，即縮松缺陷。肉眼可見(jiàn)的稱為宏觀縮松，它產(chǎn)生于熱節(jié)區(qū)殘余鐵液開(kāi)始大量凝固的早期，包括了殘余鐵液的一次收縮和二次收縮，因而尺寸略大而內(nèi)壁排滿枝晶，呈灰暗疏松孔或蠅腳痕狀黑點(diǎn)。顯微鏡下可見(jiàn)的稱為微觀縮松，它產(chǎn)生于二次收縮末期，共晶團(tuán)或其集團(tuán)間的鐵液在負(fù)壓下得不到補(bǔ)縮凝固收縮而成，常見(jiàn)于厚斷面處。
2.3皮下氣孔
形貌特征：鑄件表皮下2—3mm處均勻或蜂窩狀分布的球形、橢圓球狀或針孔狀內(nèi)壁光滑孔洞，直徑0.5-3mm，可在熱處理和拋丸清理后暴露或機(jī)加工時(shí)發(fā)現(xiàn)，小件中較多。
形成原因：含鎂鐵液表面張力大，易形成氧化膜，阻礙析出氣體和侵入氣體排出，滯留于皮下而形成。形膜溫度隨殘留鎂量增加而提高，加劇其阻礙作用。薄壁(7—20mm)件冷卻快形膜早，易形成此缺陷。氣體來(lái)源主要是降溫過(guò)程中鐵液析出的鎂蒸氣，在充型過(guò)程中鐵液翻滾促其上浮。鐵液中的鎂與型砂水分反應(yīng)，鎂作為觸媒促進(jìn)碳與型砂水分反應(yīng)，鎂使活性增大的鐵與水分反應(yīng)，水和鎂、碳化物反應(yīng)產(chǎn)生乙炔分解都可能產(chǎn)生氫氣。此外潮濕銹蝕爐料、潮濕硅鐵和中間合金、沖天爐高溫度鼓風(fēng)都可帶入氫氣，微量Al(0.02%-0.03%)可顯著增加皮下氣孔，中錳球墨鑄鐵含氮較多，某些砂芯樹(shù)脂粘結(jié)劑含氮較多，上述各因素可促進(jìn)此缺陷形成。球墨鑄鐵糊狀凝固特點(diǎn)使氣體通道較早被堵塞，也促其形成。
2.4應(yīng)力變形和裂紋
形成原因和形貌特征：鑄件冷卻過(guò)程中收縮應(yīng)力、熱應(yīng)力、相變應(yīng)力的代數(shù)和即鑄造應(yīng)力超過(guò)該斷面金屬抗斷裂能力則形成裂紋。在高溫下(1150一1000℃)形成熱裂，呈暗褐色不平整斷口。在600℃以下彈性范圍內(nèi)出現(xiàn)冷裂，呈淺褐色光滑平直斷口。在600℃以上鑄造應(yīng)力超過(guò)屈服極限時(shí)可產(chǎn)生塑性變形。當(dāng)球墨鑄鐵成分正常時(shí)不易熱裂。
影響因素：增大白口傾向的因素，如碳硅含量低、碳化物形成元素增加、孕育不足、冷卻過(guò)快等都可增加鑄造應(yīng)力和冷裂傾向。磷使冷裂傾向增加，P>0.25還能引起熱裂，鑄件壁厚差別大、形狀復(fù)雜，易產(chǎn)生變形和裂紋。
2.5夾渣
形貌特征：分布于鑄件澆注位置上表面、型芯的下面及鑄件死角處，破斷面上顯現(xiàn)暗黑色無(wú)光澤深淺不一的夾雜物，斷續(xù)分布。金相觀察可見(jiàn)條狀、塊狀?yuàn)A雜物，鄰近的石墨可呈片狀或球狀。磁粉探傷時(shí)磁痕呈條狀分布，條紋多而粗、堆積密表明夾渣嚴(yán)重。電子探針?lè)治霰砻鲓A渣含Mg，Si、O、S、C、A1等，是由硅酸鎂、氧硫化合物、鎂尖晶石等組成。
形成過(guò)程：球化處理時(shí)Mg，RE與鐵液中O、S反應(yīng)形成渣。當(dāng)鐵液溫度低、稀渣劑效果不佳、渣上浮不充分或扒渣不凈而殘留于鐵液中，此為一次渣．鐵液在運(yùn)輸、倒包、澆注，充型翻滾時(shí)氧化膜破碎并被卷入鑄型，在型內(nèi)上浮吸附硫化物聚集于上表面或死角處，此為二次渣。一般以二次渣為主。
3.防止措施
3.1球化衰退原因及防止措施
高硫低溫氧化嚴(yán)重的鐵液經(jīng)球化處理后形成的硫化物、氧化物夾渣未充分上浮，扒渣不充分，鐵液覆蓋不好，空氣中的氧通過(guò)渣層或直接進(jìn)入鐵液使有效的球化元素氧化，并使活性氧增加是使球化衰退的重要原因。渣中的硫也可重新進(jìn)入鐵液消耗其中的球化元素，鐵液在運(yùn)輸、攪拌、倒包過(guò)程中鎂聚集上浮逸出被氧化，因此使有效殘留球化元素減少造成球化衰退。此外孕育衰退也使石墨球數(shù)減少而導(dǎo)致石墨形態(tài)惡化。造成球化不良的上述因素也加快球化衰退。
應(yīng)盡量降低原鐵液含硫、含氧量，適當(dāng)控制溫度。可添加稀渣劑使渣充分上浮并充分扒渣，扒凈渣后加草灰、冰晶石粉、石墨粉或其它覆蓋劑以隔離空氣。加包蓋或采用密封式澆注包，采用氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)可有效地防止球化衰退。應(yīng)加快澆注，盡量減少倒包、運(yùn)輸及停留時(shí)間。采用釔基重稀土鎂球化劑，其衰退時(shí)間可延長(zhǎng)1.5—2倍，輕稀土鎂球化劑衰退時(shí)間也略長(zhǎng)于鎂球化劑。必要時(shí)也可適當(dāng)增加球化劑添加量。由于孕育衰退引起的石墨形態(tài)惡化，補(bǔ)充孕育后可改善。
3.2縮孔縮松影響因素及預(yù)防措施
碳當(dāng)量低增加縮孔縮松傾向。磷共晶削弱凝固外殼強(qiáng)度，三元磷共晶減少石墨化膨脹，因此含磷量高顯著增大縮松傾向。鉬增加碳化物穩(wěn)定性，尤其在高磷條件下易形成碳化物—磷共晶復(fù)合物，更增加縮松、縮孔傾向。殘留鎂量過(guò)高增大縮松、縮孔傾向，適量殘留稀土量可減少縮松，過(guò)高也增大二者傾向。因此應(yīng)提高鐵液碳當(dāng)量，降低磷含量、在保證球化條件下盡量降低稀土鎂殘留量，并合理使用鉬。提高鑄型剛度，如高壓造型，樹(shù)臘砂型，金屬型覆砂可減少縮孔縮松，同時(shí)提高鐵液碳當(dāng)量，適當(dāng)降低澆注溫度，采用薄而寬的內(nèi)澆道使其在二次膨脹前凝固封閉，利用石墨化膨脹補(bǔ)償鐵液液態(tài)收縮和凝固收縮，可以消除縮孔縮松。
3.3皮下氣孔預(yù)防措施：澆注溫度不得低于1300℃。殘留鎂量高時(shí)，還應(yīng)相應(yīng)提高澆注溫度；在保證球化條件下盡量降低殘留鎂量，適當(dāng)使用稀土；采用開(kāi)放式多流道澆注系統(tǒng)，使鐵液平穩(wěn)流入型腔，避免在型腔內(nèi)翻動(dòng)，控制型砂水分≤4．5%一s．5%，配入煤粉8%一15%可燃燒成CO抑制水氣與鎂反應(yīng)形成H2(鑄型表面噴涂錠子油也可起同樣作用)；鑄型表面撤冰晶石粉，高溫下與水汽反應(yīng)形成HF氣體保護(hù)鐵液免受反應(yīng)，控制鐵液含鋁量低。嚴(yán)格控制爐料干燥少銹，沖天爐除濕送風(fēng)，減少鐵液中氣體，采用少氮或無(wú)氮樹(shù)脂砂等。
3.4應(yīng)力變形和裂紋防止措施：適當(dāng)提高碳當(dāng)量、降低含磷量、加強(qiáng)孕育及必要的鑄型工藝措施。
3.5夾渣影響因素及預(yù)防措施：形成一次夾渣的重要原因是原鐵液含硫量高，氧化嚴(yán)重。根本預(yù)防措施是降低原鐵液硫、氧含量，提高溫度。生成二次渣的主要原因是殘留鎂量過(guò)高，提高了氧化膜形成溫度。主要措施是在保證球化條件下盡量降低殘留鎂量(中小件不超過(guò)0.055%)，加入適量稀土可降低形膜溫度；球化處理時(shí)加0.16%冰晶石，處理后表面再撒入0.3％，用以稀渣并生成A1F3氣體和MgF2膜以減少二次氧化。這種方法主要用于防止大件的夾渣，澆注溫度不得低于1300℃ ，使得澆注溫度高于形膜溫度，可防止二次渣形成。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)使充型平穩(wěn)，易出現(xiàn)夾砂部位設(shè)置排渣冒口。安設(shè)過(guò)濾網(wǎng)可阻止一次渣進(jìn)入型腔。
