提高球铁石墨球化率和圆整度的三大关键

[优质文档]球墨铸铁中石墨的球化率及球化级别球墨铸铁中石墨的球化率及球化级别球化率及球化级别按照 GB/T9441-1988《球墨铸铁金相检验》评定，该标准将球化级别分为 6 级。

首先观察整个受检面，之后，从最差的区域开始，连续观察5 个视场，以其中 3 个最差视场的多数对照级别图谱评定。

提高球化率的关键是球化处理和孕育处理。

球化处理方法:采用稀土镁合金的凹坑冲入法，简单易行，但烟尘较大。

采用低稀土镁合金盖包处理，镁的收得率可达 50%以上，且可解决烟尘问题。

孕育处理可采用二次或三次孕育，球化包内孕育剂可用 75 硅铁，浇包内可加抗衰退(例如含钡)孕育剂。

倘有必要，再用随流孕育或型内孕育。

5 级球化和6 级球化的石墨都是以蠕虫状石墨为主， 5 级球化是蠕虫状石墨呈分散分布;6 级球化是蠕虫状石墨呈聚集分布。

两者主要区别如下:(1) 宏观组织聚集分布时，断口上出现稀疏的小黑点，蠕虫状石墨聚集程度增加时，黑点增大，数量也随之增加和密集;蠕虫状石墨分散分布时，其数量较聚集分布为少，断口不会出现小黑点。

(2) 微观特征蠕虫状石墨分散分布时，其长宽比较小，呈短而粗的棒状，端部圆钝，常与团状共存。

4,5 条蠕虫状石墨丛集一处者，称为聚集分布，此时蠕虫状石墨弯曲、扭转的趋势增加。

观察三维形貌，聚集分布的几条蠕虫状石墨往往是同一蠕虫状石墨的不同分枝，这种结构，比表面积较大，分枝与分枝间的距离较近，有利于碳的扩散，故铸态或热处理后，聚集分布的蠕虫状石墨周围容易形成铁素体。

(3) 化学成分蠕虫状石墨聚集分布时，宏观化学成分中残留镁量和稀土量都较低，含硅量较高。

图号: 图号:光学放大倍数:100× 光学放大倍数:100×浸蚀剂:未侵蚀浸蚀剂:未侵蚀材料及状态:球墨铸铁材料及状态:球墨铸铁处理:铸态处理:铸态组织及说明:图中石墨大部分呈球状，余为团组织及说明:图中石墨呈球状，少数团状，球状和极少量团絮状，球化率为 90%,,95%，化率为?95%，球化级别为 1 级。

生产球墨铸铁，6包次球化都不合格！用了这种方法，缺陷率直降10%！两个月前，老铁收到了一个老板的紧急求助。

车间夜班班组采用喂丝球化工艺生产铸件，结果同一炉次，6包次球化都不合格，铸件断口处总出现小黑点，一直以为是包芯线的问题，但由于其它炉次，用的都是同样参数，都没问题，所以也不敢贸然下定论。

问老铁有没有什么可靠的方法，检测一下包芯线中Mg含量、MgO含量，重新调整一下参数。

经过近1个小时沟通，老铁了解到，该工厂并非偶尔一次出现这样的情况，平日生产过程中，球化不良、球化衰退的现象经常出现，甚至跟生产同类型铸件、同规模的铸造厂比，该工厂铸件缺陷率高出约10%。

让老板更着急的是，每一次出了缺陷后，都得各种检测，超声波、金相、球化剂......但每次问题都不一样，每一次缺陷，都要周而复始折腾一遍。

铸件成本高了不说，光是耽误的时间和工期够让人上火的。

不知道喝了多少酒、陪了多少笑脸才接下的订单，结果总是因为不知道哪块的小差错，结果厂子也没挣上钱，工人也没挣上钱。

听了老板描述的具体操作方法，老铁一时间也找不出问题所在。

于是赠予了老板一份关于球化操作方法与细节的资料一份，结果就在20多天前，老板找到我说：缺陷率降了很多，现在已经可以达到常规水准，还给老铁发了红包表示感谢。

跟老板一起做了次复盘，发现之前球化做不好的问题，主要有这2点。

1、基础知识不扎实。

铸造厂原辅材料使用多元，成分复杂，工人对其原理基础薄弱，再加上检测不到位，原料与球化剂中的成分常常发生反应，造成铸件缺陷。

2、操作参数不懂应变。

如何根据壁件薄厚选用相应球化剂，不同材质铸件怎么选球化方法，以及具体的球化方法中温度、时间、镁含量等怎么控制，不会差异化操作。

而这份资料，不但从金相上解释了球铁中基体组织、检测图谱等相关的基础知识，还把目前市面上常见的三明治球化法、三明治加盖球化法及喂丝球化法的应用范围、优劣势及详细操作方法及参数均做了详细说明，对于工人基础薄弱的铸造厂，具有非常明确的指导意义。

生产厚大断面球磨铸铁的关键控制点1 如何防止厚大断面球铁的石墨畸变和球化衰退石墨形态是影响球铁铸件性能的关键性因素，厚大断面球铁件断面厚、热节多、凝固时间长，极易发生石墨畸变，一般有以下几种石墨形态：不规则的球状石墨、团絮状石墨、片状石墨、蠕虫状石墨、开花状石墨、碎块状石墨。

球化衰退也就是绝大数石墨成球失败，出现求化衰退的原因是镁量和稀土随着铁液停置时间的延长而发生衰减。

镁和稀土与氧的亲和力大于与硫的亲合力，所以浮在铁液表面的 MgS、Ce 2 S 3 夹杂物与空气中的氧反应生成S，S 与 Mg 和 Ce 反应消耗镁量和稀土，出现回硫现象，使铁液中球化元素的残留量低于石墨化所需的临界值时而产生球化级别严重下降。

减少球化衰退的措施有以下几点：1）通过合理的生产组织安排，缩短铁液停置时间；2）降低原铁液含硫量（＜0.012%）；3）转运铁水过程中合理覆盖液面；4）适当增加球化剂加入比例。

开花状石墨是厚大断面球墨铸铁中最常见的畸变石墨，开花状石墨恶化了铸件上表面的质量和力学性性，增加了铸件装机后运转的风险。

开花状石墨的形成机理如下：共晶前期形成的石墨球在浮力作用下向上漂浮，聚集在铸件的上表面形成开花石墨。

当石墨的固-液界面前沿存在过量的Ce、Mg 的不均匀吸附时，破坏规则分支的生长，使石墨分支的基面生长速度远大于石墨分支柱面的生长速度，造成石墨在过冷区发生不均匀的包状分叉，导致开花石墨形成。

厚大铸件的上表面往往 RE、Mg 偏高，容易提供漂浮的生长环境。

开花状石墨与碳当量和铁液的冷却速度有关，还与浇注温度有关。

碳当量越高、铁液冷却速度越慢、浇注温度越高石墨漂浮开花的可能性就越大；中小型铸件的碳当量4.3%-4.7%，但是对于厚大断面的球铁碳当量控制在4.3%-4.4%，浇注温度在不影响铁水流动性的条件下尽可能低，一般在1300℃-1360℃为宜；控制碳硅与残余稀土的含量以及提高冷却速度可以减少漂浮石墨形成。

1缩孔缩松1.1影响因素(1)碳当量：提高碳量，增大了石墨化膨胀，可减少缩孔缩松。

此外，提高碳当量还可提高球铁的流动性，有利于补缩。

生产优质铸件的经验公式为Ｃ%+1/7Ｓｉ%>3 9%。

但提高碳当量时，不应使铸件产生石墨漂浮等其他缺陷。

(2)磷：铁液中含磷量偏高，使凝固范围扩大，同时低熔点磷共晶在最后凝固时得不到补给，以及使铸件外壳变弱，因此有增大缩孔、缩松产生的倾向。

一般工厂控制含磷量小于0 08%。

(3)稀土和镁：稀土残余量过高会恶化石墨形状，降低球化率，因此稀土含量不宜太高。

而镁又是一个强烈稳定碳化物的元素，阻碍石墨化。

由此可见，残余镁量及残余稀土量会增加球铁的白口倾向，使石墨膨胀减小，故当它们的含量较高时，亦会增加缩孔、缩松倾向。

(4)壁厚：当铸件表面形成硬壳以后，内部的金属液温度越高，液态收缩就越大，则缩孔、缩松的容积不仅绝对值增加，其相对值也增加。

另外，若壁厚变化太突然，孤立的厚断面得不到补缩，使产生缩孔缩松倾向增大。

(5)温度：浇注温度高，有利于补缩，但太高会增加液态收缩量，对消除缩孔、缩松不利，所以应根据具体情况合理选择浇注温度，一般以1300～1350℃为宜。

(6)砂型的紧实度：若砂型的紧实度太低或不均匀，以致浇注后在金属静压力或膨胀力的作用下，产生型腔扩大的现象，致使原来的金属不够补缩而导致铸件产生缩孔缩松。

(7)浇冒口及冷铁：若浇注系统、冒口和冷铁设置不当，不能保证金属液顺序凝固；另外，冒口的数量、大小以及与铸件的连接当否，将影响冒口的补缩效果。

1.2防止措施(1)控制铁液成分：保持较高的碳当量(>3 9%)；尽量降低磷含量(<0 08%)；降低残留镁量(<0 07%)；采用稀土镁合金来处理，稀土氧化物残余量控制在0 02%～0 04%。

(2)工艺设计要确保铸件在凝固中能从冒口不断地补充高温金属液，冒口的尺寸和数量要适当，力求做到顺序凝固。

(3)必要时采用冷铁与补贴来改变铸件的温度分布，以利于顺序凝固。

球铁中球化剂中稀土的作用球铁中球化剂是一种常用的冶金辅助剂，它能够促进球铁中的球化作用，提高球铁的力学性能和加工性能。

而稀土作为球化剂中的关键成分，发挥着重要的作用。

下面将从稀土的角度来探讨球化剂中稀土的作用。

稀土能够提供良好的球化效果。

球化剂中的稀土元素主要是镧、铈、钐、镨等，它们具有良好的球化效果。

在球化过程中，稀土元素能够与球化剂中的其他成分共同作用，形成稀土化合物，使球化剂的活性得到提高。

这些稀土化合物在高温下能够迅速分解，释放出大量的活性物质，促进球化剂与石墨球的接触和反应，从而加速球化过程，形成更多的球状石墨，提高球化率。

稀土能够改善球铁的组织结构。

球铁中的石墨形态对其力学性能和加工性能有着重要的影响。

通常情况下，球铁中的石墨呈片状或网状分布，对应的是铸件中的片状石墨铸铁和网状石墨铸铁。

而稀土作为球化剂中的重要成分，能够使球化剂更好地与石墨球反应，使其更均匀地分布在铸件中，从而形成更多的球状石墨。

球状石墨分布均匀、大小适中，能够提高球铁的韧性和塑性，减少脆性相的形成，增加球铁的强度和延展性，改善球铁的综合性能。

稀土还能够提高球化剂的热稳定性。

在球化剂的生产和使用过程中，稀土元素能够与球化剂中的其他成分形成稳定的化合物，提高球化剂的热稳定性。

这对于球化剂的储存和运输非常重要，能够保证球化剂在高温条件下不发生分解或失活，保持其活性，确保球化剂的使用效果。

除了以上几点，稀土还具有抑制气孔形成的作用。

在球化过程中，球化剂中的稀土元素能够与铁水中的气体发生反应，生成稳定的化合物，减少气体的析出，降低气孔的形成。

气孔是铸件中常见的缺陷，会降低铸件的强度和密封性，而稀土的加入可以有效地抑制气孔的形成，提高铸件的质量和可靠性。

稀土在球铁中球化剂中发挥着重要的作用。

它能够提供良好的球化效果，改善球铁的组织结构，提高球铁的力学性能和加工性能。

稀土还能够提高球化剂的热稳定性，抑制气孔形成，提高铸件的质量和可靠性。

如何提高球铁球化率？国内普通球墨铸铁铸件的球化级别要求达到4级以上，（即球化率70%，）一般铸造厂达到的球化率为85%左右。

近年来，随着球墨铸铁生产的发展，尤其是在风电铸件生产和铸件质量要求较高的行业，要求球化级别达到2级，即球化率达到90%以上。

笔者公司通过对QT400-15原采用的球化、孕育处理工艺以及球化剂、孕育剂进行分析、改进，使球墨铸铁的球化率达到了90%以上。

1、原生产工艺原生产工艺：熔炼设备采用2.0T中频炉和1.5T工频炉；QT400-15原铁液成分为ω（C）=3.75%~3.95%、、ω（Si）=1.4%~1.7%、ω(Mn)≤0.40%、ω（P）≤0.07%、ω（S）≤0.035%；球化处理所用球化剂为1.3%~l.5%的RE3Mg8SiFe合金；孕育处理所用孕育剂为0.7%~0.9%的75SiFe-C合金。

球化处理采用两次出铁冲入法：先出铁55%~60%，进行球化处理，然后加入孕育剂，再补加其余铁液。

由于球化、孕育采用传统的方式，用25 mm厚的单铸楔形试块检测得到的球化率一般在80%左右，即球化级别3级。

2、提高球化率的试验方案为提高球化率，对原来的球化和孕育处理工艺进行了改进，主要措施是：增大球化剂和孕育剂加入量、净化铁液、脱硫处理等。

球化率仍然采用25 mm的单铸楔形试块进行检测，具体方案如下：（1）分析原工艺球化率偏低的原因，曾认为是球化剂用量较少，故将球化剂加入量由1.3%~1.4%增加到1.7%，但球化率并未达到要求。

（2）另一种猜测是认为球化率偏低可能是由于孕育不良或孕育衰退引起，因而试验加大孕育剂量，由0.7%~0.9%增加到1.1%，球化率亦未达到要求。

(3)继续分析认为铁液夹杂较多、球化干扰元素偏高等可能是造成球化率偏低的原因，因而对铁液进行高温净化，高温净化温度一般控制在1 500±10℃，但其球化率仍未突破90%。

(4) ω（S）量高严重消耗球化剂量并加速球化衰退，因此增加脱硫处理，将原铁液ω（S）量从原来的0.035%降低到0.020%以下，但球化率也只达到86%。

如何改善球墨铸铁生产工艺？这7个条件控制是关键！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。

22222.球墨 2.球墨铸铁无冒口铸造的条件1、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（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。

球墨铸铁件的质量分析与控制球墨铸铁是20世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。

球墨铸铁已迅速发展为仅次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料。

所谓“以铁代钢”，主要指球墨铸铁。

但在铸造球墨铸铁件的过程中，如配料工艺等处理不当，还是会影响球墨铸铁件的质量，严重的会造成铸件在使用过程中出现开裂，直至报废等！一旦出现这种情况，我们可以对失效件进行了金相分析，同时研究影响球墨铸铁件质量的金相组织有那些，造成金相组织不合格的原因是什么，出现金相组织不合格后如何补救，生产厂如何进行质量控制与检验？本文将对以上问题做简单分析。

一、影响球墨铸铁件性能的组织：主要有：石墨形状、基体组织石墨形状：球墨铸铁，顾名思义，其中最具代表性的石墨形状是球状。

球墨铸铁的质量一般是以球化率来评定的。

石墨越圆整、细小、分布越均匀，对金属基体的割裂作用和引起的应力集中就越小，球铁性能就越好。

按GB/T9441《球墨铸铁金相检验》要求，石墨形状共分六级，三级以上合格，球化率要达到75%以上。

基体组织：球墨铸铁件基体组织依牌号不同而不同。

球铁件基体组织主要是由铁素体和珠光体组成，还包括少量渗碳体、磷共晶。

铸件中铁素体含量多、珠光体含量少，则韧性好，强度低；反之则强度高，韧性差。

我厂常用的QT400-15、 QT450-10牌号是以铁素体为主要基体的球铁，珠光体含量要控制在20%以下。

渗碳体、磷共晶这两种组织在我厂使用的球铁中是有害组织，必须控制在2%以下，否则铸件强度、韧性都差。

以下是两种基体组织的图片。

二、造成金相组织不合格的原因：球铁件金相组织不合格主要表现在石墨球化不良、基体组织组成或形态不对这两方面。

导致石墨球化不良的主要原因：化学成分控制不好，阻碍石墨化的元素过多；孕育、球化过程控制不好；铁水冷却过快；浇注时间过长等。

造成基体中珠光体超标的原因：铁水浇注控制不好。

铸铁的球化孕育处理要点前面主要讲了铸铁熔炼过程中的化学成分和炉温的控制，这些都是每一个熔炼工程师和操作工人必须掌握的基本知识。

下面我在扼要的讲一下熔炼结束后的冶金处理，它包括两部分，即球铁的球化处理，以及球铁和灰铸铁的孕育处理，而着重讲一下当前应该注意的几个问题。

1）推荐采用含Mg5%稀土1%的球化剂，Mg过高Mg的烧损大，烟气大，残余Mg不稳定，目前我国的生铁质量和炉料中废钢比例增加，便使铸铁中的反球化元素大大减少，过高的稀土反使得球铁的球化率降低。

2）推荐使用盖包法处理球铁，它的残Mg衰退速度与0.0007/分，而无盖包的Mg衰速度为0.003/分，假如无盖包处理球铁后的残Mg为0.06%则10分钟后，即降为0.03%，随后浇的就会产生蠕虫状石墨，因此处理后的浇注时间不能超过10分钟，这也是很多厂球化率底下的原因。

3）要注意残Mg和终S的合理搭配，终S不要低于0.006%以保证有足够高的球数和避免碳化物和随之而来的缩松，如下图：图15 石墨形态与残余镁和硫含量的关系4）要分清球铁的球化衰退和孕育衰退，以便及时对症采取措施，两者都是球化率降低，但球化衰退的金相特征是球数不是降低，只是出现蠕虫状石墨，而孕育衰退的金相特征是石墨球直径变大，球径减少，当前出现的球化不良，大多是孕育衰退产生的，因此要加强对孕育的关注。

5）出炉温度不要过高，只要保证在Tc温度以上，又能满足浇注铸型要求采取临界温度下限为好，这有利于保护结晶核心有利于减少球化衰退和孕育衰退及增加球数和共晶团数，同时目前无论是球铁或灰铸铁都在大量使用废钢做炉料，很多厂几乎都不使用生铁，因此已无必要用高温来清除生铁的遗传性。

6 ）球铁的球数和灰铸铁的共晶团数是检验铸铁孕育好坏的重要标志，随着孕育剂用量的增多和孕育方法的改良，球数和共晶团数都会增加，而铸铁的晶质也随之而改善铸件壁厚敏感性，品质均一性都会更好，对铸铁来讲，球数增加，使球径减少，球化率就会增加，对生产少于10mm的薄壁球铸件，只有球数多于—临界数才能不产生白口，在对球铁机械性能的影响上，与增加球数可提高铸件的疲劳强度和延伸率，甚至有资料提出了临界球径的要求，只有孕育到球径小于某个直径后延伸率才会相应增加，这也有可能是减少和分散了某些正偏析元素在晶界聚集的结果，而孕育能带来灰铸铁A型石墨的增加，B、D、E型石墨减少，性能改善的诸多优点，但至今各国标准并没有将球数和共晶团数作为铸件验收的标准，但已经看到国外某重要的大集团来国内采购铸件时要求球铁的球数必须大于100个/mm2。