球墨铸铁灰斑断口分析

球墨铸铁件表面缺陷清华大学于震宗引言球墨铸铁件的缺陷分为表面缺陷和内在缺陷两大类，后者即有关金属材质方面的缺陷，不属于本文范围内。

本文内容重点是砂型铸件的表面缺陷，包括用湿型砂、水玻璃砂、树脂砂等砂型和砂芯生产的铸件。

砂型球墨铸件的表面缺陷有多种，本文仅选择①粘砂，②砂孔和渣孔，③夹砂，④气孔，⑤胀砂、缩孔和缩松等缺陷进行讨论。

有的缺陷如灰班虽然发生在铸件表面上，而产生原因完全属于材质方面，则不包括在本文内：一. 球墨铸件气孔缺陷气孔是最难分析其形成原因和最难找出防治方法的铸件缺陷。

这是因为气孔的形成原因很多，从外观上又不易分清气孔是属于那种类型的。

虽然采用扫描电镜和能谱等微观分析方法有助于估计气孔的产生原因，但是这些先进的技术都还处于研究阶段，大多数铸造工厂尚难在生产中利用。

根据气孔发生机理，可分为裹入、侵入、析出和反应四类气孔。

其中裹入气孔是浇注时金属液中裹带着空气泡，随着液流进入型腔中而产生的气孔缺陷。

侵入气孔是铸件表面凝固成壳以前，砂型、砂芯等造型材料受热产生的气体侵入金属液中，形成气泡而产生的气孔球铁铸件最常遇到的气孔缺陷是反应气孔和析出气孔。

以下将分别讨论：1. 析出气孔金属液中溶解的原子态氢、氮气体元素，随金属温度下降而溶解度逐渐减小。

下降至结晶温度或凝固温度时，溶解度突然变小，氢、氮以分子态气相析出形成气泡，使铸件产生气孔，称为析出气孔。

生产铸铁的工厂中，最常见的析出气孔是使用树脂砂型和砂芯造成氨氮气孔，也有来自炉料和增碳剂的氮气孔。

①氨氮酚醛树脂覆膜砂的硬化剂为乌洛托平（六亚甲基四胺(CH2)6N4）。

铸铁件用热芯盒呋喃树脂含有尿素（CO(NH2)2）。

硬化剂用含有尿素和NH4Cl的水溶液。

冷芯盒和自硬砂用酚醛脲烷树脂的聚异氰酸酯组分中含有-RNCO基团。

上述树脂砂都含有多少不等的氨或胺，都是引起析出气孔的根源。

所含氮不同于空气中的氮，大气中78％是由氮组成，并不引起析出气孔缺陷。

球墨铸铁件产生缺陷的原因有哪些？球墨铸铁件产生缺陷的原因不单是球化处理问题，那么还有什么问题？在球墨铸铁件生产中，常见的铸件缺陷除有灰铸铁件的一般缺陷外，还有球化不良、球化衰退、夹渣、缩松、石墨漂浮、皮下气孔等。

通常，产生这些缺陷的原因不单是球化处理问题，有时还有造型制芯、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。

（1）球化不良特征:在铸件或试棒断面上分布有明显可见的小黑点，愈往中心愈密。

金相组织中.有聚集分布的厚片状石墨原因分析:1.原铁液硫含量过高2.铁液氧化3.残余球化剂量不足4反球化元素的干扰防止方法:1.尽量选用低硫的焦炭和新生铁。

若原铁液含硫量过高，应采用炉内、炉外脱硫或相应提高球化剂的加入量。

交界铁液一定要分离干净，灰铸铁的铁掖不应混入球墨铸铁中。

球化处理时，防止炉渣出到浇包中2.操作中严防铁液氧化3.熔制配比适当、成分稳定的中间合金，并采用合适的处理温度，注意球化处理操作。

防止铁液与合金作用过分激烈或“结死”在包底4镁球墨铸铁中。

加人少量的稀土，可中和反球化元素的干扰（2）球化衰退特征:球墨铸铁铁液，停留一定时间后，球化效果会消失原因分析: 铁液的残余镁量和残余稀土量随着时间的延长会逐渐减少，过了一定时间后。

球化剂残余量已减少到不足以保证铸件球化时，就造成球化衰退镁量和稀土量逐渐减少的原因是：1. 在铁液表面的MgS、CeS与空气中氧作用，发生下列反应：2MgS+O2=2MgO气↑+2S2CeS+ O2=2CeO气+2S烟状的MgO和CeO在空气中逸损，S返回铁液与Mg、Ce作用又生成MgS、CeS，这样循环，Mg、Ce不断损失2.镁在铁液中溶解度极小，大部分镁以微小的气泡悬浮在铁液中。

当有搅拌、回包、浇注、机械振动等情况时，镁气泡会集聚上浮，并穿出铁液表面。

遇空气燃浇而损失3.镁、稀土与氧有极大的亲和力。

铁液表面的镁和稀土要逐渐氧化、镁还有蒸发损失等防止方法:1.经球化处理的铁液应有足够的球化剂残余量2.降低原铁液硫含量，并防止铁液氧化3.球化处理后应扒净渣子4.缩短铁液经球化处理后的停留时间5.在铁液表面加覆盖熔剂，如石墨粉、木炭粉、冰晶石粉等（3）夹渣（黑渣）特征: 在铸件断面上呈现暗黑色，没有光泽，主要由琉化镁、硫化锰、氧化镁、二氧化硅、氧化铁、氢化镁等所组成，是一种非金属夹杂物，可用硫印、氧印等方法显示出来。

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。

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。

笔者公司在生产球铁凸轮轴过程中，偶尔发生过凸轮轴毛坯断裂，断口上也有“灰斑”出现，于是对该“灰斑”的性质及产生原因进行了详细的分析。

1铸件断口“灰斑”特征笔者公司生产的铸态球铁凸轮轴牌号为QT700-2，实际抗拉强度很高，一般为800~900MPa ，珠光体体积分数在90%以上，伸长率在3%~6%，正常断口呈银色。

凸轮轴断裂件“灰斑”断口如图1所示，上部外圆处有一扇形区域呈灰色，其他区域为正常断口颜色（银色）。

为了查明“灰斑”的缺陷性质及产生原因，对断口进行了详细的检查分析。

收稿日期：2009－11－02修定日期：2009-12-09作者简介：蔡一法（1962-），男，高工，从事铸造工艺、熔炼工作。

球铁铸件断口灰斑分析蔡一法，郜洪富，逯英杰，李曙光，袁珍（上海通用东岳动力总成有限公司铸锻技术部，山东烟台264006）摘要：QT700铸态球铁凸轮轴断口出现灰斑，扫描电镜观察发现灰斑区石墨球数量和w （C ）量明显高于银色区，但金相组织观察显示，黑斑区球化情况良好，无组织缺陷。

断口扫描电镜确定灰斑区断口为韧性断裂，银色区断口为解理或准解理脆性断裂。

断口灰斑再现试验证明，球铁铸件断口上的灰斑说明该区域是韧性断裂区域，并非组织异常，也并非是铸造缺陷。

关键词：球铁；灰斑；韧性断裂中图分类号：TG250.6文献标识码：B文章编号：1003－8345（2010）01－0078－04Analysis of Gray Spot in Fracture of Nodular Iron Casting CAI Yi-fa,GAO Hong-fu,LU Ying-jie,LI Shu-guang,YUAN Zhen（Foundry &Forging Technology Department,Dongyue Power Assembly Co.Ltd.,Shanghai General Motor Group,Yantai264006,China ）Abstract:There was gray spot appearing in the fracture of QT 700-2grade as -cast nodular iron camshaft and SEM observation revealed that the nodule count and w （C ）in the gray spot area was obviously higher than the silver area.However,the metallographical observation showed that the nodularity of the gray area was all right and no structure defect was found.Based on the SEM analysis inspection,it was considered that the fracture of the gray area was of the tough fracture,and the fracture of the silver area was of the cleavage or quasi-cleavage fracture.By the gray spot reappearing test,it was testified that gray spot appearing in the fracture of the nodular iron casting only indicated that the area is of the tough fracture area,but not the abnormal structure area,and also not casting defects.Key words:nodular iron;gray spot;tough fracture2断口“灰斑”分析进行断口灰斑分析时，先进行断口原貌检查（扫描电镜分析）、再进行断口金相分析，以保证同一个断口可以得到全面的检测分析。

实验三铸铁显微组织观察与分析（2学时）一、实验目的1.观察各种铸铁的显微组织特征，识别石墨形态与基体类型。

2.了解石墨形态、基体类型及显微组织对铸铁性能的影响。

二、实验设备、材料、仪器、装置金相显微镜；铸铁标准试样。

三、实验原理根据石墨的形态，铸铁可分为灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁等几种。

1.灰口铸铁灰口铸铁中碳全部或部分以自由碳片状石墨形式存在(如图1所示)，断口呈灰黑色，其显微组织根据石墨化程度不同为铁素体或珠光体或铁素体+珠光体基体上分布片状石墨。

普通灰口铁中石墨片粗大，如浇注前在铁水中加入孕育剂，则石墨以细小片状形式析出，这种铸铁称之孕育铸铁。

在铸铁中由于含磷较高，在实际铸造条件下磷常以Fe3P的形式与铁素体形成硬而脆的磷共晶，因此在灰铸铁的显微组织中，除基体和石墨外，还可以见到具有菱角状沿奥氏体晶界连续或不连续分布的磷共晶，用硝酸-酒精或苦味酸腐蚀时Fe3P不受腐蚀，呈白亮色，铁素体光泽较暗，在磷共晶周围通常总是珠光体。

由于磷共晶硬度很高，所以磷共晶若以少量均匀孤立地分布时，有利于提高耐磨性，并不影响强度。

磷共晶如形成连续网状，则会使铸铁强度和韧性显著降低。

图1 灰口铸铁图2 可锻铸铁图3 球墨铸铁2. 可锻铸铁可锻铸铁又称为马铁或展性铸铁，它是由一定成分的白口铁经退火处理得到的，其中石墨呈团絮状（如图2所示），故显著地减弱了石墨对基体的割裂作用，其机械性能比普通灰口铸铁有显著地提高。

可锻铸铁分铁素体可锻铸铁和珠光体可锻铸铁两种，前者应用较多。

3.球墨铸铁球墨铸铁属高强铸铁，是铁水中加入球化剂后石墨呈球状析出而制得的，由于球状石墨使石墨割裂金属基体的不利影响限制到最低程度，所以金属基体强度利用率高达70～90%（灰铸铁只达30%左右），因而其机械性能远远优于普通灰铸铁。

球墨铸铁的显微组织特征是：石墨呈球状分布在金属基体上，基体组织是铁素体、珠光体或铁素体+珠光体（如图3所示）。

目前应有最广泛的是前面两种基体，铸铁的基体即钢的几种基本组织，所以也可以通过热处理来改变基体组织，从而改变铸铁的机械性能，其中，球墨铸铁应用热处理较多些，如应用正火，是为了增加基体中珠光体数量，以提高其强度和耐磨性，应用调质处理，是为了得到回火索氏体的基体组织，以提高综合机械性能。

铸铁断口形状铸铁是一种经济实用、耐磨、抗压、耐腐蚀的材料，被广泛应用于各种机械、建筑、冶金、石化、轨道交通等领域。

铸铁的断口形状可以反映出铸铁的组织结构和性能特点，因此铸铁断口形状的分析对于铸铁的质量控制和材料研究具有重要意义。

铸铁的断口形状主要有以下几种：1.灰口铸铁的断口形状：灰口铸铁的断口呈现出灰白色、粗糙的表面，有许多小孔和不规则的晶粒结构。

这是因为灰口铸铁中石墨的形态为片状或球状，这些石墨片或球状石墨会在铸造过程中受到应力的作用而断裂，形成断口表面的不规则形状。

2.球墨铸铁的断口形状：球墨铸铁的断口呈现出光滑、银白色的表面，有许多球状的凸起。

这是因为球墨铸铁中的石墨形态为球状，这些球状石墨会在铸造过程中受到应力的作用而断裂，形成断口表面的球状凸起。

3.白口铸铁的断口形状：白口铸铁的断口呈现出光滑、白色的表面，没有明显的晶粒结构。

这是因为白口铸铁中的石墨形态为薄片状，这些薄片状石墨会在铸造过程中受到应力的作用而断裂，形成断口表面的光滑白色。

4.黑心铸铁的断口形状：黑心铸铁的断口呈现出黑色、粗糙的表面，有许多小孔和不规则的晶粒结构。

这是因为黑心铸铁中的石墨形态为团状，这些团状石墨会在铸造过程中受到应力的作用而断裂，形成断口表面的不规则形状。

铸铁的断口形状不仅可以反映出铸铁的组织结构和性能特点，还可以帮助工程师判断铸铁的缺陷和质量问题。

例如，灰口铸铁的断口表面有许多小孔和不规则的晶粒结构，可能是因为铸造温度过低或冷却速度过快导致的，这种情况下需要调整铸造参数以提高铸铁的质量。

而球墨铸铁的断口表面有许多球状的凸起，则可能是因为铸造温度过高或冷却速度过慢导致的，这种情况下也需要调整铸造参数以提高铸铁的质量。

铸铁的断口形状对于铸铁的质量控制和材料研究具有重要意义，需要工程师们在铸造过程中加以注意和分析，以确保铸铁的质量和性能。

灰铸铁断口形状
灰铸铁是铸造件中常用的一种材料，其断口形状可以反映出其铸造质量和机械性能。

一般来说，灰铸铁断口形状有以下几种类型：
1. 针状断口：这种断口形状表明铸件中存在较多的团状石墨，通常是由于铸造温度过高或铸造中的冷却速度不够造成的。

这种断口容易导致铸件的脆性增加。

2. 薄片状断口：这种断口形状表明灰铸铁中存在较多的板状石墨，通常是由于铸造温度过低或冷却速度过快造成的。

这种断口容易导致铸件的韧性下降。

3. 混合状断口：这种断口形状表明铸件中存在不同形态的石墨，通常是由于铸造工艺不当或金属液流动不均匀造成的。

这种断口容易导致铸件的机械性能不稳定。

4. 致密状断口：这种断口形状表明铸件中几乎没有石墨存在，通常是由于铸造温度和冷却速度的控制非常精确造成的。

这种断口通常意味着铸件具有良好的机械性能和耐磨性。

在铸造过程中，控制好铸造温度、冷却速度和金属液流动等因素，可以有效地改善灰铸铁的断口形状，从而提高铸件的机械性能和使用寿命。

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