球墨铸铁的凝固特性和铸件冒口的设置

球磨铸铁浇冒口设计的关键第一部分浇流道系统设计1.0浇流道系统设计1.1要求快速浇铸：使充型过程中温度损失最小使冶金学性能衰减最小使氧化物最少清洁浇铸：避免浇铸过程中产生炉渣（浮渣）设计的经济性：使铸件产量最大化1.2关键组成：所示的所有组成部分要求炉渣缺陷最小化1.3规划考虑设计基本设计：优化对铸件的空间利用；冒口设计方法的选择；设置分型面以最小化对模芯的需求；铸件设置在上模中；平稳填充；简单对称的设计系统；同一铸件使用相同的浇冒口；可能的话，在多个铸件上使用一个冒口；在分型面上给浇冒口系统留下足够的空间；具体设计如下：1.4阻流阀的作用定义：阻流阀是浇道系统中一块横截面积，它决定充型时间有两个正确的位置设置阻流阀，因此有两个基本的浇道系统：在简单的浇注系统中，1）阻流阀位于流道和浇口的连接处。

2）阻流阀位于直浇道与横浇道的连接处。

1.5 选择浇流系统类型在浇口-横浇道系统中，铸件分别被一个或多个阻流阀或浇口阻挡。

在直浇道-横浇道系统中，很可能几个铸件共用一个阻流阀。

使用直浇道-横浇道系统在一个模具里生产大量小型件，这是不切实际的对每个铸件分别设置阻流阀（阻流阀尺寸非常小），极大的依赖于模具技术及浇注温度大部分情况下是使用浇口-横浇道系统浇口-横浇道系统与直浇道-横浇道系统特点的结合形成混合系统。

这通常用在要求运输铁水到复杂的铸件型腔的流道系统中。

1.6摩擦并非直浇道顶部所有铁水的潜能都可以转换为铸造型腔中的机械能随着铁水与型腔内壁的撞击和铁水之间的撞击，一些潜能损失在摩擦上由于摩擦造成的损失，延长了模型填充时间，必须考虑何时计算阻流阀截面积和浇铸时间。

选择fr，摩擦损失因子，作为能量损失的估计值对于薄壁平板：fr—0.2对于厚重立方体：fr---0.81.7浇铸时间尽可能快的符合人们的能力及生产例程推荐的浇注时间：非常近似的指导，铸件质量+冒口质量1.8阻流阀的横截面积对总的浇铸质量选择最快的实际浇铸时间（t,sec.）选择合适的fr值确定总的浇铸体积/阻气阀（V）V是所有铸件及冒口，特定阻流阀的下游之和体积=质量/密度液态铸铁，密度=0.25磅/立方英尺或0.007KG/cm3Determine effective ferrostatic head in sprue (H.)确定铸件在上模中的高度（b.）根据Torricelli，铁水在阻流阀的流速当铸件完全处在下模，当铸件完全位于上模，当铸件位于上模和下模中，可以从下面的图谱中，选择合适的Ac图谱数据基于平均上模高度（依铸造不同而变化）。

球墨铸铁的凝固特性和铸件冒口的设置中国铸造协会李传栻一般说来，球墨铸铁件产生缩孔、缩松的倾向比灰铸铁件大得多，防止收缩缺陷往往是工艺设计中十分棘手的问题。

在这方面，从实际生产中总结出来的经验很不一致，各有自己的见解：有人认为应该遵循顺序凝固的原则，在最后凝固的部位放置大冒口，以补充铸件在凝固过程中产生的体积收缩；有人认为球墨铸铁件只需要采用小冒口，有时不用冒口也能生产出健全的铸件。

要在确保铸件质量的条件下最大限度地提高工艺出品率，仅仅依靠控制铸铁的化学成分是不够的，必须在了解球墨铸铁凝固特性的基础上，切实控制铸铁熔炼、球化处理、孕育处理和浇注作业的全过程，而且要有效地控制铸型的刚度。

一、球墨铸铁的凝固特性实际生产中采用的球墨铸铁，大多数都接近共晶成分。

厚壁铸件采用亚共晶成分，薄壁铸件采用过共晶成分，但偏离共晶成分都不远。

共晶成分、过共晶成分的球墨铸铁，共晶凝固时都是先自液相中析出小石墨球。

即使是亚共晶成分的球墨铸铁，由于球化处理和孕育处理后铁液的过冷度增大，也会在远高于平衡共晶转变温度的温度下先析出小石墨球。

第一批小石墨球在1300℃甚至更高的温度下就已形成。

在此后的凝固过程中，随着温度的降低，首批小石墨球有的长大，有的再次溶入铁液，同时也会有新的石墨球析出。

石墨球的析出和长大是在一个很宽的温度范围内进行的。

石墨球长大时，其周围的铁液中碳含量降低，就会在石墨球的周围形成包围石墨球的奥氏体外壳。

奥氏体外壳形成的时间与铸件在铸型中的冷却速率有关：冷却速率高，铁液中的碳来不及扩散均匀，形成奥氏体外壳就较早；冷却速率低，有利于铁液中的碳扩散均匀，奥氏体外壳的形成就较晚。

奥氏体外壳形成以前，石墨球直接与碳含量高的铁液直接接触，铁液中的碳易于向石墨球扩散，使石墨球长大。

奥氏体外壳形成后，铁液中的碳向石墨球的扩散受阻，石墨球的长大速度急剧下降。

由于自铁液中析出石墨时释放的结晶潜热多，约3600 J/g，自铁液中析出奥氏体时释放的结晶潜热少，约200 J/g，在石墨球周围形成奥氏体外壳、石墨球的长大受阻，就会使结晶潜热的释放显著减缓。

球墨铸铁冷铁应用原则
球墨铸铁冷铁的应用原则主要包括以下几点：
与冒口配合使用，形成人为末端区，扩大冒口作用区域，减少冒口的体积，提高工艺出品率。

在铸件壁厚变化较大的部位设置冷铁，使凝固速度趋于均一，消除局部的热应力，减少裂纹的出现。

提高冷铁附近的冷速，细化周围晶粒，改善基体组织与性能。

此外，冷铁按照放置位置可以分为外冷铁和内冷铁。

外冷铁放置在铸件表面或铸型之中，与铸件直接或间接接触，常用的材料有铸钢、铸铁、石墨、铜和碳化硅等。

外冷铁依照与铸件之间的介质不同可以分为无气隙外冷铁、有气隙外冷铁和间接外冷铁。

间接外冷铁与铸件有挂砂相隔，一般用于较厚的铸件，避免因直接与冷铁接触而产生皱皮或裂纹。

内冷铁放置在型腔内，形状有块状、棒状和螺旋状几种类型，一般采用铸件本体材料。

根据内冷铁表层与钢液的熔融情况，可分为熔合内冷铁和不熔合内冷铁，熔合内冷铁温升高于合金固相线温度，不熔合内冷铁温升小于或等于固相线温度。

球墨铸铁浇口和冒口的应用罗通 全国铸造委员会消失模与V法铸造技术委员会浇注系统的基本功能跟冒口系统是根本的区别。

前者的目的是让铁水充满型腔，而同时把渣撇掉。

冒口系统的目的是提供无缺陷的铸件没改缺陷可能是由于石墨铸铁进行凝固与冷却时期产生的体积变化而引起的。

1.在有些时候，浇注系统能引起冒口的作用。

（即能补偿冷却期间的体积变化）。

2.内浇道位置影响着刚浇完的铸件内部的温度分布。

温度分布又影响着凝固与冷却的型式。

3.假如设计要求冒口保持液体的时间尽可能的长，那么最好是把铁水引入冒口并经过冒口（热冒口）充满整个型腔。

（1）.冒口和铸件的连接处能更长时间的保持液态。

（2）.冒口得到的最热的铁水，这样的设计通常是限于侧冒口，另一方面，中大型铸件上的顶冒口也由于热流水输送到顶部，而把较冷的铁水输送到底部（3）. 内浇道总的横截面面积通常是控制浇注期间的温度损失。

4.冒口也受到影响，因为浇注完了的液体温度比起浇注温度本身更为重要地影响到冒口系统的设置。

冒口位置影响浇口设计，尤其是在通过冒口（热的）引入铁水时更是这样。

消失模最常见的错误时省去内浇道而直接把铁水引入铸件或冒口，即使将横浇道通到铸件或冒口处的横截面面积减少，应该强烈反对这样的实践。

推荐两种做的理由是在横浇道中的铁水要直流，而且在经过内浇道时也要这样流，由于弯曲而引起紊流，这就很容易造成一些初期的含渣较多的铁水进入内浇道。

横浇道末端下部设置一个凹坑，此方案是很好的经验，当没有足够的地方供横浇道延长时尤为优越.内浇道之间的距离越大,(放在横浇道下的内浇道)以及横浇道顶部越高, 则该系统越安全,因渣子的比重比铁水小并倾向于上浮, 在冲型初期的紊流.115内浇道应是薄而宽, 厚宽比为1;4,为防止浇注期间内浇道凝固, 要使拨模斜度尽可小.横浇道应是高而窄. 高与宽比约为2;1.两个薄且窄的内浇道比既厚又宽的内浇道为好,内浇道长度可按布置要求设计, 它们输送是无渣的铁水,当然形状弯曲的布置也是允许的, 设计内浇道长度等于其宽度.当浇注系统被充满直浇道中的渣粒向下移动而进入铸件内的唯一可能性，措施是直浇道与第一个内浇道之间的距离尽可能大,(但这不是靠减少最后一个内浇道到横浇道末端的长度来实现) 假如位置是足够, 该距离等于横浇道的延长距离。

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感谢支持！正文：就一般而言我们的球墨铸铁铸件技术要求具有以下内容：球墨铸铁铸件技术要求一、引言球墨铸铁，作为一种高性能的铸造材料，因其优良的机械性能、耐磨性、耐腐蚀性和铸造性能而被广泛应用于机械、汽车、建筑等领域。

为了确保球墨铸铁铸件的质量，满足各类工程需求，制定严格的技术要求显得尤为重要。

本文将对球墨铸铁铸件的技术要求进行详细介绍。

二、原材料要求铸铁材料：球墨铸铁铸件应采用优质的铸铁材料，其化学成分应符合相关标准，特别是碳、硅、锰、磷、硫等元素的含量应严格控制。

球化剂：球化剂是球墨铸铁生产中的关键材料，其质量和添加量直接影响铸件的球化率。

常用的球化剂有镁、稀土等元素，其纯度和活性应满足生产要求。

三、铸造工艺要求熔炼：熔炼过程应严格控制熔炼温度和熔炼时间，确保铁水的纯净度和化学成分的稳定。

同时，应采用合适的熔炼设备和工具，减少铁水的氧化和吸气。

球化处理：球化处理是球墨铸铁生产的核心环节，应确保球化剂的充分熔解和均匀分布。

常用的球化处理方法有冲入法、喂丝法等，应根据实际情况选择合适的处理方法。

浇注：浇注过程应严格控制浇注温度和浇注速度，避免铸件产生缩孔、缩松等缺陷。

同时，应选择合适的浇注系统和冒口设计，确保铸件充型完整和凝固顺序合理。

四、热处理要求正火处理：正火处理可以消除铸件内部的残余应力和改善铸件的组织结构，提高铸件的机械性能。

正火处理应选择合适的加热温度和保温时间，并严格控制冷却速度。

回火处理：回火处理可以降低铸件的硬度和脆性，提高铸件的韧性和塑性。

球铁铸件缩孔、缩松的成因与防止球铁铸件缩孔、缩松的成因与防止摘要：球墨铸铁大多数是共晶或过共晶成分，其糊状凝固方式使铸件外壳没有抵抗石墨化膨胀能力，因而铸型产生型壁迁移，增大铸件体积，极易产生内部缩孔、缩松。

球墨铸铁凝固时，在枝晶和共晶团间的最后凝固区域，收缩的体积得不到完全补充，留下的空洞形成宏观及微观缩松。

La 有助于消除缩松倾向。

分析缩孔缩松形成原因并提出相应的防止办法，有助于减少由此产生的废品损失。

关键词：球墨铸铁、收缩、缩孔、缩松1 前言1.1 缺陷形成原因球墨铸铁生产技术日臻完善，多年技术服务的实践表明，生产中出现的铸造缺陷，完全可以用成熟的经验予以消除。

据介绍：工业发达国家的铸造废品率可以控制在1%以下[1]，国内先进水平也在2%左右，提高企业铸造技术水平，对减少废品十分重要。

1。

显微缩松显微镜观察微细连续缺失空间多角形疏松枝晶间、共晶团边界间众所周知，灰铸铁是逐层凝固方式，球墨铸铁是糊状凝固方式。

逐层凝固可以使铸件凝固时形成一个坚实的封闭外壳，铸件全封闭外壳的体积收缩可以减小壳体内的缩孔容积。

糊状凝固的特点是金属凝固时晶粒在金属液内部整个容积内形核、生长，固相与液相混合存在有如粥糊。

大多数球墨铸铁是共晶或过共晶成分，其糊状凝固方式使铸件外壳没有抵抗石墨化膨胀的能力，铸型产生型壁迁移，增大铸件体积，极易产生内部缩孔、缩松缺陷。

铸型冷却能力强，有利于铸件的容积凝固转变成逐层凝固，使铸件的分散缩松转变成集中缩孔。

然而，批量生产中湿砂型铸造很难被金属型或干砂型取代。

球墨铸铁凝固有以下三个特点，决定球墨铸铁是糊状凝固方式：①球化和孕育处理显著增加异质核心，核心存在于整个熔体，有利于全截面同时结晶。

②石墨球在奥氏体壳包围下生长，生长速度慢，延缓铸件表层形成坚实外壳；而片状石墨的端部始终与铁液接触，生长速度快，凝固时间短，促使灰铁铸件快速形成坚实外壳。

③球墨铸铁比灰铸铁导热率小 20%-30%，散热慢，外壳生长速度降低[3]。

球墨铸铁件实现无冒口铸造的条件由球墨铸铁的凝固特点认为球铁件易于出现缩孔缩松缺陷，因而其实现无冒口铸造较为困难。

阐述了实现球铁件无冒口铸造工艺所应具备的铁液成份、浇注温度、冷铁工艺、铸型强度和刚度、孕育处理、铁液过滤和铸件模数等条件，用大模数铸件和小模数铸件铸造工艺实例佐证了自己的观点。

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。

考虑铸型强度的球墨铸铁件冒口设计方法1 引言球墨铸铁件在凝固过程中的共晶石墨析出会产生膨胀力，又因为糊状凝固特性导致铸件在凝固初期难以形成坚硬外壳[1~4]，此时凝固产生的膨胀压力便会作用于铸型。

当铸型强度不够好时，会产生胀型，使铸件收缩增大，当铸型强度比较好时，膨胀压力作用于铸件本身实现自补缩，收缩量减小，因此球墨铸铁件的冒口设计不同于铸钢件，需要综合考虑铸型强度、铸件结构等多种复杂因素[5,6]；并且目前球墨铸铁件结构越来越复杂，铸件热节分析比较困难，冒口的位置难以确定，因此设计复杂球墨铸铁件的冒口比较困难。

目前应用于球墨铸铁件的冒口设计方法主要有收缩模数法[7]、实用冒口法[8]和通用冒口法。

基于几何的冒口优化方法[9~14]，虽然能对冒口大小设计进行优化，但没有考虑合金材质，对球墨铸铁件不一定适用。

收缩模数法设计冒口的原理是均衡凝固技术，将铸件作为一个整体，由于每个部分的凝固速度都不一样，发生收缩和体积膨胀的时间也不相同，通过将所有单元在同一个时刻的收缩和体积膨胀叠加，可以得到整个铸件体积随时间的变化规律，将收缩和膨胀动态叠加和为零时，对应的时间为收缩时间，该时间对应的模数称为铸件收缩模数，在此时间之后，收缩和膨胀动态叠加和大于零，因此，冒口设计充分利用自补缩效果，仅提供收缩时间之前的液态收缩量。

球墨铸铁整个凝固过程中体积随温度变化可以分为液态收缩、体积膨胀、二次收缩三个部分。

在铸型强度比较好时，冒口颈如果在体积膨胀阶段凝固，铸件便可以利用自身的体积膨胀来抵消后期的二次收缩，充分利用石墨析出产生的膨胀压力，从而实现自补缩效果；而在铸型强度比较差时，需要冒口释放一定的膨胀压力，冒口颈凝固稍晚。

模数法计算冒口时只考虑铸件模数，这种方法可以应用于铸钢件、铸铁件等，但这种方法没有考虑球墨铸铁的自补缩作用，对于铸型强度条件好的球墨铸铁，采用这种方法设计的冒口偏大，会造成材料浪费，导致工艺出品率低。