【分享一篇文章】球墨铸铁石墨漂浮

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  一、球墨铸铁存在问题

　　球墨铸铁生产技术虽经历了60多年的不断发展、创新和完善，依据生产部件性能的要求，由比较单一的材料品种，发展到今天近几十种不同牌号的球墨铸铁，如铁素体球墨铸铁、珠光体球墨铸铁、奥氏体球墨铸铁、贝氏体球墨铸铁及奥氏体-贝氏体球墨铸铁等，球墨铸铁缺陷一直是铸造工作者和铸造厂家关心及研究的热门课题。
　　球墨铸铁除具有一般铸造缺陷外，生产中经常出现铸造缺陷有：缩松、夹渣、石墨漂浮、皮下气孔、球化衰退及球化不良等球墨铸铁特有的铸造缺陷；根据不同的生产工艺，球墨铸铁容易产生的铸造缺陷往往又有所区别，但对铸件性能影响最直接、影响最大的是石墨漂浮、球化衰退和球化不良，如果检测结果中，出现上述三种铸造缺陷，目前还没有可以挽救的有效措施，只能报废，并且可能是整炉次产品报废。

　　随着科技的不断发展，熔炼设备的完善，球化剂、孕育剂性能的提高，以及稀有元素在球墨铸铁生产中的广泛应用，提高了球墨铸铁生产的质量，降低了球墨铸铁缺陷的产生率，但同时也提高了生产成本；如何采取有效措施，在不大幅度增加生产成本前提下，将球墨铸铁的缺陷降到最低，是每一个生产厂家所追求的。其中，球墨铸铁石墨漂浮缺陷又是容易出现，难以判定的一种铸造缺陷。

  二、球墨铸铁石墨漂浮缺陷分析

　　1．石墨漂浮的组织形态

　　根据图1～4金相照片，可直观判定何种金相为球墨铸铁的石墨漂浮缺陷。

                               
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　　由以上金相图片可以直观地看到，正常金相组织与石墨漂浮组织的区别，图2金相组织由于只是局部存在轻微的石墨漂浮，通过进行力学性能试验，其对铸件的力学性能影响不大 ；图3金相组织由于较大面积石墨球开裂，其对铸件的力学性影响较大，特别是铸件的延伸性能会急剧下降；图4金相组织出现严重石墨漂浮，其力学性能中抗拉和延伸同时会急剧下降50%左右。

　　2．石墨漂浮定义

　　在铸件断口位置上，有一层黑色黑斑，颜色与正常的银白色断口组织有清晰可见的分界线（黑白分明有时石墨漂浮和夹渣混在一起），这层乌黑发亮的石墨组织像是上浮到铸件表面上的，所以称为石墨漂浮；石墨漂浮也是一种密度偏析现象，因此也有技术文献称为石墨偏析。

　　3．形成石墨漂浮缺陷原因分析

　　针对石墨漂浮的原因，传统观念认为有以下几个方面：

　　（1）由于铁液的碳当量过高，以致铁液在高温时就析出大量石墨，由于石墨密度小，铸件在凝固时，石墨漂浮到铸件表面（温度高）或遗留在铸件内部（温度低），随着碳当量的增高，铸件壁厚的加大，石墨漂浮倾向会加剧。

　　（2）硅是促进石墨化元素，铁液中过高的含硅量，也会使铸件在凝固过程中，过量的石墨析出，从而造成石墨漂浮。

　　（3）稀土含量过少，造成碳在铁液中的溶解度降低，由于球墨铸铁含碳量较高，造成大量石墨析出，形成石墨漂浮。

　　（4）浇注温度过高，铸件凝固过程中，长时间处于液态，有利于石墨的析出，将使石墨漂浮倾向增大。

　　（5）铁液球化处理到浇注完毕，时间过长，造成球化及孕育衰退，致使球状石墨大量开裂，同时又由于液态时间长，析出大量石墨，从而造成石墨漂浮。

　　（6）铸件壁厚设计不合理，由于铸件壁厚不均匀，局部壁厚过大，浇注完毕后，过大壁厚处铁液凝固时间过长，同样的铁液在壁厚过大处容易出现石墨漂浮。

　　我们依据传统的石墨漂浮缺陷形成机理，对我们生产过程中出现石墨漂浮的铸件进行分析，共采集数据5炉（见表1）。其他参数见表2。

                               
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　　由以上参数我们发现，图4金相的碳当量为4.66%和4.74%，图3金相的碳当量为4.43%、4.67%和4.56%，完全符合我们生产小铸件的参数选择范围，浇注温度、浇注时间、稀土和镁残留量等都符合技术要求，同时，我们又是在正常生产中的个别炉次出现的石墨漂浮，同样配比的其他炉次金相又正常，全部在3级以上，这使我们非常困惑，如何找出造成石墨漂浮的原因，成为我们当时的首要课题。

  三、球墨铸铁石墨漂浮的预防措施

　　经过技术人员以及专家的共同讨论，认为我们采用的生产工艺是近几年开始飞速发展的消失模负压铸造工艺，这与过去传统的砂型铸造不同；球化处理采用的是传统的堤坝式包内球化，球化剂和孕育剂的吸收率较低；消失模模样在挥发时，产生大量的游离碳，被铁液吸收等原因。我们共同认为，可能由于某个细小的环节的疏忽，才造成个别炉次出现了石墨漂浮。针对我们讨论分析的各个生产环节可能出现的问题，最终达成共识，并制定了以下预防措施：

　　（1）调整化学成分，在保证球化级别的前提下，降低铁液的碳当量，夏天高温季节碳当量在4.3%～4.5%，冬天寒冷季节碳当量在4.4%～4.7%，铁液wC≤3.85%、wSi≤2.7%。

　　（2）严格高温熔炼，低温浇注的原则。铁液球化处理前，将铁液进行一段过热，铁液温度可在1530～1550℃保持3～5min，球化处理时再将温度降至1490～1510℃之间。

　　（3）严格控制球化剂和孕育剂颗粒度，球化剂粒度在Ø3～Ø15mm,孕育剂粒度在Ø3～Ø10mm以及球化剂和孕育剂的烘烤工序，坚持随流孕育和多次孕育的原则，保证球化剂和孕育剂的吸收率，以及良好的孕育效果。

　　（4）严格浇包烘烤环节，通过浇包烘烤，保证球化处理过程中所需补充的热量，降低铁液的出炉温度，减少球化剂和孕育剂的烧损，保证球化剂和孕育剂在铁液中的吸收率。

　　（5）通过培训，提高各工序操作人员的专业知识、质量意识，特别是调高浇注工的熟练程度，缩短球化处理后的浇注时间。

　　（6）严格控制消失模浇注过程中和浇注后的真空负压，以及浇注后真空负压的保持时间，保证浇注后铸件的凝固时间；及时清理真空管道，保证抽真空时气流畅通，同时，可根据浇注实际情况，调整负压气体流量，尽可能使模样发气量与负压气体流量比接近1:1。
　　（7）严格控制消失模模样的密度，在保证模样强度的前提下，尽可能降低模样的密度，减少浇注过程中模样的发气量。

　　（8）高温季节，严格控制干砂（壳型）温度≤35℃，保证铸件的凝固速度，缩短铁液在液体停留的时间。

  四、实施与效果

　　对照我们制定的预防措施，我们对全体员工进行了培训，使他们了解和掌握本工序的生产工艺，严格按照各工序的《工序作业指导书》进行操作，同时，安排技术人员及检验人员紧盯现场，依照所制定的《工序作业指导书》和预防措施，加大对各工序的检查和抽检力度。

　　通过一个多月的实施，共生产球墨铸铁近600炉次，没有一炉铸件产生石墨漂浮的铸造缺陷，这一事实证明了我们制定的预防措施的有效性。经过我们分析、归纳，球墨铸铁石墨漂浮可主要通过以下方面来解决：

　　（1）严格控制铁液的碳当量 根据生产铸件的不同，在保证铁液流动性和良好的充型能力前提下，选择合适的碳当量，并不是如资料上所述，球铁应在共晶或亚共晶范围内选择碳当量；铁液中的碳和硅含量应合适，一种元素含量过高，虽然碳当量合适，同样可以造成铸件产生石墨漂浮缺陷。

　　（2）严格铁液熔炼和处理工艺 同样配比的料，如果没有严格的熔炼、球化和孕育处理，同样可使铸件产生石墨漂浮缺陷。如浇包不烘烤到位，只有通过提高铁水温度来保证球化处理后的浇注温度，球化剂（稀土镁合金）和孕育剂（硅合金）的都是极易氧化的元素，铁液温度过高，在铁液与球化剂、孕育剂反应时，造成剧烈的沸腾效应，加大球化剂、孕育剂与空气的接触面，加剧它们的氧化反应，大大缩短反应时间，无法保证铁液对球化剂和孕育剂的吸收率，从而达不到良好的球化、孕育效果，从而使含碳量较高的铁液加大石墨漂浮倾向。

　　（3）球化剂、孕育剂粒度的控制 粒度过小，造成氧化反应快，达不到最佳的吸收率；粒度过大，造成溶解时间过长，部分未充分反应的合金将随除渣剂被扒出，同样无法保证球化和孕育质量。

　　（4）合适的浇注温度和最短的浇注时间 在保证得到健全铸件的前提下，尽可能降低浇注温度，从而保证铸件凝固过程中液态停留时间最短，降低凝固过程中石墨析出倾向；尽可能缩短浇注时间，以保证在最佳的球化和孕育时间内浇注完毕，避免球化和孕育衰退，石墨球开裂，降低石墨漂浮倾向。

　　（5）生产过程控制 应控制模样密度，保证负压气体流量，以及合适的真空负压时间。模样密度的加大，将会增加浇注过程中模样的发气量，造成铁液凝固时表面含碳量的增加。真空负压时间过短，将使凝固过程中液态停留过长，加到石墨漂浮倾向，真空负压时间过长，将使凝固过程中过冷度加到，将使铁素体球墨铸铁中的珠光体含量增加。

　　通过以上各种原因的分析，使我们认识到铸造生产是一种复杂生产过程，同时，也认识到生产过程中细节和管理的重要性，没有到位的管理和控制细节的手段，将无法得到健全的铸件。

  五、经济效益

　　以我公司生产的消失模铁坐为例，每生产一炉铸件成本约在4200元左右，由于严重石墨漂浮缺陷，将造成整炉次报废，虽然报废铸件可以作为回炉料使用，但是所消耗的电费、水费、合金及浇注工序之前合格模样等费用，同时，由于球墨铸铁所用的新生铁是不可再生的，这将使整炉次报废的费用至少在3500元以上，采取有效预防措施之前，每月因石墨漂浮报废的在2~3炉，因而直接浪费平均在8000元以上。通过采取有效的预防措施，避免了石墨漂浮，同时，由于提高了生产成品率，潜在效益将远远超出万元以上。

              （来源：铸造论坛）

铸造小猫

感谢分享，不过全文说了很多消失模方面的内容

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（3）稀土含量过少，造成碳在铁液中的溶解度降低，由于球墨铸铁含碳量较高，造成大量石墨析出，形成石墨漂浮。

这条说反了吧