灰铸铁裂纹缺陷

灰铸铁中常见的冶金缺陷

引言

虽然冶金缺陷只占多铸造厂产品缺陷的很小一部分，但要分析其原因和采取正确的措施却是及其费时和昂贵的。在本文中将根据艾肯研发中心的案例研究来描述一些最普通的冶金缺陷。在任何缺陷的检查过程中，必须拥有良好的设备以便为正确的分析缺陷形成原因提供足够的信息来避免错误，特别是当认为是主要原因的时候。其它的缺陷，像氏体石墨，就需要高放大倍数的显微镜。

1.氢引起的针孔

氢气孔可能是代价最为高昂的一种缺陷，因为一般它们在机加工后才显露出来，在灰铁和球体都会出现，常以圆球状出现在铸件表皮之下。由于气孔的壁被石墨所覆盖，因此检查的时候气孔壁是黑色和发亮的。这种气孔壁石墨的析出导致了气孔外壁产生了石墨的耗尽的区域，这些图片显示在图1当中。

有几种因素能够引起单个的氢或成片的氢气针孔，最主要的原因就是铁液中的Al或钛与来自型砂、潮湿的工具，或潮湿的耐火材料中的水汽发生反应。水汽的其它来源可能是湿的空气或者被有污染的炉料、铁锈，型砂中积聚的死粘土也会使型砂的水分升高.

机加工暴露出的氢气孔 具有壁石墨膜的特写氢气孔

图1 氢气针孔

通过将铁液中H的含量限制在200ppm以下和最大程度的减小Ti含量和防止氢气孔的出现和减少其发生的几率。对废钢的仔细控制、避免使用蠕墨铸铁的回炉料（如果用Ti生产）和去除带釉的废钢有助于减少氢气孔的的产生。一些生铁也含有较多的Ti。

应该采取措施来使所用的耐火泥和涂工刷涂料具干燥，并向砂处理系统中加入足够的新砂来阻止死粘土在型砂中的累积。型砂中的水分最好低于3%，在浇注之前，芯子和涂料必须完全干燥和熟化。现在已经注意到提高浇注温度和提高碳当量能够减少这种特殊缺陷的发生几率。

2.氮气孔

氮气孔缺陷可能在铸件表面或皮下出现，图2是经过昂贵的机加工后处理后在铸件皮下发现的氮气孔，氮气孔更容易在中等壁厚的铸件和靠近使用树脂粘结剂的芯子和造型材料。氮气孔和裂隙状氮气孔一般形状不规则（与圆的的氢气孔相比较），垂直于铸件表面，可深入铸件表面以下几个mm。氮气孔部都有连续的或者不连续的石墨析出膜，与这种析出膜相连的就是周围已经脱碳的基体组织，图2清楚的显示了这一情况，这这幅图片中还能看到伸进N气孔壁部的树枝状凸起。有时石墨会变得短而厚，这是氮含量高的典型信号。

《一重技术》　

高锰钢铸件裂纹缺陷分析及控制　

罗秋生　（１．黑龙江第一重工股份有限公司冶金分公司工程师，黑龙江富拉尔基　１６１０４２）　摘要：针对生产过程中各个环节分析高锰钢铸件裂纹产生的原因。在实践的基础上摸索出了裂纹产生　的机理和控制措施，并有效地指导了生产。　关键词：高锰钢；铸件裂纹；水韧处理　中图分类号：ＴＧ２４５　文献标识码：Ｂ文章编号：１６７３—３３５５（２００７）０４—００３１—０２　

随着技术不断进步和装备大型化、现代化，　高锰钢铸件质量也必须更好地适应。针对高锰钢　与其它合金钢、碳钢相比易产生裂纹的特性，人　们进行了多年试验研究，试图找出内在原因。虽　取得一些进展．但还没有完全认清这种钢的内在　特性。我们立足于本部门的研究，找出裂纹产生　的原因和控制措施。应用到实践中取得非常好的　效果。　１　化学成份和组织的影响　高锰钢发明之初的化学成份是ｃ：１．Ｏ％～　１．４％，Ｍｎ：１０％～１４％。国内外在试验研究中。　曾添加合金成份Ｃｒ、Ｎｉ、Ｖ等企图提高屈服强度　和硬度，也有的加Ｔｉ、Ａｌ等促进晶粒细化。我们　的履带板、前后导轮等铸件用材就需要这样。但　不管合金成份如何变化，必须控制在一定的范围　内才能起到好的作用。这些作用是以提高高锰钢　性能为主要目的，对控制裂纹并不明显。研究标　准成份高锰钢的各元素对裂纹的影响能得到理想　的效果。碳、锰是高锰钢的主要成分，正常情况　下高锰钢的组织是奥氏体单相。在含碳量偏低时　易形成马氏体和８相（密排六方体）。在含碳量高　时。水韧处理状态下不能避免碳化物析出，还会　降低钢的性能。较高的含碳量可提高屈服点，但　会降低延伸性．含碳量低而含锰量高的钢具有高　

收稿日期：２００７—０３—２２：修回日期：２００７—０４—２４　韧性，对高锰钢的碳含量在保证性能的前提下尽　可能控制在中下限。锰含量控制在中上限。最好　保持在狭小范围内，防止碳化物析出，避免造成　延伸性和韧性降低而产生裂纹。　硅含量一般在１．Ｏ％以下，它对锰钢的机械性　能没有显著影响，超过１．Ｏ％并逐渐增大时，强度　和延伸性会剧烈下降。生产中硅含量都比较低。　锰钢中含硫量较低，因为硫易和锰化合成硫化锰　大部分进入炉渣中。钢中残留少量的硫化物成为　非金属夹杂物存在，它对钢的性能影响极微，可　忽略不计。磷含量在０．０６％以上时，延伸性急剧　下降，易引起铸件热裂纹产生。生产时要控制磷　含量。　化学成份及其含量与机械性能密不可分．在　满足性能的成份范围内。有时制造就很困难，因　此生产时应考虑其兼顾性。这样可避免因成分上　的差异而产生裂纹。　２铸造工艺　铸造工艺是保证高锰钢铸件质量的关键。编　制这种钢的工艺时主要考虑避免裂纹生成．影响　裂纹产生的主要因素有：铸件结构、工艺参数．　浇冒口设置，型芯结构形式，浇注温度等。　高锰钢铸件结构形式应在保证使用的前提下　尽可能使相连接壁的厚差最小。避免因温差大产　

一、影响灰铸铁力学性能的主要因素：

化学成分（C、Si、Mn、P、S合金元素）

灰铸铁的力学性能 金相组织

石墨的形状、大小、分布 工艺因素和冶金因素

和数量以及基体组织

工艺、冶金因素：主要有冷却速度，铁液的过热处理、孕育处理、炉料特性等

（1）关于冷却速度的影响 铸铁是一种对冷却速度敏感性很大的材料，同一铸件的厚壁和薄壁部分，内部和外表都可能获得相差悬殊的组织，俗称为组织的不均匀性。因为石墨化过程在很大程度上取决于冷却速度。影响铸件冷却速度的因素较多：铸件壁厚和重量、铸型材料的种类、浇冒口和重量等等。由于铸件的壁厚、重量和结构取决于工作条件，不能随意改变，故在选择化学成分时应考虑到它们对组织的影响。

（2）关于铁液孕育处理的影响 孕育处理就是在铁液进入铸件型腔前，把孕育剂附加到铁液中以改变铁液的冶金状态，从而可改善铸铁的显微组织和性能。

对灰铸铁而言，进行孕育处理是为了获得A型石墨、珠光体基体、细小共晶团的组织，以及减少铸件薄壁或边角处的白口倾向和对铸件壁厚的敏感性；对可锻铸铁而言，是为了缩短短退火周期，增大铸件的允许壁厚和改善组织的结构；对球墨铸铁而言，是为了减少铸件白口倾向，提高球化率和改善石墨的圆整性。

（3）关于铁液过热处理的影响。提高铁液过热温度可以：①增加化合碳含量和相应减少石墨碳含量，②细化石墨，并使枝晶石墨的形成，③消除铸铁的“遗传性”，④提高铸件断面上组织的均匀性，⑤有利于铸件的补缩。同样，铁液保温也有铁液过热的类似作用。

（4）关于炉料特性的影响 实际生产中往往发现改变金属炉料（例如采用不同产地的生铁或改变炉料的配比等)而化学成分似乎无变化的情况下铸铁具有不同的组织和性能，这说明原材料的性质直接影响着用它熔炼出来的铸铁的性质，称为铸铁的：“遗传性”为此，采用提高铁液温度和使用多种铁料配料可消除这种“遗传性”，并改善铸铁的组织和性能。

灰铸铁中常见的冶金缺陷

引言

虽然冶金缺陷只占多铸造厂产品缺陷的很小一部分，但要分析其原因和采取正确的措施却是及其费时和昂贵的。在本文中将根据艾肯研发中心的案例研究来描述一些最普通的冶金缺陷。在任何缺陷的检查过程中，必须拥有良好的设备以便为正确的分析缺陷形成原因提供足够的信息来避免错误，特别是当认为是主要原因的时候。其它的缺陷，像魏氏体石墨，就需要高放大倍数的显微镜。

1.氢引起的针孔

氢气孔可能是代价最为高昂的一种缺陷，因为一般它们在机加工后才显露出来，在灰铁和球体都会出现，常以圆球状出现在铸件表皮之下。由于气孔的内壁被石墨所覆盖，因此检查的时候气孔内壁是黑色和发亮的。这种气孔内壁石墨的析出导致了气孔外壁产生了石墨的耗尽的区域，这些图片显示在图1当中。

有几种因素能够引起单个的氢或成片的氢气针孔，最主要的原因就是铁液中的Al或钛与来自型砂、潮湿的工具，或潮湿的耐火材料中的水汽发生反应。水汽的其它来源可能是湿的空气或者被有污染的炉料、铁锈，型砂中积聚的死粘土也会使型砂的水分升高.

机加工暴露出的氢气孔 具有内壁石墨膜的特写氢气孔

图1 氢气针孔

通过将铁液中H的含量限制在200ppm以下和最大程度的减小Ti含量和防止氢气孔的出现和减少其发生的几率。对废钢的仔细控制、避免使用蠕墨铸铁的回炉料（如果用Ti生产）和去除带釉的废钢有助于减少氢气孔的的产生。一些生铁也含有较多的Ti。

应该采取措施来使所用的耐火泥和涂工刷涂料具干燥，并向砂处理系统中加入足够的新砂来阻止死粘土在型砂中的累积。型砂中的水分最好低于3%，在浇注之前，芯子和涂料必须完全干燥和熟化。现在已经注意到提高浇注温度和提高碳当量能够减少这种特殊缺陷的发生几率。

2.氮气孔

氮气孔缺陷可能在铸件表面或皮下出现，图2是经过昂贵的机加工后处理后在铸件皮下发现的氮气孔，氮气孔更容易在中等壁厚的铸件和靠近使用树脂粘结剂的芯子和造型材料。氮气孔和裂隙状氮气孔一般形状不规则（与圆的的氢气孔相比较），垂直于铸件表面，可深入铸件表面以下几个mm。氮气孔内部都有连续的或者不连续的石墨析出膜，与这种析出膜相连的就是周围已经脱碳的基体组织，图2清楚的显示了这一情况，这这幅图片中还能看到伸进N气孔壁内部的树枝状凸起。有时石墨会变得短而厚，这是氮含量高的典型信号。