球铁冒口根部缩孔分析修订稿

球墨铸铁件常见缺陷的分析与对策一、常见的缺陷及分析球墨铸铁件常见缺陷的分析与对策 (1) 球铁是近40年来我国发展起来的重要铸造金属材料。

由于球状石墨造成的应力集中小，对基体的割裂作用也较小，故球铁的抗拉强度，塑性和韧性均高于其他铸铁。

与相应组织的钢相比，塑性低于钢，疲劳强度接近一般中碳钢，屈强比可达0 7～0 8，几乎是一般碳钢的2倍，而成本比钢低，因此其应用日趋广泛。

当然，球铁也不是十全十美的，它除了会产生一般的铸造缺陷外，还会产生一些特有的缺陷，如缩松、夹渣、皮下气孔、球化不良及衰退等。

这些缺陷影响铸件性能，使铸件废品率增高。

为了防止这些缺陷的发生，有必要对其进行分析，总结出各种影响因素，提出防止措施，才能有效降低缺陷的产生，提高铸件的力学性能及生产效益。

本文将讨论球铁件的主要常见缺陷:缩孔、缩松、夹渣、皮下气孔、石墨漂浮、球化不良及球化衰退。

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。

10步解决解决球墨铸铁件缩孔、缩松问题上世纪50年代初(甚至更早)，铸造界就发现铸铁件由石墨析出产生的体积膨胀可对铸件起到自补缩作用，然而，至今仍然有不少铸造工艺人员不会很好地利用这种自补缩作用。

一般认为:ω（C），ω（Si）量越高，孕育作用越强，越有利于石墨化；石墨化膨胀量越大，自补缩作用就越好。

他们不知道石墨膨胀发生时间对补缩作用会有影响，甚至有人主张要采取工艺措施，使石墨化膨胀提前，使膨胀与凝固初期的收缩均衡，达到减少外部补缩量，从而减小冒口尺寸的目的，其结果反而导致外部补缩与石墨化膨胀相互抵触，使铸件更容易产生缩孔、缩松缺陷。

随着生产技术的发展，铸造界对此问题的认识已逐步深化。

早在21年前，RW Heine就发现：先共晶石墨析出使石墨化膨胀提前，不但使膨胀不能用于补缩，反而会使铁液倒流，进人冒口导致铸件产生缩孔、缩松缺陷。

近年来，国外已经开展了如何利用石墨化膨胀自补缩作用的试验研究，并且加强对到如何控制石墨析出时间，使石墨化膨胀高峰期推迟的方法。

现摘要介绍如下石墨析出时间的控制。

最初只是通过控制ω（C），ω（Si）量和孕育强度，以防止初生石墨析出引起膨胀过早;目前，已发展到研制特殊球化剂和特殊孕育剂，使石墨析出高峰从铸件凝固初期推迟到凝固后期，也就是使大部分石墨化膨胀推迟到型腔进出口已凝固封闭、外部补缩已停止、只能依靠石墨化膨胀进行自补缩的凝固后期，从而使膨胀更有效地起到消除缩孔、缩松的作用。

2011年，埃肯公司(Elkem Metals.Inc.)技术服务部经理Doug White在“防止缩孔、缩松缺陷，提高球铁件工艺出品率”的论文中列述了防止球墨铸铁件缩孔、缩松缺陷的各项措施，其中几项主要措施都涉及。

1、在不发生石墨漂浮、没有初生石墨析出的前提下尽量提高ω（C）量图1是按照壁厚为13~38mm的铸件制作出来的。

为防止石墨漂浮，铸件的碳当量(CE=C+1/3Si)不能超过4.55%；对于更薄的铸件，CE可以适当提高。

球铁冒口根部缩孔分析(总4页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除球铁冒口根部缩孔分析球墨铸铁大多数是共晶或过共晶成分，在凝固过程中受石墨膨胀及过冷的影响促使收缩值增大所以在凝固过程中就形成了缩孔缩松缺陷的产生，在球铁件铸造中除了利用石墨化膨胀进行自补缩之外必须进行外部补缩，无冒口铸造实际上是利用浇注系统进行补缩。

由于浇注系统的补缩能力往往不如冒口，因而无冒口铸造对铸型条件以及其他工艺条件的要求远远高于采用冒口补缩。

由于这个缘故，冒口补缩工艺仍然是目前球铁件的主要生产工艺。

然而，冒口补缩工艺在实际应用中遭遇失败的实例也甚多，致使不少铸造人员往往轻易认为某些球铁件不能采用冒口补缩工艺，只能采用无冒口工艺，实际上冒口补缩失败的原因往往是由于所采用的工艺不恰当所致。

因此，对引起冒口补缩失败的原因进行分析，将有助于认识球铁的工艺特性和正确掌握球铁件的铸造工艺。

根据笔者的实践，除铸型刚度、化学成分、原材料和铁水熔炼处理方面的因素之外，造成球铁件冒口补缩失败的铸型工艺因素（１）采用明冒口，导致石墨化膨胀压力松驰，使膨胀不能用于补缩。

（２）铁水先进入铸件型腔，加热型腔、温度降低后，再由铸件型腔进入冒口，因而后者温度始终低于铸件，故称为“冷冒口”；这种冒口由于其铁水先加热型腔，使型腔过热，冒口本身早于铸件凝固，不但不能起补缩作用，反而从铸件抽吸铁水，使铸件产生缩松、缩孔。

不少人企图通过加大冷冒口的尺寸希望能使其冷速减慢，起到补缩作用，结果是：冷冒口越大，铸件排放的冷铁水越多，型腔铁水流过量越大，过热也就越严重，“上冷下热”温差越大，缩孔、缩松越严重。

即使浇注后往冷冒口冲注热铁水，由于冲入铁水量有限，并不能扭转情况。

铁水经由冒口进入铸件，冒口温度高于铸件，故称为“热冒口”，冒口迟于铸件凝固，使轮毂部位直接得到补缩，而从轮毂流出的铁水在向周围的轮辐扩散、流入轮缘过程中，由于轮辐散热面积大，铁水温度迅速降低，完成部分凝固和收缩，及时从冒口吸取补缩液体，因而也有利于防止轮缘部位缩松。

球墨铸铁缩松缺陷，都与哪些因素有关墨铸件已广泛应用于大型模具铸造领域，是毛坯件最常用的生产工艺之一，随着汽车工业的迅速发展，裝备模具需求量逐年增长，铸造缺陷的影响也逐步凸显，常见缺陷有皱皮、变形、缩孔、夹砂和积碳等，本文主要针对球墨铸件缩孔缺陷进行研究。

1.缩孔的形成及危害（1）缩孔產生机理液态合金铁液由液态到固态过程中会出现体积变小現象，经历液态收缩、凝固收缩、固态收缩三个收缩过程。

当液态收缩量与凝固收缩量大于固态收缩量时便会产生缩孔，形状极不规则，孔壁粗糙并带有枝状晶，缩孔分为集中缩孔（简称缩孔）和分散缩孔（简称缩松）。

（2）缩孔特点缩孔主要集中在铸件的上部和最后凝固的部位，以及铸件壁厚悬殊处、凹角圆角半径小及内浇道附近等凝固较晚或凝固缓慢的部位（称為热节）。

缩孔表现出来的形式主要有4种，即明缩孔、夹角缩孔、芯面缩孔、内缩孔，如图1所示。

（a）明缩孔（b）夹角缩孔（c）芯面缩孔（d）内縮孔图1 缩孔形式（3）缩孔在模具中的危害主要有以下4个方面：一是减少铸件的有效承载截面积，甚至造成应力集中而大大降低铸件的物理和力学性能；二是铸件的连续性被破坏，使铸件的气密性、抗蚀性等性能显著降低；三是加工后铸件表面的粗糙度提高，致使制件拉毛；四是缩孔在球墨铸铁缺陷中占据很大比例，往往成为不可修复的缺陷，直接造成铸件报废，给企业带来巨大的經济损失。

2. 缩孔缺陷位置通过对以往铸件失效现象统计分析发现，球墨铸铁缩孔缺陷多发生于高牌号球墨铸铁的以下部位：铸件的热节和最后凝固部位；承重部位或使用麵部位；表面10mm以下部位。

如图2、图3所示。

图2图33. 原因分析（1）铸件热节和最后凝固部位的缩孔铸件热节部位多出现在铸件三面夹角、拐角、直径小的铸孔以及壁厚悬殊部位，热量散发缓慢或集中到某一点，铁液外层已凝固，但热节点位置仍处于液态，凝固层逐渐形成枝状晶并不断生长将尚存的铁液分割成若干个互不相同的熔池，随著温度的降低热节位置開始出现收缩，體积变小，此时不能得到铁液补充而凝固后的孔壁粗糙、排满树枝晶的疏松孔，形成大量分散缩孔。

球铁冒口根部缩孔分析球墨铸铁大多数是共晶或过共晶成分，在凝固过程中受石墨膨胀及过冷的影响促使收缩值增大所以在凝固过程中就形成了缩孔缩松缺陷的产生，在球铁件铸造中除了利用石墨化膨胀进行自补缩之外必须进行外部补缩，无冒口铸造实际上是利用浇注系统进行补缩。

由于浇注系统的补缩能力往往不如冒口，因而无冒口铸造对铸型条件以及其他工艺条件的要求远远高于采用冒口补缩。

由于这个缘故，冒口补缩工艺仍然是目前球铁件的主要生产工艺。

然而，冒口补缩工艺在实际应用中遭遇失败的实例也甚多，致使不少铸造人员往往轻易认为某些球铁件不能采用冒口补缩工艺，只能采用无冒口工艺，实际上冒口补缩失败的原因往往是由于所采用的工艺不恰当所致。

因此，对引起冒口补缩失败的原因进行分析，将有助于认识球铁的工艺特性和正确掌握球铁件的铸造工艺。

根据笔者的实践，除铸型刚度、化学成分、原材料和铁水熔炼处理方面的因素之外，造成球铁件冒口补缩失败的铸型工艺因素(1)采用明冒口，导致石墨化膨胀压力松驰，使膨胀不能用于补缩。

(2)铁水先进入铸件型腔，加热型腔、温度降低后，再由铸件型腔进入冒口，因而后者温度始终低于铸件，故称为冷冒口”；这种冒口由于其铁水先加热型腔，使型腔过热，冒口本身早于铸件凝固，不但不能起补缩作用，反而从铸件抽吸铁水，使铸件产生缩松、缩孔。

不少人企图通过加大冷冒口的尺寸希望能使其冷速减慢，起到补缩作用，结果是：冷冒口越大，铸件排放的冷铁水越多，型腔铁水流过量越大，过热也就越严重，上冷下热”温差越大，缩孔、缩松越严重。

即使浇注后往冷冒口冲注热铁水，由于冲入铁水量有限，并不能扭转情况。

铁水经由冒口进入铸件，冒口温度高于铸件，故称为热冒口”，冒口迟于铸件凝固，使轮毂部位直接得到补缩，而从轮毂流出的铁水在向周围的轮辐扩散、流入轮缘过程中，由于轮辐散热面积大，铁水温度迅速降低，完成部分凝固和收缩，及时从冒口吸取补缩液体，因而也有利于防止轮缘部位缩松。

均衡凝固技术推荐采用飞边冷冒口”、鸭嘴冷冒口”耳冒口”和冒口颈设冷铁的冷颈冒口”，企图通过使冒口颈在浇注结束时尽快凝固，减少冷冒口从铸件抽吸铁水来防止冒口颈处缩孔、缩松，但实践证明，冒口颈加快凝固顶多能减少铸件被冷冒口抽吸的铁水量，略微减轻其危害性，并不可能使冷冒口有补缩作用，而且由于型腔仍会因铁水流过量大而过热，因而仍然容易引起缩孔、缩松。

2019年第2期热加工79F锻造与铸造orging &Casting铸铁件缩松、缩孔、凹陷缺陷的原因分析与防止方法■王姗姗，程凯，靳宝，赵新武摘要：结合生产实践，依据缩松、缩孔、凹陷等缺陷的特征分类，整理了产生的原因，以及采取的纠正预防措施。

有关书籍对缩松、缩孔的产生均有阐述，只是进一步结合几种材质作了补充和整理，以求不断地完善。

关键词：缩松；缩孔；原因分析；防止方法一、缩松1. 特征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。

典型案例如图1～图5所示。

发现方法：用机械加工、磁粉探伤可发现。

2. 原因分析（1）工艺设计不合理。

铸件的结构、形状及壁厚的影响。

孤立热节多，尺寸变化太大，厚断面得不到足够的补缩。

（2）浇注系统、冷铁、冒口设计不合理，冒口的补缩效果差。

（3）浇注温度不合理，温度太高或太低均会影响冒口的补缩效果。

（4）铸型紧实度低，铸型刚度差。

石墨化膨胀造成型腔扩大，铸件收缩时由于补缩不足形成缩松。

图1 缩松图2 硅钼球铁4mm处缩松图4 硅钼材质蜂窝状显微缩松图3 高镍奥氏体球铁的缩气孔图5 接触热节产生的缩松图6 鸭嘴顶冒口2019年 第2期 热加工80F锻造与铸造orging &Casting（5）碳、硅含量低，磷含量较高；凝固区间大。

硅钼和高镍球墨铸铁对碳、硅含量和氧化铁液的敏感性特大，铁液严重氧化或碳、硅量低时，易出现显微缩松。

即便在薄壁处也容易出现缩松（见图2、图3、图4）。

（6）孕育不充分，石墨化效果差。

（7）残余镁量和稀土量过高。

钼含量较高时也会增加显微缩松。

（8）浇注速度太快。

（9）炉料锈蚀，氧化铁多。

（10）铁液在电炉内高温停放时间太长，俗称“死铁水”，造成严重氧化。

（11）冲天炉熔炼时底焦太底，风量太大，元素烧损大，铁液严重氧化。

（12）冒口径处形成接触热节产生缩松（见图5）。

（13）压箱铁不够（或箱卡未锁紧，箱带断裂等），浇注后由于涨箱造成缩松。

球墨铸铁缩孔、缩松问题探讨（3.对“均衡凝固技术”几个基本问题的讨论）3.对“均衡凝固技术”几个基本问题的讨论本文开头就提到，目前球铁件缩孔、缩松研究的焦点问题是：如何正确认识石墨化膨胀？如何利用石墨化膨胀进行补缩？以及如何处理外部补缩和自补缩的关系？对这几个焦点问题，近年来在国内流行的“均衡凝固技术”[28] 提出了一些看法，引起了各种不同的评论。

可能是由于实践经历和看问题角度的差别，笔者的认识和看法可能与之有所不同，谨在这里对其中几个基本问题进行讨论，希望通过不同观点的交流有助于加深对球铁缩孔、缩松问题的认识，特别希望有助于正确认识和利用石墨化膨胀进行补缩。

3.1 球铁件是否可能实现“均衡凝固”？有利还是有弊？3.1.1收缩－膨胀叠加图存在的问题均衡凝固技术[28]给“均衡凝固”所作的定义是：“铸铁铁水冷却时要产生体积收缩，凝固时析出石墨产生体积膨胀。

均衡凝固就是利用膨胀和收缩动态叠加的自补缩和浇冒口系统的外部补缩，采用工艺措施，使单位时间的收缩与膨胀、收缩与补缩按比例进行的一种工艺原则” [28] 。

因此均衡凝固也称为“Proportional solidification”，即“按比例凝固”。

提出这种工艺原则的根据，也就是“均衡凝固技术”的基础，是收缩－膨胀叠加图(图31)，该技术的一系列论断均以此图为依据。

但此图并非实验测试所得,与实际情况并不相符: 该理论认为一切铸铁件凝固过程的体积变化都可以用收缩曲线ABC与膨胀曲线ADC的叠加的结果（图31中曲线A/BD/C ）表示，都是先收缩后膨胀。

图中A 点是充型开始，C 点是凝固终点，P点表示收缩与膨胀均等，称为“均衡点”，表示铸件只在P点之前需要外部补缩，P点之后不再需要补缩。

他们还认为薄小件是“集中收缩、骤然膨胀”，均衡点P后移；厚大件是“收缩分散，石墨化膨胀相对提前”，均衡点前移。

然而实际测量结果恰恰相反：上文图1是C E Bates 等人采用φ 12.7×7.01 mm的薄小试样测试的结果，冷却过程的体积变化（亦即缩－胀叠加结果，）是先胀后缩→缩了又胀→胀了又缩[1] ，与图2的厚大件相比，均衡点不但没有后移，反而是膨胀提前（均衡点前移）。

有关球铁铸件缩孔缩松形成及预防摘要,阐述有关球墨铸铁凝固特性、凝固过程体积变化和缩孔、缩松形成机理以及本人就缩孔、缩松的预防提出了看法。

关键词,球墨铸铁件,缩孔,缩松,防止前言球墨铸铁具有较大的缩孔、缩松倾向，如何防止和消除一直是铸造工作者关注的问题。

由于球墨铸铁缩孔、缩松形成的复杂性，在缩孔、缩松的形成机理和防止措施方面，存在许多不一致甚至相互矛盾的看法。

为有助于对此问题进行更深的研究，本文讲述有关球墨铸铁铸件缩孔、缩松的形成及预防，并就缩孔、缩松的预防方法发表本人的看法。

1 定义球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度 1.1成分球墨铸铁除铁外的化学成分通常为:含碳量3.6,3.8,，含硅量2.0,3.0,，含锰、磷、硫总量不超过1.5,和适量的稀土、镁等球化剂1.2性能球铁铸件差不多已在所有主要工业部门中得到应用，这些部门要求高的强度、塑性、韧性、耐磨性、耐严重的热和机械冲击、耐高温或低温、耐腐蚀以及尺寸稳定性等。

为了满足使用条件的这些变化、球墨铸铁现有许多牌号，提供了机械性能和物理性能的一个很宽的范围。

如国际标准化组织ISO1083所规定的大多数球墨铸铁铸件，主要是以非合金态生产的。

显然，这个范围包括抗拉强度大于800牛顿/毫米，延伸率为2%的高强度牌号。

另一个极端是高塑性牌号，其延伸率大于17%，而相应的强度较低(最低为370牛顿/毫米勺。

强度和延伸率并不是设计者选择材料的唯一根，而其它决定性的重要性能还包括屈服强度、弹性模数、耐磨性和疲劳强度、硬度和冲击性能。

另外，耐蚀性和抗氧化以及电磁性能1对于设计者也许是关键的。

为了满足这些特殊使用，研制了一组奥氏体球铁，通常叫傲Ni一Resis亡球铁。

这些奥氏体球铁，主要用锌、铬和锰合金化，并且列入国际标准。

2球墨铸铁的凝固特点球墨铸铁有着与其它合金不同的凝固特点:(1)共晶凝固温度范围宽，呈糊状凝固(2)与灰铸铁相比，共晶团数多，共晶膨胀较大。

球墨铸铁易出现缩孔及缩松缺陷，其集中性缩孔主要产生在冒口颈，通常称为冒口颈缩孔。

成因：
1、碳当量。

提高铁液的碳含量，有利于石墨化，但随着石墨化膨胀，缩孔缩松倾向变大。

碳当量不宜过低。

2、磷含量。

磷使凝固范围扩大，此外磷共晶在最后凝固时得不到补给，会使铸件外壳变弱，增大了缩孔缩松的倾向。

3、残余稀土。

残余稀土量和残余镁量会增加球墨铸铁的白口倾向，使石墨膨胀减少，增大缩孔缩松的倾向。

4、铸型刚度。

砂型的紧实度不够或不均匀，会增加该缺陷的几率。

5、浇注温度。

浇注温度过高会增加液态收缩量，对消除缩孔、缩松不利。

6、铸件壁厚。

过厚铸件内部液态收缩大，当厚度变化太突然时，孤立的厚大断面得不到补缩，会增大该缺陷的倾向。

7、冒口及冷铁。

若浇注的冒口和冷铁设置不当，不能保证金属液顺序凝固，会影响冒口的补缩效果。

控制措施：
1、化学成分。

碳当量＞3.9%，磷含量＜0.08%，残留镁含量＜0.07%，采用稀土镁合金处理时，稀土氧化物残余量控制在0.02-0.04%。

2、冒口。

冒口的尺寸、数量及安放位置要适当，力求做到顺序凝固，确保铸件能不断地补充金属液。

3、铸造工艺。

采用冷铁布置。

一提高凝固速度，使致密；二改变铸件的温度分布，利于铸件顺序凝固。

4、铸型。

提高砂箱的刚度和型砂紧实度，保证铸型有足够的刚度。

5、浇注温度。

一般铸件的温度应控制在1300-1350℃，厚大铸件，浇铸温度还可再低。

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]。

攀枝花学院Panzhihua University本科毕业设计（论文）文献综述院（系）：材料工程学校专业：材料成型及控制工程班级： 2010级材料成型及控制工程2班学生姓名：范家栋学号: 2010111020112013年12月4日文献综述：球墨铸铁件常见缺陷及工艺措施摘要：本文对球墨铸铁件生产中常见的缩孔、缩松、夹渣、、皮下气孔、球化衰退与球化不良缺陷及影响因素进行了详细分析, 并根据实际情况提出了一些有效的工艺措施措施。

关键词：球墨铸铁缺陷工艺措施球墨铸铁是20世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料，具有良好的强度和韧性, 其机械性能与铸钢件相当, 在耐热性、耐蚀性及耐磨性上优于传统的片状石墨铸铁, 而且在经济上球墨铸铁件生产成本低于铸钢件,因此高强度球墨铸铁件在结构件上有取代铸钢的趋势。

当然，球墨铸铁因其自身特性常产生一些常见缺陷外的特有缺陷。

这些缺陷影响铸件性能, 使铸件废品率增高。

为了防止这些缺陷的发生, 有必要对其进行分析, 总结出各种影响因素, 提出防止措施, 才能有效降低缺陷的产生, 提高铸件的力学性能及生产效益。

本文将讨论球铁件的主要常见缺陷: 缩孔、缩松、夹渣、皮下气孔、石墨漂浮、球化不良及球化衰退。

1 缩孔缩松1.1 产生原因缩孔的形状不规则，孔壁粗糙。

防止缩孔产生的条件是合金在恒温或很小的温度范围内结晶。

铸件壁逐层凝固的方式进行凝固。

液态合金填满铸型后。

因铸型吸热，靠近型腔表面的金属很快就降到凝固温度，凝固成一层外壳，温度下降，合金逐层凝固，凝固层加厚，内部的剩余液体，由于液体收缩和补充凝固层的凝固收缩，体积缩减，液面下降，铸件内部出现空隙，直到内部完全凝固，在铸件上部形成缩孔。

已经形成缩孔的铸件的铸件继续冷却到室温时，因固态收缩，铸件的外形轮廓尺寸略有缩小,如缩孔的形成过程分为4个阶段见图1.缩松为当合金结晶温度范围较宽时，在铸件表面结壳后，内部有一个较宽的液、固两相共存的凝固区域。

球铁飞架缩孔原因分析及解决对策[我的钢铁] 2009-02-25 07:26:28飞架是一种重要的汽车零件，材料牌号为QT600-3，毛坯质量75kg，壁厚在8～30mm。

该毛坯由1410造型线湿型砂造型，用7t双排水冷冲天炉熔炼，1t浇注包球化处理并浇注。

试产期间铸件没有发生集中缩孔现象，而大批量生产中，却在与冒口颈接触的部位时常出现集中缩孔问题由于该产品材料为球铁，其产生缩孔的可能原因有：（1）铸件结构设计不合理；（2）碳当量过低，或w（Mg残）、w（RE残）过高；（3）铁液浇注温度过高；（4）铸型硬度低；（5）冒口设置或设计不当，不能保证铸件在凝固过程中获得有效补缩。

根据飞架铸件生产过程中缩孔缺陷时好时坏的实际情况，铸件结构设计合理性问题，可能不是缩孔原因，为此对其它几种可能形成缩孔的原因进行现场跟踪，排除了碳当量过高或过低、浇注温度过高和铸型硬度低等原因，只能重新考虑冒口设计的合理性问题了。

众所周知，冒口的作用是在铸型内用作储存金属液以对铸件形成时给予补缩的金属体，它起到防止铸件产生缩孔和缩松的作用，有的还兼有排气、集渣等作用。

对冒口的基本要求是：（1）冒口凝固时间必须大于或等于铸件（被补缩部位）的凝固时间；（2）要有足够的金属液补充铸件的液态收缩和凝固收缩与补偿浇注后型腔扩大的容积；（3）在凝固期间，冒口和被补缩部位之间存在补缩通道，扩张角向着冒口。

冒口的大小应满足补缩的要求，其形状以补缩位置的形状而定。

其位置的选择很重要，基本原则是：（1）应设在热节的上方或侧旁；（2）应尽量设在铸件最高最厚的部位，尽量用一个冒口同时补缩几个热节，例如位置在低处的热节或同一水平面上离冒口较远的热节可设置补贴或冷铁，以保证定向凝固和补缩通道畅通；（3）对致密度要求高的铸件，冒口应按其有效补缩距离进行设置；（4）应尽量设在加工面上；（5）尽量不设在产品受力大的部位，防止组织粗大、降低力学性能。

除了考虑以上冒口设计原则以外，还必须考虑生产实际问题：用冲天炉冶炼，铁液成分和温度波动较大；铸件在1410线上生产，铸型存在一定的湿型硬度波动；砂箱高度限制等，因而铸件只能使用侧暗冒口。

Internal Combustion Engine&Parts1绪论潮模砂曲轴作为发动机中承受冲击载荷，传动动力的重要零件，整车对曲轴在刚度、强度、疲劳、NVH方面均有非常严格的要求[1][2]，而四拐曲轴的轴颈较粗，结构复杂，长度方向较大，给补缩带来一定的难度。

尤其在较为厚大的主轴颈位置，铁水温度较高，容易形成缩松缺陷。

缩松也是一直困扰铸造曲轴发展的重要缺陷，较大缩松的存在对铸件的抗拉，抗疲劳等性能产生非常不利的影响，尤其对于曲轴这个动力关键部件来说。

传统铸造曲轴一般采用覆膜砂和铁型覆砂等工艺，生产出的曲轴质量较好，但生产效率较低。

随着大规模现代化铸造生产线的发展，采用潮模砂生产曲轴成为一种趋势，但潮模砂强度相对较低，对曲轴内部缩松的控制也变得更加困难。

本文结合潮模砂KW线生产潮模砂曲轴的工作实践，通过铸造工艺合理设计，曲锥冒口的应用，及球化及孕育方式的改变等，来生产小缩松甚至无缩松的潮模砂曲轴铸件。

2铸造工艺优化设计根据公司KW静压生产线的模板、砂箱实际尺寸大小以及曲轴的结构，设计了如图1所示的浇注系统工艺方案：①每型浇注5件曲轴，两根轴之间留有一定的距离，以保证砂型的强度；②从曲轴的轴端部位进铁，为减轻缩松倾向，冒口颈尽量大一些；③采用曲轴冒口结构，热冒口补缩方案；④浇注系统采用搭接式，横浇道附近设置陶瓷过滤片的挡渣方案；⑤连杆颈曲拐处设置激冷片，曲轴末端采用小曲锥溢流冒口。

图员曲轴工艺方案考虑到KW线砂箱的实际尺寸大小，通过UG软件进行三维制图，设计合理的浇注系统和冒口，将UG三维模型导入到MAGMA铸造模拟软件中进行铸造模拟分析，判断充型过程中是否存在冷隔以及冷却完成后曲轴的缩松分布及概率，充型时间的设为16s，砂型采用Green Sand，石墨等级设为6级，浇注温度设定为1380℃。

图2凝固温度场图（b）16s温度场（a）6s温度场图2为充型过程中温度的分布情况，铁液在整个充型过程中，流动非常平稳，充型前期也没有剧烈的紊流和飞溅现象产生。

球墨铸铁件缩孔和缩松问题的解决措施前言自2008年起，一些工业发达国家如英国，美国，法国等11国的球墨铸铁年产量已经超过了灰铸铁，而我国的球墨铸铁产量只是灰铸铁产量的一半，但2014年达到了37%，2015年提高到42%，虽然有了很大的提高，也达到了世界的平均水平，但比发达国家还是低了很多，这种情况一是说明我国的球铁件生产还有很大的发展空间，前景很好，但从另一角度来看为什么我国的球墨铸铁件所占比例不如发达国家高呢，我想可能是我们现有的球铁件质量水平，性能水平，以及质量的稳定性，一致性和国外相比还有差距，不足以使产品设计部门放心来使用球铁件，拿ADI来做例子，美国每辆重型卡车中，至少有500公斤以上的ADI件，而我国的一汽，东风汽车厂，每年ADI底盘零件只有5000吨左右，国外的ADI大多用在汽车上，量大而广，而我国大多为生产耐磨件，如矿山等所用磨球，所以对我们这些铸造的同行们，肩负着很大的振兴球铁的重任，首先要把我们球铁的质量水平提高，不但只能生产低端的普通球铁件，也要能生产高端的球墨铸铁件。

在球墨铸铁的生产中，我们最常遇到的质量问题就是铸件的缩孔缩松缺陷，球铁和灰铸铁同是含石墨的铸铁，对铸件的缩孔缩松有良好的天然的自补缩条件，但尽管球铁的常用的碳当量比灰铸铁高，按理，球铁的自补缩条件应更好些，但实际情况是球铁件的缩孔缩松倾向比灰铸铁大得多，并且它的出现往往反复无常，同一种产品用同一成分，同一工艺生产时，有时也能获得健全致密的铸件，但有时缩孔缩松的废品率却很高，给企业带来了很大的损失。

当然，这种情况的出现是与球墨铸铁与灰铸铁的凝固机理不同而引起的，球墨铸铁件的宏观凝固过程与灰铸铁不同，它凝固断面上液-固两相区宽，呈现出“糊状凝固”形貌，而灰铸铁按“逐层凝固”方式推进，凝固形貌的这种差别则是由它们的结晶特点引起的，两者的区别表现在：1）球化及孕育处理显著增加异质核心（球墨铸铁的核心比灰铸铁多约50-200倍）核心存在于整个熔体，有利于全截面同时结晶。