球化过程及主要缺陷分析 文档

实战专家总结:球化不良缺陷的13条原因,预防措施该如何做？一、原因分析（1）原铁液含硫量过高。

脱硫效果不好。

（焦碳、新生铁、筑炉耐火材料含硫量高）（2）铁液熔化温度太高，炉内停留时间太长，铁液严重氧化，产生“死”铁水。

（3）残余球化剂量不足。

（4）炉料含有反球化元素。

（5）炉料严重锈蚀。

（6）孕育剂粉化，孕育效果差。

（7）球化合金氧化镁过高，有效镁含量低，成分不稳定。

（8）铁液包的高径比不合理（合理的为 1.5），球化剂上浮快，球化不稳定。

（9）球化合金在包内未覆盖好，冲入铁液后上浮太快，反映剧烈，导致残留镁量太低。

（10）低镁低稀土合金（含钙）结在包底。

（11）高镍奥氏体球墨铸铁的球化合金中含有稀土。

（12）出炉温度太高，合金烧损严重。

（13）冲入法包坑太浅，或浇包使用后堤坝损坏，导致合金反应太快。

二、防止方法（1）尽量选用低硫的焦碳和新生铁。

控制筑炉材料的含硫量。

（2）锈蚀严重的炉料要抛丸处理。

（3）不同材质的炉料要分类堆放，严防串料。

（4）炉内炉外脱硫，适当提高球化剂加入量。

（5）球化处理时，防止炉渣出到铁液包中。

（6）操作中严防铁液氧化。

电炉熔化和保温时，要用珍珠岩覆盖。

（7）在保证球化的前提下，尽量降低出炉温度。

（8）注意球化处理操作，调整铁液包的高径比，球化剂和硅铁上面要覆盖铁销或珍珠岩，防止铁液与球化剂作用过分激烈或“结死”包底。

（9）镁球化处理中，加入少量稀土，可中和反球化元素的干扰。

（10）包坑与堤坝按要求，损坏后要及时修复。

（11）使用配比合适、成分稳定的中间合金采用随流孕育和二次孕育。

（12）交界铁液要分离干净。

（13）厚大件球化处理时可冲入一些钼、铜、锑、铋等合金元素。

也可采用重稀土合金球化剂。

（14）使用低镁、低稀土合金，使球化处理反应平缓；减少镁的烧损。

（15）高镍奥氏体球墨铸铁处理用不含稀土的镍镁或硅镁合金。

（16）采用喂丝处理铁水包的出铁量要适当，或适当加高铁水包，留下喂丝时铁液反应空间。

球化过程及主要缺陷分析一、球化处理程序及要点浇包①浇包应修成凹式和堤坝式，这样可防止合金漂浮；②铁包高度与直径之比在1.6～2.2之间为好，比值大，可以保证铁液有足够静压力，从而有效的吸收镁，但比值过大，又不便于工人修包；③浇包一定要烘干才能使用。

稀土镁合金①块度适当，过小易结包底，过大则漂浮烧损；②中间合金要当天开封，当天使用，这样防止吸潮和氧化；③合金中Mg含量8%～10%之间为好，过高，反应激烈，铁液喷溅，白光眩目。

过低，加入量大，铁液降温太多，不利于夹杂物上浮。

合金装置①合金放置于凹坑方和堤坝内，适当紧实，表面加盖苏打或稻草灰；②温度高时，其上适当压铁片和钢板；③浇包凹坑方要贴近浇包嘴，这样可防止直接冲入合金上方。

球化时间正常球化反应为1～2分钟，过短则漂浮烧损大，要注意球化衰退，过长也许温度低，要注意皮下气孔。

后补铁液①后补3/4铁液，必要时可在出铁槽进行1次孕育；②补铁液时应注意有无火苗窜出，如无火苗（或火苗弱小），则应采取相应措施。

扒渣浇注扒渣干净，盖好草灰，准备浇注。

二、主要缺陷及防止措施防止球化不良现象：在银白色的断口上，分布有肉眼可见的黑点，越往中心越密。

观察其组织，除球状石墨外，尚有大量片状石墨存在。

原因：1、球化元素加入量不够；2、原铁液含硫高；3、铁液中反球化元素含量过高；4、铁液过度氧化；5、补液量过多；6、合金漂浮或冻结包底。

措施：1、炉料方面：每批外购料除要有质保书外，还要自行对关键元素（如Mg、Re、C、S、As等）进行检测。

自制合金也要随机抽样化验，并要做到当天熔制当天破碎和使用。

2、熔炼方面：严格按照操作指导书的要求配制铁水，各元素的最终成分应该在一定的变化范围内。

3、处理方面：球化剂不可压得过紧和过松，并且放入包内时间越短越好。

一定要做到定量出液，特别要防止包内进渣，处理后要及时搅拌，扒净浮渣，盖好草灰。

防止皮下气孔现象：经常在铸件上表面的表层内，一般位于表面下0.5m m～3mm处，形成分散细小的圆形或椭圆形光滑孔洞，直径多在1～3mm左右。

东莞球墨铸造厂讲解球墨铸件球化不良、石墨漂浮的缺陷东莞球墨铸造厂在球铁生产中，往往因处理工艺及原材料等原因，会使铸件产生各种缺陷，从而影响铸件的内在质量，降低铸件的力学性能。

球化不良：(1)宏观特征球化不良表现在铸件断面上出现芝麻点的黑斑，愈接近铸件中心，黑色斑点愈密集，随着球化不良的严重程度增加，黑点的直径也随之增大，数量也在增加量。

(2)微观特征金相观察为集中分布的厚片状石墨，极少量的球状石墨，且球状石墨特别圆。

在厚片状石墨周围出现铁素体组织，这种组织使球铁的力学性能急剧下降。

(3)原因分析形成球化不良的主要原因是球化反应时中间合金数量不够所造成①合金加入量少;②球化剂数量合适，但铁水中含硫量高;③铁水被氧化致使镁量烧损而造成球化剂含量不足等原因。

(4)生产中防止球化不良应采取的措施①球化剂要有足够的加入量;②在球化处理时，应尽量防止镁的烧损，提高球化剂吸收率;③严格控制原铁水含硫量，应选用低硫生铁;④铁水温度应控制在工艺要求范围内，铁水温度过高会产生球化剂烧损过多，温度过低合金易“结死”，均会产生球化不良。

2.石墨漂浮(1)宏观特征石墨漂浮常出现于铸件上表面、试块边缘及冒口底部，在断口上表面出现一层界限明显且平整的黑斑。

(2)微观特征其石墨聚集，呈开花状和枝荔状，有的完全爆裂。

这种组织严重削弱了球铁的力学性能，使材料的强韧性指标明显下降。

(3)原因分析产生石墨漂浮的主要原因为碳硅当量过高(碳当量>4.55%)。

当碳硅当量超过共晶成分，因浇铸温度高，铁水在凝固前就析出石墨，若液态停留一段时间，此时石墨长大并聚集，由于石墨的密度远比铁水轻，聚集石墨易上浮，有时夹杂物也被带到铸件的上表面，从而在铸件上表面产生石墨漂浮;在同等条件下(碳当量相同)，铸件愈大，浇铸温度愈高，冷却速度越慢，则铁水在铸型内保持高温液态时间长，石墨有足够的上浮时间，因而石墨漂浮愈严重。

(4)防止石墨漂浮应采取的措施①严格控制碳硅当量，碳不应超过4%，硅不应超过3%，厚大铸件的碳硅量应更低;②提高冷却速度，在壁厚处放置冷铁等;③加入少量强烈阻止石墨化的元素，如加入钼可防止石墨漂浮;④严格控制稀土元素残留量。

一、概述复相球墨铸铁磨球是我厂于2000年开发的新产品，用于原低合金磨球的升级换代。

我厂年产该类磨球量近万吨，在实际生产中，由于不同种类缺陷的存在，使磨球在实际工况条件下常出现不耐磨、失圆等影响磨球使用寿命的不利因素，为此有必要对各类缺陷进行分析，并制定相应的防止方法，用于指导生产实践。

二、常见缺陷及特征1．球化不良和球化衰退二者缺陷特征相同。

(1)宏观特征铸件断口为银灰色上分布芝麻状黑色斑点，其数量多、直径大，表明程度严重。

若全部呈暗灰色粗晶粒，表明球化不完全。

(2)金相组织集中分布大量厚片状石墨，其数量越多、面积越大，表明程度越严重，球化不完全时呈片状石墨。

(3)产生原因原铁液含硫高，以及严重氧化的炉料中含有过量反球化元素；处理后铁液残留镁和稀土量过低。

铁液中溶解氧量偏高是球化不良的重要原因。

选用低硫焦炭和金属炉料，必要时进行脱硫处理。

另外，应进行废钢除锈，以及增加球化剂中稀土元素用量，严格控制球化工艺。

2．缩孔和缩松特征和产生原因：缩孔产生于铁液温度下降发生一次收缩阶段。

如大气压把表面凝固薄层压陷，则呈现表面凹陷及局部热节凹陷，否则铁液中气体析出至顶部壳中聚集成含气孔的内壁光滑的暗缩孔，有时也与外界相通形成明缩孔，则内表面虽也光滑，但已被氧化。

球墨铸铁共晶凝固时间比灰铸铁长，呈粥状凝固，凝固外壳较薄弱，二次膨胀时在石墨化膨胀力作用下使外壳膨胀，松弛了内部压力。

因此在二次收缩过程中，最后凝固的热节部位内部压力低于大气压，被树枝晶分隔的小熔池处成为真空区，完全凝固后成为孔壁粗糙且排满树枝晶的疏松孔，即缩松缺陷。

宏观缩松产生于热节区残余铁液开始大量凝固的早期，包括了残余铁液的一次收缩和二次收缩，因而尺寸略大且内壁排满枝晶，呈灰暗疏松孔或蝇脚痕状黑点；微观缩松产生于二次收缩末期，共晶团或其集团间的铁液在负压下得不到补缩凝固收缩而成，常见于厚断面处。

3．皮下气孔(1)形貌特征铸件表皮下2～3mm处均匀或蜂窝状分布的球形、椭圆状或针孔状内壁光滑孔洞，直径0.5～3mm，可在热处理和抛丸清理后暴露或机加工时发现，小件中较多。

我公司球化不良问题汇总及措施供大家分享石墨漂浮的产生原因，传统的看法是铁水的碳当量超过共晶点。

当过共晶的铁液冷却到液相线以下时, 开始在液相中析出小石墨球。

随着温度的下降石墨球逐渐长大, 在共晶转变时已经有相当大的尺寸了。

这时石墨球周围尚无奥氏体圈产生。

由于石墨的比重小, 加上镁蒸汽泡上浮时的带动, 使部分石墨球上浮至铸件上表面聚集, 随后在共晶转变时迅速长大, 结果形成石墨漂浮。

球化不良因数.存在问题及措施:(1) 碳当量: 碳当量过高, 初生石墨愈多。

以致铁液在高温时就析出大量石墨。

由于石墨的密度比铁液小, 在镁蒸汽的带动下, 使石墨漂浮到铸件上部。

碳当量越高, 石墨漂浮现象越严重。

应当指出, 碳当量太高是产生石墨漂浮的主要原因, 但不是唯一原因, 铸件大小、壁厚也是影响石墨漂浮的重要因素。

因此严格控制碳当量, 不得大于4.16 %。

存在问题及措施:现在具体做法是液相线放在上限1235左右，但是现在不是很高1225---1230，有些时候后期增碳过多，碳粉还未来得及完全容入铁液就浇液相线，故可能造成实际铁液液相线更底，碳当量过大而引起石墨漂浮，炉前熔炼时碳可以适当配高一点(2)尽量降低浇注温度, 生产中控制在1 290 ℃～ 1 320 ℃之间。

一般情况下, 浇注温度越高, 出现石墨漂浮的倾向越大, 这是因为铸件长时间处于液态有利于石墨的析出。

存在问题及措施:一般情况下浇注温度还是合适的，但是在浇完中间层后铁水包不应再搅动，如果搅动的话加剧了铁水氧化，推动了球化衰退；同时增大了铁水冷却速度，造成轧辊后期浇注温度偏底使得结合层不良，特别是吨位较高的由于浇注时间长影响更大，故浇完中间层后铁水包不应再搅动，最好加盖适量稻草简慢温度的降低。

(3)严格控制Si 量,硅一方面具有促进石墨化、提高铁素体含量的作用,另一方面又有促进球化衰退、导致低温脆性、促进碎块状石墨形成的作用。

特别是原铁水的Si 量，同样的硅量以孕育形式加入则少产生石墨漂浮。

影晌因素(1)碳当量:铁液的碳当量人高时(尤其是硅含量也高时)将使石里球化受到影响。

试验表明, 对于厚壁铸件，当碳当盆超过共晶成分时就有町能产生开花状石墨。

但是提高铁液的含碳最有利于镁回收率的提高。

因此生产中人多采用高碳低硅的原则，通常含硅量控制在2%左右。

此外，碳当屋的选取还与铸件壁厚付关:当壁厚为6.5 —76mm时，碳当量为4.35%--4.7%; 当壁厚＞761山117碳当量为4.3% — 435 % 0 .(2)硫:当铁液中的含硫量太高时，硫与镁和棉土生成硫化物•因其密度小而上浮到铁液表面，而这些硫化物与空气中的载发生反应生成硫，硫又回到铁液，又重复上述过程，从而降低了镁号稀土金屋。

当铁液中的硫人于0一1%时，即使加入多量的球化剂，也不能使石墨完全球化。

(3)稀土与镁:稀土与镁含量过低时，往往产生球化不良或球化衰退现彖。

一般工厂要求球化剂的加人量为1.8% — 2.2%0(4)壁厚:铸件壁太厚也容易产生球化不良及衰退缺陷，主要是因为铁液在铸型中长时间处于液态，镁燕汽上浮，造成镁禽量降低;共晶时人量石墨生成而释放出的结晶潜热使奥氏体壳重新熔化，石墨伸出壳外而崎形长大，形成非球状石墨。

(5)温度:若铁液沮度过高，铁液氧化严重，由于镁与稀土易与氧化物产生还原反应，而使得镁、稀土含量降低，同时高温也将增加镁的烧损和蒸发;铁液沮度太低，球化剂不能熔化和被铁液吸收，而上浮至铁液表面燃烧或被氧化。

(6)滞留时间:铁液中镁的含最是随孕育处理后停留时间的增加而减少，其主要原因是因硫及镁、稀土的氧化与燕发造成的。

图5反映了滞留时间与残镁屋的关系(1), 一般情况卜，滞留时间不超过20mino(7)浇冒II:浇冒II若设计不合理，会产生浇注时间太长、铁液飞溅以及卷入空气，使镁、稀土氧化严重。

S.2防止措施⑴严格控制铁液成分:选择合适的碳当量;铁液中的含硫量应小于0 08% (其中生铁含硫不得大于0.03%,焦碳含硫不得大于0 08%),可采用小苏打进行脱硫。

1.球化衰退：这是由于球化铁水停留时间较长，残留镁逐渐减少，熔渣没有及时扒除，硫还会回到铁水中，使凝固组织中的石墨减少甚至消失，衰变为不规则状、蠕虫状或片状石墨。

这种球化衰退与球化剂中稀土含量较低、或者球化剂加入量偏低有一定的关系，但紧靠增加其加入量也很不可取，因为镁残余量高了，熔渣量和渗碳体都会增加，在厚大断面中还会使石墨球蜕变为蝌蚪状石墨。

生产实践表明：原铁水含硫量低对防止球化衰退才是有效的。

2.黑渣：它一般发生在铸件的上部（浇注位置），主要分为块状、绳索状和细碎黑渣。

黑渣的主要成分硅酸镁，是由铁水中MgO和Si02反应生成的，并受其相对含量的影响。

因此，作为控制黑渣的措施之一就是减少镁的残余量（加镁0.15%时，渣总量约占铁水重量的0.1%）,而残余稀土因与氧有很强的亲和力，在减少黑渣方面有明显的效果。

3.缩孔缩松：缩孔常出现在铸件最后凝固部位（热节处、冒口颈与铸件连接处、内角或内浇口与铸件连接处）,是隐蔽于铸件内部或与外表连通的孔洞。

缩松，宏观的出现在热节处，细微的收缩孔洞，大多是孔洞内部互相连通。

与球化元素有关的是，要控制残余镁和稀土不能过高，这对减少宏观和微观缩松都有明显效果，缩松倾向几乎与球化元素成正比。

3.石墨漂浮：过共晶成分的厚壁球铁件中，在浇注位置顶部，常常出现一个石墨密集区域，即〃始末漂浮〃现象，这是由于石墨与铁水密度不同，过共晶铁水直接析出的石墨受到浮力作用向上所致。

石墨漂浮程度与碳当量、球化元素的种类及残留量、铸件凝固时间、浇注温度等因素有关系。

镁能使球铁的共晶含碳量提高，碳当量相同的铁水，提高其残余镁量就能减少石墨漂浮，残留稀土量过高，有助于爆裂状石墨的升成。

4.石墨球异化：石墨球异化出现不规则石墨，如团块状、蝌蚪状、蠕虫状、角状或其他非圆球状。

这是由于球状石墨沿辐射方向生长时，局部晶体生长模式和生长速率偏离正常生长规律所致。

铸件中残余球化元素量超出应有范围时，如残余镁太高，超过了保持石墨球化所需的最低量时，也会影响石墨结晶条件，就容易产生蝌蚪壮石墨。