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[交流] 球墨铸铁件实现无冒口铸造的条件

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    [LV.8]以坛为家I

    发表于 2018-2-18 13:47:50 | 显示全部楼层 |阅读模式

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    x
         球墨铸铁凝固特点
    % h% V, ~1 N, a$ t& \* }4 h
    0 |' ^2 X( s% }9 o7 D8 u     球墨铸铁与灰铸铁的凝固方式不同是由球墨与片墨生长方式不同而造成的。& t: F0 W3 |# z$ T
    & v+ z% S+ m7 G4 W
         在亚共晶灰铁中石墨在初生奥氏体的边缘开始析出后,石墨片的两侧处在奥氏体的包围下从奥氏体中吸收石墨而变厚,石墨片的先端在液体中吸收石墨而生长。
    8 D# M5 y! w: ^( V/ z# t4 W9 V! v; f4 R# F. H* @
         在球墨铸铁中,由于石墨呈球状,石墨球析出后就开始向周围吸收石墨,周围的液体因为w(C)量降低而变为固态的奥氏体并且将石墨球包围;由于石墨球处在奥氏体的包围中,从奥氏体中只能吸收的碳较为有限,而液体中的碳通过固体向石墨球扩散的速度很慢,被奥氏体包围又限制了它的长大;所以,即使球墨铸铁的碳当量比灰铸铁高很多,球铁的石墨化却比较困难,因而也就没有足够的石墨化膨胀来抵消凝固收缩;因此,球墨铸铁容易产生缩孔。
    : {9 e$ @8 y  P6 k* Q# B' a( C. s* t  b) l2 N4 ~
          另外,包裹石墨球的奥氏体层厚度一般是石墨球径的1.4倍,也就是说石墨球越大奥氏体层越厚,液体中的碳通过奥氏体转移至石墨球的难度也越大。4 ]! Y: t2 p1 y/ e, [4 S- q
    3 A7 }! x% d! E
          低硅球墨铸铁容易产生白口的根本原因也在于球墨铸铁的凝固方式。如上所述,由于球墨铸铁石墨化困难,没有足够的由石墨化产生的结晶潜热向铸型内释放而增大了过冷度,石墨来不及析出就形成了渗碳体。此外,球墨铸铁孕育衰退快,也是极易发生过冷的因素之一。; w6 _* d" F4 A% m5 x) v

    $ Q3 N) s) f! A1 Q      球墨铸铁无冒口铸造的条件
    3 [' \8 }; X8 N; D- ~3 B' ]8 @9 Z
          从球墨铸铁的凝固特点不难看出,球墨铸铁件要实现无冒口铸造的难度较大。笔者根据自己多年的生产实践经验,对球墨铸铁实现无冒口铸造工艺所需具备的条件作了一些归纳总结,在此与同行分享。
    ( U* c4 I. O3 n; V; G+ {! j0 m+ P' Y
          1、铁液成分的选择
    4 b! R( q: ~& @/ Z* ]5 b1 }3 l( i
    % N! ]# R. ?, J4 n" `      碳当量(CE)
    - u" l' ]4 W3 O* g" S1 I
    3 x2 ]/ ]0 V( h: W: g      在同等条件下,微小的石墨在铁液中容易溶解并且不容易生长;随着石墨长大,石墨的生长速度也变快,所以使铁液在共晶前就产生初生石墨对促进共晶凝固石墨化是非常有利的。过共晶成分的铁液就能满足这样的条件,但过高的CE值使石墨在共晶凝固前就长大,长大到一定尺寸时石墨开始上浮,产生石墨漂浮缺陷。这时,由石墨化引起的体积膨胀只会造成铁液液面上升,不但对铸件的补缩毫无意义,而且由于石墨在液态时吸收了大量的碳,反而造成在共晶凝固时铁液中的w(C)量低不能产生足够的共晶石墨,也就不能抵消由于共晶凝固造成的收缩。实践证明,能够将CE值控制在4.30%~4.50%是最理想的。, u/ K$ r5 }. N+ L5 j; a

    4 [, h- k" c( z/ z- v, X5 a. w      硅(Si)2 g6 E6 ]) O9 ]0 n* G' W! B; Z
    . V' }8 L  t' ?4 d4 l8 z
          一般认为在Fe-C-Si系合金中,Si是石墨化元素,w(Si)量高有利于石墨化膨胀,能够减少缩孔的发生。很少有人知道,Si是阻碍共晶凝固石墨化的。所以,不论从补缩的角度考虑,还是从防止碎块状石墨产生的角度考虑,只要能通过强化孕育等措施防止白口产生,都要尽可能地降低w(Si)量。8 F. v  @$ N0 O! ?  B4 Y1 R9 s
    4 g9 U0 l+ o; X/ {/ T) S
          碳(C)
    , |- a& t8 ?+ ]" O8 ~8 F' [4 h
    + m  u& L# A: i- t% D# Y$ h7 o      在合理的CE值条件下,尽可能提高w(C)量。事实证明球墨铸铁的w(C)量控制在3.60%~3.70%,铸件具有最小的收缩率。- y  \) S, e6 ~  X; p# E: M0 p1 Y: Z

    5 L: F+ c8 W6 X0 P; u      硫(S)( y3 l( b: \( P) }/ E* D9 o
    ; {+ ]8 a0 z7 w/ d+ R- {
          S是阻碍石墨球化的主要元素,球化处理的主要目的就是脱S,但球墨铸铁孕育衰退快与w(S)量太低有直接关系;所以,适当的w(S)量是必要的。可以将w(S)量控制在0.015%左右,利用MgS的成核作用增加石墨核心质点以增加石墨球数,减少衰退。9 R( \0 ~7 U* ^/ t' f
    $ |  k7 A# h+ F' Q
          镁(Mg)
    ' C, y" H2 z$ |( W* s, ?
    6 T% J2 i- m% Q* O0 y. e9 E      Mg也是阻碍石墨化的元素,所以在保证球化率能够达到90%以上的前提下,Mg应尽可能低。在原铁液w(O)、w(S)量不高的条件下,残留w(Mg)量能够控制在0.03%~0.04%是最理想的。, f; X& w! Z3 X1 }1 w
    ! s$ J3 y3 I' F8 N
          其它元素
    0 Q  }) m4 v# r: G: R" z" h' B9 C' w9 c  P
          Mn、P、Cr等所有阻碍石墨化的元素越低越好。
    5 Z0 k& P; `, m3 {3 l( E+ N. l  h: w( ]  i( d
           要注意微量元素的影响,如Ti。当w(Ti)量低时,是强力促进石墨化元素,同时Ti又是碳化物形成元素,又是影响球化促进蠕虫状石墨产生的元素,所以w(Ti)量控制得越低越好。笔者公司曾经有一个非常成熟的无冒口铸造工艺,由于一时原材料短缺而使用了w(Ti)量为0.1%的生铁,生产出的铸件不但表面有缩陷,加工后内部也出现了集中型缩孔。
    8 Q! e$ b  h& {+ I6 }
    ) A- f3 a2 {0 P+ T$ E/ j6 Y      总之,纯净原材料对提高球墨铸铁的自补缩能力是有利的。
    ( |0 `. s9 ^7 {7 B  d
    / ?7 L. M# o+ A6 N* e! U      2、浇注温度" o" w5 v5 y* r4 ]# {, [

    ) C: t# ^" P9 {7 g      有实验表明,球墨铸铁的浇注温度从1 350℃到1 500℃对铸件收缩的体积没有明显的影响,只不过缩孔的形态从集中型逐渐向分散型过度。石墨球的尺寸也随着浇注温度的升高逐渐变大,石墨球的数量逐渐减少。所以没有必要苛求过低的浇注温度,只要铸型强度足够抵抗铁液的静压力,浇注温度可以高一些。通过铁液加热铸型减少共晶凝固时的过冷度,使石墨化有充足的时间进行。不过,浇注速度要尽可能地快,以尽量减少型内铁液的温度差。
    * f/ Y$ q% D! Y; Y5 B8 ^+ n# s" d& ?+ O+ N
          3、冷铁3 w4 ^+ C- b1 p3 R6 g' V
    1 U" [& v% P2 i" ]" ?' S2 }
          根据笔者使用冷铁的经验及利用以上理论分析,冷铁能够消除缩孔缺陷的说法并不确切。一方面,局部使用冷铁(如打孔部位),只能使缩孔转移而不是消除缩孔;另一方面,大面积地使用冷铁而获得了减少补缩或无冒口的效果,只是无意识地增加了铸型强度而不是冷铁减少了液体或共晶凝固收缩。事实上,如果冷铁使用过多,影响了石墨球的长大及石墨化的程度,相反会加剧收缩。4 f, v$ U$ T$ Q# ~; n4 h
      O% S& U  B+ r2 f3 [. j
          4、铸型强度和刚度
    ) J6 a% w# d+ P$ G, k$ a% I% L: X3 e: W
          由于球铁大都选择共晶或过共晶成分,铁液在铸型中冷却至共晶温度所经过的时间较长,也就是铸型所承受的铁液静压力的时间要比亚共晶成分的灰铸铁要长,铸型也就更容易产生压缩性变形。当石墨化膨胀引起的体积增加不能抵消液体收缩+凝固收缩+铸型变形体积时,产生缩孔也就在所难免。所以,足够的铸型刚度及抗压强度是实现无冒口铸造的重要条件,有许多覆砂铁型铸造工艺实现无冒口铸造既是这一理论的证明。4 x/ Q, e) L4 S. q) A

    2 {& W. V/ V) g" M6 k' o3 P2 b      5、孕育处理
    2 G( _2 `1 [" `7 ?3 |
    . B  p! R5 F6 X2 e( p& C( ^, A      强效孕育剂及瞬时延后孕育工艺既能给予铁液大量的核心质点,又能防止孕育衰退,能够保证球墨铸铁在共晶凝固时有足够的石墨球数;多而小的石墨球减少了液体中的C向石墨核心转移的距离,加快了石墨化速度,短时内大量的共晶凝固又能释放出较多的结晶潜热,减少了过冷度,既能防止白口的产生,又能加强石墨化膨胀。因而。强效孕育对提高球墨铸铁的自补缩能力至关重要。
    3 \8 h) Y- f/ B) _5 F% W- {% F8 F5 y" u9 m
          6、铁液过滤9 @" p: t2 H. F( p5 y! J
    9 L# d" o/ e: e3 z
          铁液经过过滤,滤除了部分氧化夹杂,使铁液的微观流动性增强,可以降低微观缩孔的产生几率。
    ) C5 ?* ~1 P, J" z
    ' {/ O! i2 \; `8 V; \      7、铸件模数
    * Z# S3 e) G; W$ a  R0 w( K/ ^6 h
    9 m/ ?; r; M3 U) h( |      由于铸态珠光体球铁需要加入阻碍石墨化的元素,这会影响石墨化程度,对铸件实现自补缩目的有一定影响,所以有资料介绍,无冒口铸造适用于牌号在QT500以下的球墨铸铁。除此之外,由铸件的形状尺寸所决定的模数应在3.1 cm以上。
    8 w/ n* f. @7 O6 E' f
    % a& i: {, _. p) [& {1 h      值得注意的是,厚度<50 mm的板类铸件实现无冒口铸造是困难的。
    9 L3 T) P/ y6 f0 M! L2 B" ?3 j+ n. A  ]6 {' F/ q1 T1 n
          也有资料介绍,对QT500以上的球墨铸铁实现无冒口铸造工艺的条件是其模数应大于3.6cm。
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    2018-3-18 07:14
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    [LV.10]以坛为家III

    发表于 2018-2-18 19:06:03 | 显示全部楼层
    本帖最后由 castengineer 于 2018-2-19 19:08 编辑
    / S, u% r( B$ q0 F4 {. p& D) q7 y: p9 c  a4 O% e. z: L0 |
    球墨铸铁的浇注温度从1 350℃到1 500℃对铸件收缩的体积没有明显的影响---/ I, B  v5 a# y( \* {7 V

    ! K( v: p& e' Y% t! }7 ^对于CE值4.5(C;3.6 ;SI;2.7)的球铁凝固试验.1400度时液体无冒口铸造的凝固体积变化的影响值与1350度及1300度是不同的8 `6 ^! U: K7 ^/ w- Y: M3 w: N
    液体收缩的影响.视球铁CE的变化.变动不大.初晶石墨的膨胀.共晶奥氏体的收缩量.共晶石墨的膨胀量.这三个因数视CE值变动比较大.这些变动量及我们制定的工艺对这些因数变动的约束量.在铸造现场往往都是不不稳定的变量.这样,无冒口铸造就是一个比较复杂性的工艺控制过程.致于适用于的模数值.也只不过是参考值.9 |, B' @0 b4 g" a# w
    那均衡凝固理论.在纸面上的两涨两缩的数字综合数值,对均衡凝固可以有无数交集.但实际应用.这两涨两缩数值,每一项的变量,做为我们现场均不可控.很难使控制综合值在正值上.以达到无冒口铸造.或如均衡理论鼓吹的那个实效....
    4 L3 [  L6 D( V; V所以.对于均衡凝固我只要知晓原理尽可能运用既可.没必要岢求其最大应用效果.
    # k$ v& }% M: R4 N8 U3 z均衡凝固理论,主要在原理上大谈共晶石墨的膨胀的作用的影响.这是极其片面和错误的.' [: E- Q, N2 t* |& t& s. K
    6 n3 N9 |8 I2 P8 X( A% ~5 ]1 Q) b; B: K
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    [LV.Master]伴坛终老

    发表于 2018-2-18 14:10:38 | 显示全部楼层
    铸件模数和周界商是需要考虑的指标,还有个容易掉坑里的地方就是砂型的紧实度,紧实度不够,等着出问题吧
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     楼主| 发表于 2018-2-18 14:12:30 | 显示全部楼层
    铸造小猫 发表于 2018-2-18 14:10/ b: D$ i" a2 e$ n' O9 J4 a% w, ^! y
    铸件模数和周界商是需要考虑的指标,还有个容易掉坑里的地方就是砂型的紧实度,紧实度不够,等着出问题吧:l ...
    7 l: }6 U* D3 X' i& I3 {3 m
    紧实度必须要保证的,当然,还有砂箱的刚度,这绝对是常识。
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    发表于 2018-2-18 14:19:07 | 显示全部楼层
    njrzm 发表于 2018-2-18 14:12
    ( x# O1 i, q6 p; u0 [% a: r紧实度必须要保证的,当然,还有砂箱的刚度,这绝对是常识。
    - }- E# |0 j5 [  x5 n
    见过某些干大件的砂箱,钢板厚度有40-50MM
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    [LV.Master]伴坛终老

    发表于 2018-2-18 15:27:41 | 显示全部楼层
    说这个让我想起来一件事情,曾经见过浇注完成后的铸件,砂箱变形了。无冒口铸造的砂箱刚度要好,不然等着出问题。  E8 v& G- x9 `) h- N+ t8 L9 z" L
    在用震实台后,型砂紧实度会好很多
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    8 小时前
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    [LV.Master]伴坛终老

    发表于 2018-2-18 16:59:24 | 显示全部楼层
    铸造小猫 发表于 2018-2-18 15:27
    7 V# M4 \4 m9 n6 z5 H6 h说这个让我想起来一件事情,曾经见过浇注完成后的铸件,砂箱变形了。无冒口铸造的砂箱刚度要好,不然等着出 ...
    $ Y6 {7 H1 G* b- X' h
    关于砂箱的刚度问题,很多小铸造企业,包括一些不小企业的铸造车间都没有足够的重视~
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    发表于 2018-2-18 17:52:25 | 显示全部楼层
    老翻砂匠 发表于 2018-2-18 16:59% O  [* x; q# Q6 @' D# b
    关于砂箱的刚度问题,很多小铸造企业,包括一些不小企业的铸造车间都没有足够的重视~ ...

    9 ^5 S* i# Y4 W- L目前干厚达件球铁的企业,很多砂箱的钢板厚度都还可以,估计都是吃过亏的
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    2021-10-28 10:45
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    [LV.10]以坛为家III

    发表于 2018-2-18 18:10:54 | 显示全部楼层
    铸造小猫 发表于 2018-2-18 17:52
    ) _% w4 j' r& U# q# Z$ @目前干厚达件球铁的企业,很多砂箱的钢板厚度都还可以,估计都是吃过亏的   ...
    ' K# w$ W# i/ [$ _0 z
    最看不惯的就是用铁皮焊接砂箱!
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    发表于 2018-2-18 18:41:59 | 显示全部楼层
    铸造小狗 发表于 2018-2-18 18:105 I1 w1 A6 o% q; t
    最看不惯的就是用铁皮焊接砂箱!
    1 `$ O4 u0 K) ^( S6 F0 ^
    多厚的铁皮?
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    8 小时前
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    发表于 2018-2-18 19:31:30 | 显示全部楼层
    castengineer 发表于 2018-2-18 19:06
    ( B( M! a. L3 ]( \球墨铸铁的浇注温度从1 350℃到1 500℃对铸件收缩的体积没有明显的影响---8 I! a( U0 F* A0 x( G& h
    这一点是不对的,! I0 W1 `% ?/ P  x( {; p
    对于CE值4.5(C; ...
    由于球铁大都选择共晶或过共晶成分,

    , d, u' [) _9 Q' B6 t  I6 N( j其实,球铁也多为亚共晶或共晶成分,只不过是共晶点向左移了,这样就显得像是过共晶~
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    [LV.10]以坛为家III

    发表于 2018-2-18 19:39:24 | 显示全部楼层
    本帖最后由 castengineer 于 2018-2-18 22:06 编辑
    . x6 T: _; M: d
    老翻砂匠 发表于 2018-2-18 19:31% _: c: @8 n# O$ \1 G
    其实,球铁也多为亚共晶或共晶成分,只不过是共晶点向左移了,这样就显得像是过共晶~ ...
    " t4 L2 G4 c, u. I% n$ S4 M
    1 |* `0 N/ e& }, Y& L
    是的.( T$ H6 Y& J8 i+ [9 W# C/ \
    - |5 K7 A; {$ X5 H: v
    如对于CE值4.5(C;3.6 ;SI;2.7)的共晶点成分.碳为3.37%.碳在初晶奥氏体中的溶解度为1.56%碳.,共晶点的左移碳为3.37%" ]. H. q# ~* g( c; t" E! i5 ?* b% C
    配碳量3.6%碳对于4.3%碳量是亚共晶成份.
    . t; P, c2 q& J, _但配碳量3.6%碳.对于3.37%的共晶点碳量,是过共晶的成份.另一个因素.硅更加速了石墨化的转变.这才是球铁制做之原理得以应用.才会使我们相对于的球铁控制手段,能行之有效.
    ) p0 Q: S. l8 [' K: j* F" f( ]; h- _( u& H2 |
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     楼主| 发表于 2018-2-19 10:02:23 | 显示全部楼层
    铸造小猫 发表于 2018-2-18 18:419 m1 Y5 ]6 x* G. S& Q5 v& o
    多厚的铁皮?
    ! I$ S8 J* ^0 ~5 [! a2 p( f
    也就是2~3mm吧
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    发表于 2018-2-22 17:27:46 | 显示全部楼层
    njrzm 发表于 2018-2-19 10:02$ L* i# A+ c( f8 ^; d
    也就是2~3mm吧
    2 j; A. V2 S2 x' w
    这么薄还不如用纸糊一个算了
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    发表于 2018-2-22 17:33:30 | 显示全部楼层
    fbi-2008 发表于 2018-2-22 17:27
    3 r" {# q5 f9 O0 v这么薄还不如用纸糊一个算了

    : H: c# B" Y; T2 Z/ J9 N0 ?我也见过薄铁皮焊接做水玻璃砂的砂箱,个个都已严重变形,依然在用~
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    发表于 2018-2-23 13:24:09 | 显示全部楼层
    njrzm 发表于 2018-2-19 10:02
    3 n% j  H% R- m+ Q2 Z! \也就是2~3mm吧
    4 N5 X" N4 S3 O( U) W' Y, F- P4 H
    这么薄的铁皮,给我当废钢用我还要抱怨两句
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    发表于 2018-2-23 19:26:14 | 显示全部楼层
    铸造小猫 发表于 2018-2-23 13:24
    & p( k# R( k/ d( N8 g这么薄的铁皮,给我当废钢用我还要抱怨两句
    0 U+ k1 e& {0 L2 `
    材大气粗的主。* Z+ T1 H. ~0 S0 o, Y+ T3 E3 t
    如果是冲压下来的边角料,说明杂质少性能好
      ^4 y! w5 s% v4 _
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    [LV.5]常住居民I

    发表于 2018-3-22 17:41:50 | 显示全部楼层
    " 另外,包裹石墨球的奥氏体层厚度一般是石墨球径的1.4倍,也就是说石墨球越大奥氏体层越厚,液体中的碳通过奥氏体转移至石墨球的难度也越大。"% L# n3 m/ t( a" t3 F( B
    ; V  N2 L: L8 p8 D) B, h9 y: a# @
    很想知道奥氏体层厚度与无冒口铸造的关系?
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    发表于 2018-3-26 08:18:01 | 显示全部楼层
    本帖最后由 castengineer 于 2018-3-26 08:55 编辑
    ' A7 A: \; r# m+ G: ~
    dlee 发表于 2018-3-22 17:41
    & N9 I9 i. l$ `4 {" 另外,包裹石墨球的奥氏体层厚度一般是石墨球径的1.4倍,也就是说石墨球越大奥氏体层越厚,液体中的碳通 ...
    8 k! {/ R0 `( ^$ c2 S6 f" U

    " q9 I5 t; N9 u! E包裹石墨球的奥氏体层厚度一般是石墨球径的1.4倍----
    # [- j1 e' n: q% y7 H2 k这样的数量化.很不科学.因为球外奥氏体层的形成过程.不同于滚元宵模式形成的.其它的因素都会影响石墨球的奥氏体层的形态和厚度.
    " G( J& T" I& g8 q, q: b
    3 N* r" l7 ?6 s5 \: [: v; I9 \很想知道奥氏体层厚度与无冒口铸造的关系?----! B" O  p% i8 e# B2 c
    1:奥氏体层厚度大并不决定对无冒口铸造有利,而是要看奥氏体的共析转变率.
    $ x9 N% D% R/ L8 c  {1 q0 p2:球数多,奥氏体的共析转变率大.有利于无冒口铸造.这种情况下.球外铁素体易成面积存在.,面心立方晶格γ-Fe又转变为体心立方晶格的α-F.这又有会直接影响无冒口铸造.
    - m( s* H4 R9 k$ y3:无冒口铸造多和铸造过程中,其它因数有关.而奥氏体层厚度与无冒口铸造的关系,只不过有影响.但不是直接关系因子.3 Q+ T) e3 u, r- v% o- ?
    4:石墨球外奥氏体层,也有一个自共析转变过程.并不是完全依靠碳原子向球墨扩散而形成铁素体.也会影响无冒口铸造.+ s8 H* r3 n6 n
    .....也就是说.球外奥氏体层对无冒口铸造的影响是一个复杂的金属学过程
    , ]' D# |9 k/ l7 b$ `3 F
    9 V# e$ \; h( {; _% u仅供参考.5 D% L, ?8 D5 k- j
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    发表于 2018-3-26 09:14:23 | 显示全部楼层
    本帖最后由 castengineer 于 2018-3-26 09:17 编辑
    5 r2 S8 ~% b' @5 A' a. G1 E0 e" Y, f* F$ l& H+ u
    无冒口铸造,影响因数太多.并不是如均衡凝固理论谈的那样.一缩再一涨就补缩了.
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