21.球铁铸件缩孔缩松

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1、球铁铸件缩孔、缩松的成因与防止张文和，丁俊，聂富荣（南京铸峰国际贸易有限公司，南京210002）摘要：球墨铸铁大多数是共晶或过共晶成分，其糊状凝固方式使铸件外壳没有抵抗石墨化膨胀能力，因而铸型产生型壁迁移，增大铸件体积，极易产生内部缩孔、缩松。球墨铸铁凝固时，在枝晶和共晶团间的最后凝固区域，收缩的体积得不到完全补充，留下的空洞形成宏观及微观缩松。La有助于消除缩松倾向。分析缩孔缩松形成原因并提出相应的防止办法，有助于减少由此产生的废品损失。关键词：球墨铸铁、收缩、缩孔、缩松1前言1.1缺陷形成原因球墨铸铁生产技术日臻

2、完善，多年技术服务的实践表明，生产中出现的铸造缺陷，完全可以用成熟的经验予以消除。据介绍：工业发达国家的铸造废品率可以控制在1%以下[1]，国内先进水平也在2%左右，提高企业铸造技术水平，对减少废品十分重要。球墨铸铁的缩孔、缩松缺陷是由于铁液的液态和凝固收缩引起的，缺陷分类见表1。表1球墨铸铁缩孔缩松显微缩松的特征和部位种类定义特征部位缩孔缩松铁液收缩形成较大缺失空间铁液收缩形成细小缺失空间缩孔内表面粗糙连续或断续米粒状疏松热节的上部缩孔下方、厚壁中心显微缩松显微镜观察微细连续缺失空间多角形疏松枝

3、晶间、共晶团边界间众所周知，灰铸铁是逐层凝固方式，球墨铸铁是糊状凝固方式。逐层凝固可以使铸件凝固时形成一个坚实的封闭外壳，铸件全封闭外壳的体积收缩可以减小壳体内的缩孔容积。糊状凝固的特点是金属凝固时晶粒在金属液内部整个容积内形核、生长，固相与液相混合存在有如粥糊。大多数球墨铸铁是共晶或过共晶成分，其糊状凝固方式使铸件外壳没有抵抗石墨化膨胀的能力，铸型产生型壁迁移，增大铸件体积，极易产生内部缩孔、缩松缺陷。铸型冷却能力强，有利于铸件的容积凝固转变成逐层凝固，使铸件的分散缩松转变成集中缩孔。然而，批量生产中湿砂型铸造很难

4、被金属型或干砂型取代。球墨铸铁凝固有以下三个特点，决定球墨铸铁是糊状凝固方式：①球化和孕育处理显著增加异质核心，核心存在于整个熔体，有利于全截面同时结晶。②石墨球在奥氏体壳包围下生长，生长速度慢，延缓铸件表层形成坚实外壳；而片状石墨的端部始终与铁液接触，生长速度快，凝固时间短，促使灰铁铸件快速形成坚实外壳。③球墨铸铁比灰铸铁导热率小20%-30%，散热慢，外壳生长速度降低[3]。糊状凝固是容积凝固方式，收缩容积量是衡量，冒口也是容积凝固，因此缩松很难用冒口的方法去除。资料介绍：有学者通过测量铸铁的收缩、膨胀和冷却曲线

5、研究凝固形貌与缩孔的关系。球墨铸铁共晶凝固前期，由于析出奥氏体发生显著收缩；共晶后期，石墨球急剧长大产生膨胀。人们期望膨胀的体积能够抵消收缩。但是大多数膨润土湿砂型的型壁退让，使膨胀补缩不能实现。因此在铸造工艺上，应采用冒口对球铁铸件的热节共晶凝固前期进行液态补缩。而后期的共晶膨胀则通过冒口颈的凝固，根据铸型型壁硬度，可以适当的使铸件致密。显微缩松发生在铸铁最后凝固（LasttoFreeze）区域，简称LTF区域。分散在奥氏体枝晶或晶粒间的金属液体，收缩后留下微小孔洞，肉眼难于辨认。表2缩松的种类、出现部位与产生原因

6、1种类部位分类产生时间出现部位产生原因宏观缩松局部缩松共晶凝固前期奥氏体枝晶、共晶团晶簇间隙热节中心最后凝固轴线缩松共晶凝固中期铸件厚大截面中心线处结晶时间长显微缩松分散缩松共晶凝固后期整个截面枝晶臂或共晶团间LTF区无补缩通道球墨铸铁的容积收缩大致可以分成四个阶段：①一次收缩（primarycontraction）：浇入铸件的液态金属温度降低必然产生液态收缩。②体积膨胀(volumeexpansion)：铁液凝固阶段析出奥氏体和石墨，计算表明每析出ω（C）：1%，铸铁体积增大0.89%-0.95%，实际铸铁

7、体积增大2%。石墨化只是膨胀原因之一。③二次收缩(secondarycontraction)：凝固后期奥氏体枝晶与共晶团之间铁液的凝固收缩。二次收缩铁液的石墨化膨胀可以抵消显微缩松。④固态收缩(solidcontraction)：铸件凝固后整体收缩。固态收缩不产生缩孔、缩松[4]。1.2La球化剂、孕育剂的补缩作用球墨铸铁凝固时的石墨形态、石墨球数量和大小、碳化物的数量等可以通过加入新型球化剂和孕育剂得到改善。铁液中生成碳化物的部分，缺少碳原子的析出，没有石墨膨胀，铁液凝固时体收缩值大。通常用单位面积内石墨球数来评定

8、球铁的冶金质量，冶金质量好的铸铁，在同样冷却速度下，液态收缩、体积膨胀和二次收缩都小，形成缩孔、缩松和铸件涨大变形的倾向小。采用含有金属La的球化剂和孕育剂，在球墨铸铁凝固时，2-3倍的增加石墨球数，大幅增加铁素体量，明显降低白口倾向，有效消除铸件热节部位缩松。因此，对那些采取各种铸造工艺手段，依然出现缩孔缩松的球铁铸件，采用La孕育剂和球化剂