石墨开花的原因探讨

球墨铸铁旳化学成份
选择合适旳化学成份是确保球墨铸铁 取得良好旳金相组织和高性能旳基本条件， 化学成份旳选择既要利于石墨旳球化和取 得满意旳基体，以期取得满意旳性能，又 要使球墨铸铁具有良好旳铸造性能。
一、五大元素
1、碳和硅
因为石墨球对基体旳减弱作用很小，所以碳含量在 3.2-3.8%时，对力学性能无明显影响。拟定球墨铸铁旳 碳硅含量时，主要从确保铸造性能考虑，将碳当量选择在 共晶成份左右。
2、缩孔和缩松
特征：缩孔发生于第一次收缩阶段。 表面凹陷及局部热节凹陷，含气孔旳暗 缩孔，内壁粗糙。缩松发生于第二次收 缩阶段。被树枝晶分割旳溶池处成为真 空，凝固后旳孔壁粗糙、排满树枝晶旳 疏松孔为缩松。
原因：碳当量低，磷含量高，增长缩 孔缩松倾向。
措施：提升铸型刚度，如使用树脂砂， 提升铁液碳当量。
形核物质 1、石墨：未溶石墨、添加晶体石墨、非平 衡石墨 2、岩状构造碳化物基底 3、氧化物 4、硫化物/氧化物 5、铋及铋旳化合物
球墨铸铁旳孕育
球墨铸铁孕育旳主要性 灰铸铁、球墨铸铁孕育旳异同点 孕育衰退现象 提升孕育效果旳措施
a.选择强效孕育剂 b.必要旳S旳含量 c.改善处理措施 d.提升铸件冷却速度
这些条件旳实质在于变化石 墨结晶旳冷却情况。
球墨铸铁旳金相组织与力学性能旳关系
球墨铸铁旳力学性能是和它旳金相 组织亲密有关旳。确保铸铁中石墨球化 良好，是熔制球墨铸铁旳第一要求。
只有石墨球化，才干充分发挥金属 基体旳作用，使铸铁旳力学性能大幅度 提升。也只有石墨球化后，进一步变化 基体旳性能才更有意义。
球墨铸铁旳形成
球状石墨旳形成经历了形核与生长两个阶段。 其中旳形核是石墨旳首要过程，铁液在熔炼及随 即旳球化、孕育处理中产生大量旳非金属夹杂物， 初生旳夹杂物非常小，在随即浇铸、充型、凝固 过程相互碰撞、聚合变大，上浮或下沉，成为石 墨析出旳关键。

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。

1.上大学时，在工厂实习，老师把接近衰退的球铁（石墨已出现虫状）铁水再次孕育，石墨又回到球状。

这些铁水都取了试样，在实验室看金相。

所以我们常说，干球铁，“原材料是基础，孕育是关键”，这句话。

2.平常我们在生产现场，球化后的铁水，不管什么牌号（这个由终硅量和其他元素来决定），都要充分孕育，孕育越往后效果越明显，所以有在小端包孕育，浇口盆孕育和随流孕育等等操作，而且球化后，要求10-15分钟浇注完这包铁水，这里主要是要求保证一定的镁含量。

要严格按照球铁和孕育的规律来办事，来制定工艺，来操作。

所以说，保证一定的镁含量和孕育充分是我们作球铁必需同时具备的条件。

3.来新的单位后，针对风电球铁的生产和比较先进的球化理念，这里的操作异常，遇到了这个帖子主题的类似问题。

首先是原铁水硫的含量较低，0.01%左右，球化后，等待降温时间较长，在20分钟左右，最后温度满足要求浇注时，随流孕育比较充分（拉回了一些变态石墨），残余镁量较高，含碳量较高等等。

由于以上情况，铸件本体附铸试块（70毫米）石墨形态表面好，内部差，有的内部也可以，组织不均匀性很大，千奇百怪，从来没有遇到的情况和组织。

最后专家来帮助分析，“石墨叫团状（有一些絮状），石墨圆的少，团状的多，少量块状，异常石墨已经出现。

”（我看还有一些开花状，较少）。

但是机械性能，拉伸，低冲都合格了，UT合格了。

我估计这样的石墨疲劳强度可能有问题。

上面只是情况介绍。

记得技术文章讲，有专家做实验，灰铁里的石墨从片状，到虫状，到球状，再到开花状（是否包含团絮状，记不清了），是球化从没有到逐步球化，到球化正常，到球化过量各阶段石墨的表现形态，（当然，还有其他因素存在）我在新单位遇到的是很特出的情况，这里因为残余镁很高，石墨不可能变虫状，但由于球化后时间过长，（含碳也高），孕育衰退明显，石墨没有从球变成虫或者片，而是团状，絮状，少量开花状，有的专家讲是孕育衰退，我看有道理。

如果是球化衰退，则石墨要变成虫状或者片状了，就是指残余镁量很低的情况下。

Research and Development of The as-cast QTRSi4Mol
ZHANG Qian-qian, CHEN Li-nian (Dongfeng Investment Casting Co.,Ltd, Shiyan 442714, Hubei, China ) Abstract: The as-cast QTRSi4Mol was researched and developed through designing rational chemical composition and controlling proper melting process parameter・ The metallographic and conventional mechanical properties of the ductile iron were tested. The results show that as-cast QTRSi4Mol with this composition has excellent properties and meets the requirements. Key Words: As-cast; Silcon-molybdenum; Ductile iron; Mechanical properties
（6） 镁和稀土元素。镁是球化能力最强的元 素，但用镁做球化剂，在铁液 中具有强烈的脱氧和脱硫作用，可以抑制微量干 扰球化元素的反球化作用，促进石墨球化。本试 验残余Ce质量分数在0.03%以下。
2熔炼过程工艺参数的控制 2.1生产设备和炉料配比
(3 )猛。猛是一种扩大奥氏体区且稳定奥氏 体的元素，在球墨铸铁凝固时，少量的猛可以促
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濟科技 / AUTO SCI-TECH 2020年第3期

灰铸铁中石墨的分类分级与显微检测摘要介绍国标GB/T7216-2009、美标ASTMA-247（2010）及国际标准ISO945-1：2008对灰铸铁中石墨的分类分级；分析不同石墨形态的特点、成因及对性能的影响；对石墨的显微检测做了详细的说明。

关键词灰铸铁；石墨形态；石墨尺寸；检测位置灰铸铁是指显微组织中石墨成片状的铸铁，由于灰铸铁具有生产工艺简单、成本低廉和良好的使用性能等特点，所以在工业上得到广泛的应用。

GB/T9439-2010《灰铸铁件》中根据与同炉同包次相近的冷却条件下，按Φ30mm的单铸试棒的抗拉强度分级，规定了HT100、HT150、HT200、HT225、HT250、HT275、HT300、HT350八个级别的灰铸铁牌号。

各牌号中的数据为其单铸试棒具有的最低抗拉强度值（MPa）。

灰铸铁凝固结晶缓冷后的组织为：石墨+珠光体和铁素体（或全部珠光体），受化学成分、冷却条件等的影响，有时可出现磷共晶和碳化物。

在灰铸铁中，基体组织对性能会有影响，但对强度等起决定性影响的是石墨的形态及其大小。

1 国标、美标及国际标准中灰铸铁的石墨形态分类（1）美国材料与试验学会标准ASTMA-247（2010）将铸铁（包括灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁）中出现的石墨分为7种类型，分别用罗马数字Ⅰ到Ⅶ表示，而Ⅶ类（片状）石墨又分为A、B、C、D、E五种分布形状。

见表1。

表1 美国 ASTMA-247（2010）的石墨类型（2）国际标准ISO945-1：2008将铸铁中石墨形态分为种，分别用罗马数字Ⅰ-Ⅵ表示，与美标分类不同，Ⅰ类为片状、Ⅱ类星状、Ⅲ类蠕虫状、Ⅳ团絮状、Ⅴ团状、Ⅵ类为球状，未列开花状石墨。

Ⅰ型（片状）石墨再分为A、B、C、D、E五种形状。

（3）我国根据石墨形态特征和生产过程特点将铸铁分为球墨铸铁、灰铸铁、可锻铸铁及蠕墨铸铁四大类。

国标GB/T7216-2009《灰铸铁金相检验》将灰铸铁中石墨类型分为A、B、C、D、E、F共6种，其定义及说明见表3。

化学成分——硫 球墨铸铁中硫与球化元素的化合能力很强，生 成硫化物或硫氧化物，不仅消耗球化剂，造成球 化不稳定，衰退速度加快，而且还使夹杂物数量 增多，导致夹渣、气孔等铸造缺陷。 国外一般要求铁液含硫量低于0.02%，我国目 前由于焦炭含量较高等熔炼条件的限制，往往达
不到这一标准，应进一步改善熔炼条件，有条件
球铁的力度性能
球墨铸铁的力学性能以抗拉强度和延伸率两个 指标作为验收依据。 在生产工艺稳定的条件下，也可根据硬度值进 行验收。因硬度与强度的对应关系建立在球化合 格，化学成分、孕育稳定，铸造工艺合理的基础 上，为保证性能，规定按硬度验收时，必须检验 金相组织，其球化率不得低于4级。 即使硬度和球化合格，由于基体其中存在渗碳 体、磷共晶、高硅固溶强化等，可能使强度和韧 性达不到要求。所以不具备生产工艺稳定的条件 下，不能根据硬度值验收。
球状石墨的形成
球状石墨的形成经历了形核与生长两个阶段。 其中的形核是石墨的首要过程，铁液在熔炼及随 后的球化、孕育处理中产生大量的非金属夹杂物， 初生的夹杂物非常小，在随后浇铸、充型、凝固 过程相互碰撞、聚合变大，上浮或下沉，成为石 墨析出的核心。 球状石墨核心形成以后，碳原子开始在核心基 底上堆砌，石墨最终生成的形状决定受工艺条件 影响的生长方式。 所以，石墨生长过程的控制是获得球状石墨的 关键。
球墨铸铁的特性
球墨铸铁可以像钢一样，通过热处理 和合金等措施来进一步提高其使用性能。 比如，处理过的球墨铸铁可以取得很好的 韧性，延伸率高达24％；抗拉强度可以高 达1400MPa，基本接近钢材，与钢材相比， 球墨铸铁还有很多优点。比如铸造性能好， 成本相对较低。 由于球墨铸铁产量的不断增加，性能 不断开发，现已成功取代了锻钢和铸钢， 成为前景广阔的金属结构材料。

球 墨铸 铁 开花 状 石 墨 的 防止
魏传 颖 １ ， 钱
（． １ 安徽神剑科技股份有限公司 ， 安徽 合肥
进 ２王 劲松 １ ，
合肥 ２０ ２ ） ３ ０ ２
２ ０ ２ ；． ３０ ２ ２安徽天元动力设备厂 ， 安徽
摘要 ： 在铁路机车弹簧Ｃｆ （ Ｔ ５ — ０ 的厚壁处易 出现开花状石墨 ， ｂ ￣Ｑ ４ ０ １ ） Ａ 认为是该铸件两耳孔处为热 节部位 ， 加之浇注系统 不合理所致。为此采用垂直封闭式浇注 系统 、 选用低 Ｒ Ｅ球化剂 ， 以及控制铁液 出炉温度 ≥１５ ０ｏ 浇注温度在 １ ２ ～ ２ Ｃ， ０ ４
４ ０℃ ． ｈ ｔｒ ａ ｕ ｌ ｙｏ ｅ ｃ ｓｉ ｇ ａ ｒ ｖ ｄ ａ ｄ ｔｅ ｑ ａ ｉ ｅ ａ ｅ ｗ ｓｉ ｃ ｅ ｓ ｄ ６ ｔ ｅ ｉ ｅ ｎ ｌ ａ ｉ ｆｔ ａ ｔ ｓｗ ｓ ｉ ｏ ｅ ｎ ｈ ｕ ｌ ｉｄ ｒ ｔ ａ ｒ ａ ｅ ． ｎ ｑ ｔ ｈ ｎ ｍｐ ｆ ｎ Ｋｅ ｒ ｓ ｏ ｕ ａ ｏ ； ｘ ｌ ｄ ｄ ｇ ａ ｈｔ ； ｃｏ ｔ ｅｕ ｅ ｇ ｔ ｇ ｓ ｓｅ ｙ ｗｏ ｄ ：ｎ ｄ ｌｒｉ ｎ ｅ ｐ ｏ ｅ ｐ ｉ ｍｉ ｒ ｓ ｕ ｔ ｒ ； ａ ｉ ｙ ｔ ｍ ｒ ｒ ｅ ｒ ｎ
和力 学性 能 ， 件 外 观质 量 、 寸 精 度及 内在 质 铸 尺 量均 大 幅度提 高 。
作者 简介 ： 魏传 颖（ ９０１ 一 ， ， １７ ． ） 男 汉族 ， ０ 工程师 ， 主要 从 事铸 铁
合 金 的研 究 工作 。
度 由以前的 １３ｍ ～ ｍ下降到 目前 的 １ ｍ以下 。 ｍ
Ｐ ｅ ｅ ｔｏ ｆＥｘ ｌ ｄ ｄ Ｇｒ ｐ ｉｅ ｏ ｄ ｌ ｒ Ｉ ｏ ｒ ｖ ｎ ｎ ｏ ｐ ｏ ｅ ａ ｈ ｔ ｆＮｏ ｕ ａ ｒ ｎ ｉ

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。

球墨铸铁金相组织缺陷原因及防止方法概述摘要：比较了球墨铸铁与灰铸铁、碳钢的优缺点,介绍了显微缩松,夹渣,石墨漂浮,开花石墨球化,球化衰退,如球墨铸铁显微组织缺陷的特点,分析了化学成分、浇注温度、铸造工艺设计、砂型的紧性,组织基因的大小等因素,铸件壁厚对这些缺陷的形成有影响，并提出了相应的预防措施。

最后,指出球墨铸铁的显微结构决定了铸件的属性,可以采取根据各种金相组织缺陷形成的原因从而采用相应的措施,以提高铸件的质量,提高企业的市场竞争力和经济效益。

关键词：球墨铸铁；金相组织；缺陷；防止措施1前言与灰铸铁不同的是，石墨铸铁中的石墨是球形的，在基质上分解效率较低，使其不耐拉伸、可塑性和灵活性，一切都高于灰色铸铁；与碳钢相比，它的可塑性较低，疲劳与普通中等碳钢相比，几乎是普通碳钢的两倍，由于其生产成本低于钢。

此外，在球墨铸铁生产中，除了铸造缺陷外，还会出现一些独特的组织缺陷，如明显的微孔和夹渣、石墨浮花、石墨球化不良和球化衰退、白口和反白口、片状石墨和破碎石墨、磷共晶等。

这些组织缺陷各有特点，且相互关联，严重影响铸件的性能。

2显微缩松2.1特征球墨铸铁中的缩松是铸件硬化时出现的缺陷，而由于无铁液的补充从而出现了缺陷。

除了肉眼可见的松树宏观缩松外，除了出现在金属显微镜下外，还存在明显的边界；一般情况下，间隙呈金刚石角状(严格地说，微孔不属于金相缺陷范畴)。

收缩降低了铸件的力学性能，影响了加工铸件的表面质量。

2.1.1浇注温度铸件浇注温度高，有利于补缩；但浇注温度过高会增加液态收缩量，不利于消除缩孔、缩松。

2.1.2砂型紧实度砂岩厚度太低或不均匀，在金属或石墨膨胀的静态压力下，这种类型的型壁可能会变形使型腔扩大，不能很好地利用石墨化膨胀进行自补缩，容易导致铸件产生缩松。

2.1.3铸造工艺设计浇注系统、冒口、冷却器设计不当，不能保证液态金属的连续凝固;此外，冒口的数量和尺寸，以及与铸件的正确连接，都会影响冒口的进给效果，使铸件收缩疏松。

催化石墨化效应
催化石墨化效应指的是通过催化剂促进石墨化反应的过程。

石墨化是指将非晶态碳转变为具有结晶性的石墨材料的过程，通过这种转变可以大幅度提高材料的导电性、导热性和机械性能等。

催化石墨化效应的机制目前还没有清晰的理论解释，但已经有一些实验观察到的现象可以用来解释。

一种常见的观察是使用铁、镍等过渡金属催化剂在较低温度下对非晶态碳材料进行治疗，可以促进石墨形态的发展。

这些过渡金属催化剂在反应过程中可能起到了晶核形成的作用，从而使得石墨晶体局部区域的形成速度快于非晶态材料在整体上的结构重组速率。

此外，有研究表明催化剂还能够引导碳原子的排列，从而有助于石墨化反应的进行。

催化石墨化效应在碳纳米材料制备、碳纤维增强复合材料制备等领域具有重要应用价值。

通过优化催化剂的选择和处理条件，可以实现高效、低温的石墨化反应，从而提高材料的性能和制备效率。

80－90
70－80 60－70 小于60%
3、石墨大小 石墨球大小分级
级别 石墨直径（100×） mm 3级 >25－50 4级 >12-25 5级 >6-12 6级 >3-6 7级 >1.5-3 8级 ≤1.5
GB9441－1998球墨铸铁金相检验标准将石墨大小分成六级。 球墨铸铁石墨球的大小对力学性能的影响很大，减小石 墨球径，增加石墨球在单位面积的个数可以明显地提高球墨 铸铁的强度、塑性和韧性。 石墨球径的减小，使单位面积上球墨铸铁数量增多，可 使抗疲劳强度提高，因此，细化石墨也是提高抗疲劳强度的 一个要求。
硅
球墨铸铁中锰的作用就主要表现在增加珠光体的稳定性，帮助形 成碳化锰、碳化铁。锰有严重的正偏析倾向，往往有可能富集于共晶 团界处，严重时会促使形成晶间碳化物，显著降低球墨铸铁的韧性。 锰也会提高铁素体球墨铸铁的韧脆性转变温度，锰含量每增加 0.1%，脆性转变温度提高10～12℃。球墨铸铁中，由于球化元素具有 很强的脱硫能力，不需要锰承担这种功能。 因此，球墨铸铁中锰含量一般是愈低愈好，即使珠光体球墨铸铁， 锰含量也不宜超过0.4～0.6%。一般都是遵循这一规律的。 铸态铁素体Mn：0.3-0.4% 珠光体球铁Mn：0.4-0.6%
冒口处。微观观察石墨球串接呈开花状。
原因：碳当量和稀土残留量高，炉料原始尺寸大、 数量多，都可能增加石墨漂浮。 措施：建议C<4%，控制稀土含量，注意原生铁与 其他炉料的搭配。
硅的影响。 碳当量算式分别是CE％=C％+1/3(Si+P)％或CE％=C％+1/3Si％。碳是 铸铁生成石墨的来源，是石墨的自发晶核。硅在铸铁中含量较多，是强烈 促进石墨化的元素，能使铁碳合金的共晶、共析点向上向左移动，表明硅 降低了碳在液相和固相中的溶解度，增加了碳的活度，石墨就较容易析出 长大，促进了石墨化过程，因此增加部分硅就相当于增加部分碳。其关系 是当含硅1％时可使共晶点左移O．31％，即共晶点含碳量下降O．3％。将 CE％值和Fe—C稳定态相图上的共晶点C' 的碳量4．26％相比，即可判断某 一具体成分的铸铁偏离共晶点的程度，如CE％高于4．26％为过共晶成分； CE％低于4．26％为亚共晶成分；CE％=4．26％则为共晶成分。除衡量对凝

筑炉的操作要点：筑炉前准备：筑炉前必须保证整个炉膛中干净、无铁质杂物；磁轭处于紧固状态所有筑炉人员身上除了筑炉工具以外不准携带任何物件，包括不准抽烟。

在筑炉的过程中严禁任何杂物掉入炉里。

先选择合适的坩埚，并且外表面打磨平整、仔细除锈、打出气孔。

认真仔细的铺好石棉布，一定要保持石棉布的平整，以免影响炉衬厚度。

并且正确接好报警线、报警网以保证电炉正常的安全运行。

熔炼的知识要点：1、加配料的要求：严格按照配料单的要求，准确计量各种炉料，并且记录到《熔炼记录表》中。

严禁将潮湿的炉料加入炉膛内；不要加入管状或密闭容器，这是由于其中空气急剧膨胀，可能会引起爆炸。

禁止将含有大量杂质的炉料加入炉内（应进行喷丸处理后再加入），以防产生“结盖”而导致引发事故；按照目标成分的要求，准确计算补加量，确保最终的化学成分符合《熔炼作业指导书》的要求。

2、取样基本要求：取样分析应在铁料熔化并均匀后升至一定温度下进行，一般取样温度根据球铁和灰铁不同而不同，球铁一般在1400-1430℃，灰铁在1420-1460℃之间适宜。

取样时要做到快取快浇，以避免在途中铁水温度降低。

先取热分析试样，检测铁水的碳当量（CE），含碳量、含硅量，若有差异，进行成分调整，完毕后作再次检测，直至三者的数据符合《熔炼作业指导书》的要求，然后取光谱试样，主要检测铁水Mn、p、s以及其他合金元素，符合要求后方可出铁。

检测合格后出铁，电炉进入保温状态，必须监控好铁水温度，保持恒温（主要看炉前温度）。

若产生升温，超过1500度，则会产生碳的烧损而导致铁水不合格。

3、成分调整具体办法：含碳量调整用废钢或增碳剂作调整，含硅量用75硅铁作调整，含锰量用65锰铁作调整，当成份偏低时，具体补加公式为（实测值-目标值）*铁水量/（合金含量*吸收率）。

当成分偏高时，加入废钢以降低目标元素含量，但同时也会降低其它元素含量，比例是相同的，故加废钢时注意其它正常范围的元素是否超标，同时适当补加。

2021年 第2期 热加工98铸造C a s t i n g合成球墨铸铁金相组织缺陷产生原因及解决办法曹琨1，2，胡克潮2，赵子文1，2，苏义祥31.兰州兰石能源装备工程研究院有限公司 甘肃兰州 7303142.甘肃省高端铸锻件工程技术研究中心 甘肃兰州 7303143.兰州理工大学材料科学与工程学院 甘肃兰州 730050摘要：采用光学显微镜、扫描电镜分析了合成球墨铸铁生产过程中常见金相组织缺陷，包括石墨漂浮、球化不良、球化失败、碳化物超标、缩松和缩孔等问题，并提出工艺控制要点及解决措施，为生产同类铸件提供了可借鉴经验。

关键词：合成铸铁；金相组织；球墨铸铁；工艺控制1 序言球墨铸铁件具备中高强度和韧性、优异的耐磨性和减振性以及良好的铸造工艺性能等特点，是目前最具发展潜力的“以铁代钢”的铸造材料[1，2]。

目前，许多铸造企业开始采用废钢增碳技术（即合成铸铁）替代铸造生铁生产球墨铸铁件的方法来降低成本。

用该方法熔炼的球墨铸铁力学性能十分优异，铸态下力学性能可达到QT700-2级别材料要求，无需进行正火处理（只进行去应力退火），能够减少一火次能源消耗，符合国家倡导的绿色可持续发展理念[3]。

与传统生铁熔炼方式不同，合成球墨铸铁熔炼过程中原铁液化学成分发生改变，生产过程中如果控制不当容易出现较多铸造缺陷。

目前，应用合成球墨铸铁技术的报道较多[4-12]，但是对于合成球墨铸铁在生产过程中的自身特性、容易出现的质量问题及关键控制要点的报道甚少。

本研究主要从金相组织角度出发，针对生产过程中常见的金相组织缺陷进行分析并提出解决方案。

2 石墨漂浮合成球墨铸铁的核心是将废钢中的碳含量（w C 为0.2%左右）增至工艺要求范围（w C 为3.6%~3.9%），如果碳含量超标（w C ≥4.0%），则会出现石墨漂浮现象，如图1所示。

从图中可以看出石墨呈开花状、爆裂状，这种组织降低了球墨铸铁力学性能和表面质量。

腐蚀态金相照片显示，石墨周围铁素体组织呈破碎状，使珠光体含量达到95%，抗拉强度453~532M P a ，屈服强度431~477M P a ，伸长率1.5%~3%，硬度208~214HBW ，表明开花、爆裂状石墨对基体组织产生明显割裂作用，降低了产品力学性能。

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表Ｉ 为我们对一段时期 的产 品质 量统计分析 从表
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废 品率 为 ４５ ％ ． 中 石墨 开 花 ．ｌ 其
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二、原因分析及应对措施
１ 开花状石墨的形成 ．
（）球状 石墨主要是从铁液 中直接析 出，并按 螺形 １ 位错生长 。石 墨 刚从 铁 液 中析 出 时 ，由于铁 液 温度 较 高 ，石墨可能生长也有可能被熔 解。随着铁液 温度 的降 低 ，石墨生长加快 ，当石墨 长大到一定尺 寸后 ，在铁液 热混流的作用 下 ， 石墨容易破裂 ，形成开花状石墨。 （）共 晶转变 时，随着温度 的降低 ，铁液 中的碳通 ２ 过奥氏体边界 析出到被奥氏体包 围的石墨球上 的速度加 快 ，这样 石墨球 的体积增大而奥 氏体的边界被 束缚 ，使
际生产过程 中采取增碳处理后应将炉 内铁 液温度提 高到
１６ —１８℃，并过热 １ １ｒｎ ５０ ５０ ０ ５ ｉ，使未熔的大石墨充 ａ
分熔解为均匀的小颗粒 石墨 ，以保证球化 良好 ；另一方 面，配料时铁液中的碳最 好一 次性 配到工艺要 求的范 围 内，这就要求配料人员必须准确估算炉 内剩余 铁液量 和 使用 的回炉料的化学成分 ，这会使生产节 奏好 ，并 降低
增碳
石墨在有外力作用时会 引起应 集Ｌ ，从而使 力学 性能 Ｉ ＿ Ｊ 降低

１ 前言
防措施 。
挤压 线 的产 品结 构 以生产 大批量 高 强度 高延 伸 ２ 基本 生产 工艺 率 的铁素 体基 球 墨铸 铁 为 主 （ Ｑ ４０—１Ａ） 在 如 Ｔ５ ２ 大批量 生产过 程 中 。 由于 铁水 的碳 当量 较 高 ， 金相 组 织 中石 墨 开花成 为 导致 其 力 学 性 能 （ 如抗 拉 强 度 和 延伸率 ） 不 到 质 量 要求 的 主要 因素 。为 了提 高 产 达 品 的合 格率 ， 减少 产 品 的质量 隐患 ， 我们 在 生产 中对 挤 压线 一 段 时期 的 产 品质 量 进 行 了统 计 分 析 与研
５ ０Ｃ ０—１ ５分钟 ， 未 熔 的大石 墨 充 分熔 解 使 ４２ １ 炉前 增碳 ： ．． 根据 开 花状 石 墨 球 的形 成 过程 可 １８ ￣ 过 热 １ 知， 炉前增 碳 造成 炉 内表 面铁 水 中石 墨 的遗 传 ， 遗 为均匀 的小 颗 粒 石 墨 以保 证 球 化 良好 。另 一 方 面 ，
４ 石墨 开花 的成 因及 表现
４ １ 开花状 石 墨的形 成 ．
过 多 导 致球 化 不 良， 相 组 织 出现 片 状 和蠕 虫 状 石 金
墨 。②石墨生长过快但 又不稳定 导致石 墨破裂， 出
现 石墨 开花 。
．． 过低的出炉导 ４ １ １ 球 状石 墨 主要是 从 铁 水 中直 接 析 出 ， 按 螺 ４ ２４ 当前炉次的出炉温度 比较低 ： ．． 并
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第１ 第１ Ｏ卷 期 ２０ ０ ７年 ３月
湖 北 职 业 技 术 学 院 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｂ ｉＶ ｃ ｔ ｎ ｌ ｅ ｈ ｉａ ｏｌｇ ｏ ｒ ａ ｆＨｕ ｅ ｏ ａｉ ａ —Ｔ ｃ ｎｃ ｌＣ ｌ ｅ ｏ ｅ

球铁开花状石墨成因分析解答一：球铁曲轴法兰部位有时发现开花状石墨，“热节顶面没冷冒口、避开内浇道”属常规办法，如你厂曲轴铸件难以做到，建议：①首先考虑降低w(Si)量，如果w(Si)量不能降低，再适当降低CE。

CE不大于4.4％，石墨就不太容易开花。

②尽量增加石墨球数，球数越多、越细小，越不容易开花。

可考虑降低原铁液w(Si)量，加大炉后孕育量和增加随流孕育。

③适当降低浇注温度，加快共晶凝固速度。

④如果上述几条都难以做到，可考虑在容易出现缩孔缩松的部位(曲拐内圆角)设置冷铁，不必完全依赖高CE补缩。

对于中型以下的曲轴，只要冷铁尺寸合适，不会造成碳化物超标。

一般认为，造成开花状石墨的原因是：球铁中w(c)量过高，使得铁液中的碳浓度增高，导致石墨球生长过快、过大，造成石墨球开花。

Si能降低C在铁液中的溶解度，促进石墨析出、并扩大共晶温度区间，所以高w(Si)量会进一步加剧石墨开花。

原理大致如下：①从铁液中析出的石墨，按螺旋形位错生长成球状。

石墨球外围是一层共生的奥氏体壳，铁液中的C原子渗过奥氏体壳不断堆积到石墨球表面。

在结晶潜热或热扰流下奥氏体壳局部可能会被瞬间重熔，使得C原子直接向石墨球表面快速堆积，形成开花状石墨。

②因CE过高，使石墨球成长加速，导致奥氏体壳应力迅速提高并破裂，形成石墨球开花。

总之，开花状石墨直接与高CE和奥氏体壳生长不稳定有关，一个是必要条件，一个是充分条件。

值得注意的是，开花石墨和石墨球衰退是两个不同的概念，尽筲两者都降低球铁的球化率评级。

解答二：试验研究和生产实践证明，球铁件产生开花状石墨的根本原因是CE过高，超过共品成分，由于过共晶石墨析出发生石墨漂浮而引起的。

对铸件的石墨漂浮层进行观察会发现如下规律：在漂浮层的顶部，石墨一般保持良好的球形，尺寸相对较小，数量较多，石墨球互相紧靠聚集在一起，石墨球与石墨球邻接邮位没有金属基体隔离，说明这些过共晶球状石墨周围并没有奥氏体外壳包围，由于石墨的密度小于铁液密度，因而容易上浮。

开花形石墨大多在大断面球墨铸铁的热节处,或当球墨铸铁的碳当量过高,于石墨漂浮区出现."一般产生在铸件冷却位置的上表面，砂芯的下表面和铸件的死角处，厚大件易出现这种缺陷。

在断口上表面往往呈现均匀的一层密集的黑斑；石墨漂浮区的金相组织是球状石墨或开花石墨积聚，严重时石墨完全爆裂。

与正常银白色组织相比有明显的分界线。

这些物质大量集聚，削弱了肌体，使金属的力学性能大大降低。

以上就是所讲的石墨漂浮区。

原因分析⑴铁液碳当量超过共晶点，初生的球状石墨在高温液态下析出，由于密度的差别和镁蒸气泡上浮的带动，使部分石墨球上浮至铸件上表面集聚，随后在共晶转变时迅速长大，形成石墨漂浮。

⑵铸件厚大，液态停留时间长，为石墨漂浮创造了条件。

⑶铁液稀土含量低时，碳在铁液中的溶解度会降低，大量的石墨析出加剧了石墨漂浮。

⑷浇注温度太高，凝固时间越长，石墨漂浮的倾向越大。

⑸处理后的铁液停留时间越长越容易产生石墨漂浮。

防止方法:⑴严格控制铁液的碳当量，壁厚大于70毫米的铸件，其碳当量必须小于4.55％，壁厚小于30毫米的铸件，其碳当量必须小于4.70％。

当壁厚小于6mm时其碳当量可以略大于4.70％。

⑵在厚壁处设置冷铁，加快冷却速度，减少石墨漂浮。

⑶对于厚大件可加入钼铁或铬铁等强烈阻止石墨化的元素，减少石墨漂浮。

⑷对于壁厚差较大的铸件，可加大加工余量或加大冒口的办法，让石墨漂浮在加工时被切除。

⑸适当降低浇注温度。

⑹内浇口开设在较薄部位，采用均衡凝固，减少厚壁处的凝固时间。

⑺在保证球化的前提下，控制稀土镁加入量。

采用低硅铁液，加大孕育的方法zhutie sh一moP一aofu铸铁石墨漂浮(carbon flotation of Castiron)熔解于铁水中的过饱和碳，随着铁水温度的下降，碳以石墨形态析出于铸件表面，是球墨铸铁、蠕墨铸铁等高碳当量铸铁易发生的缺陷。

常出现在铸件厚壁处上表面、砂芯的下表面或铸件最后凝固处，如冒口、冒口颈边缘。