球铁中各元素影响

再论球墨铸铁件的典型缺陷及防止措施摘要：典型缺陷为球化不良与球化衰退；缩孔与缩松；气孔；夾渣；石墨漂浮；反白口；碎块形石墨；球铁件上下箱线切割后局部金相组织上部优于下部，銑削加工面硬度和颜色差异；铸件不同部位取样试块机械性能差异；铸件壁厚以≥70mm來確定铁液成分低合金化和球化剂中添加重稀土钇否㈠影响球化不良和衰退的主因素及防止主措施：一、化学成份的影响：铁液中影响石墨球化的化学元素有以下几种：Mg（残）、S（残）、Ce（残）、Y(残、光谱打不出)、La(残)Mg（残）/S（残）、O、Ti、Al、Sb、Pb，As等。1.S（硫）对石墨球化的影响：铁液中的S（硫）是反石墨球化的主要元素，它对球化的影响主要表现在硫化物成核及对Mg的消耗上，原铁液中的硫越高，球化剂同样加入量的前提下，处理后铁液中的残余Mg量就越低，残余Mg量低到一定程度（一般在0.025%以下），石墨就可能不完全球化。生产高品质球墨铸铁原铁液中的S应控制在0.010-0.022%，如超过0.025%，球化处理时不能充分脱硫，石墨就很难完全球化。但原铁液中的硫又不能过低，由于光谱议检测S的误差在0.003%左右，如原铁液中的硫低于0.008%，会造成原铁液中的硫检测误差大，球化处理后Mg（残）/S（残）误差大，一旦残余Mg过高，由于Mg不但是球化元素，又是白口化元素，过高的残余Mg量会在铸件最后凝固部位形成偏析，孕育不强化时铸件会出现逆冷硬（反白口）现象。同时残Mg量过高会在晶间出现水草状石墨。树脂砂造型生产厚大球墨铸铁件时，由于硬化固化剂中含S高，在浇注冷却过程中铸件厚大部位表层会发生渗硫现象，造成此部位铸件表面局部不球化，是片状石墨，此时就需要通过加冷铁或上防渗硫涂料来解决此缺陷。2. Mg和O对石墨球化的影响： 光谱议检测出的Mg含量主要是是Mg+MgO+MgS的Mg总量，如原材料控制不好（铁屑水分未烘干，锈蚀的料，炉料块度大搭桥熔化），球化处理前原铁液中含氧量会超100PPM,无预处理过程脱O时，铁水氧化严重，最终光谱议检测出来的Mg（残）量就会失去指导意义，球化剂加入量就很难精准控制。MgO是200微米左右长的线性渣，扒渣时不可能完全扒掉，毛坯铸件上看不出，加工时会在加工面上留黑点，放大镜下观察呈线性缺陷。球铁的残余Mg量控制在0.025%~0.05%之间；厚大件可到0.1%。如炉料洁净干燥，中频电炉内铁液中O含量一般在40-60PPM。球化后6-7PPM; N（氮）在球化前后变化不大，约为40-50ppm; H(氢)球化前6-8ppm,球化后3-4ppm;生产球铁时，同类材料的铁屑会大量使用，此时铁屑一定要烘干(埃肯公司的观奌与此不同，认为表面锈蚀有益)，加入量不宜超过15%。不烘干H2O水气化，铁液含O及H很高。O会同Mg反应生成MgO,不仅消耗Mg，又会产生渣缺陷。100ppm的O对球化的影响等同于0.01%的S,因此原材料控制不好，铁液中的O含量过高，就必须在球化处理过程前进行预处理脱O。预处理剂最合适的有Ba系和La系，它们会跟铁液中的O及S发生如下反应：Ba+O/S-BaO/S、La+O/S-LaO/S，生成的BaO，BaS和LaO,LaS为高熔点质点,有如下特征：大小为5~10微米，比重为7.0左右，这些特征决定了它们能成为石墨形核的中心，成为铁液中有效晶核。Ca也能脱O，但生成的反应物只能形成渣子。Al也能脱O，但生成的反应物，能否作为铁水中的有效晶核有争议。球铁或灰铁因AL高铸件易产生气孔，所以一般不用AL脱氧。预处理剂加入球铁处理包反应室的对面，加入量为0.2%~0.4%，经过预处理的铁水可少加0.1-0.15%的球化剂，预处理脱O后。铁液的O含量可小于20ppm，此时光谱议出来的残余Mg量才接近真值。目前炉前使用的预处理剂为SiC及硅铁,粒度在1mm左右，加入量为0.1%~0.3%，但此预处理剂只能增加铁液中的有效新鲜晶核，提高石墨球数，脱O效果不明显。用于脱O的预处理剂，效果较好的是高、中含Ba量的孕育剂。Mg作为球化元素是从球化剂中带入铁液的，作为评价球化剂的好坏的一个指标，以前要求好的球化剂中的MgO含量小于Mg量的10%，现在要求好的球化剂中MgO/Mg+MgO的量小于10%。电炉使用的球化剂建议使用(Mg)5-2(稀土)的球化剂，Mg的吸收率(冲入法)在60±5%左右。3. Ce（铈稀土元素）、La对石墨球化的影响： 稀土元素对石墨球化的作用主要表现在Ce、La可中和铁液中的O及S等其他微量反球化元素，薄壁件铁液中的Ce（残）、La(残)量最好应小于0.013%，大于0.006%；厚壁件小于0.020%；一旦残留罾量超过0.020%，又会起反球化的作用，石墨形状会呈多边形。Ce还会促进珠光体，铁素体基体铸件最好用Ce含量1.0%左右的球化剂，如厚大件的400-18球铁等。La系球化剂有減少缩孔、缩松效果，应引起用户关注。壁厚≥70mm件，则应加入少量Cu、Sb合金及球化剂适量加入Y。如铣镗床床身长6米、宽0.8米、薄壁处70毫米、重6.5吨，使用钇基重稀土硅铁镁合金球化剂，成分为重稀土wRE=24%、wSi=40%~45%、wCa=5%~8%、wMn=4%~4.5%，Mg=8%，加入量1.8%。冲入法球化处理。孕育剂为75SiFe合金，每件浇注3个试块。4. Mg（残）/S（残）对石墨球化的影响： 要获得好的球化效果，一般球铁铁液中残余Mg量和残余S量的比值应控制在以下合适的范围：壁厚小于15mm的薄壁件，范围在2.7~4.0之间；易缩件（特别是热节处无冒口补缩能力时）控制在2.4～3.0之间好。壁厚在15~30mm之间的铸件，范围在3.0~4.5之间；易缩件控制在2.7-3.5之间。 壁厚大于30mm的厚壁件，范围在3.5~5.0之间。5. Ti（钛）对石墨球化的影响： Ti是强烈的反石墨化和白口化元素，因此铁水中的含Ti量越低越好。铁水中的含Ti量不应超过0.03%，如控制不住，则石墨形态肯定不好。Ti主要来自金属原料生铁，且Ti是累加元素，铁水中无法脱Ti，不可消除，要做高品位的球铁，生铁的含Ti量要控制在0.03%以下。6. Al（铝）对石墨球化的影响： Al在灰铁中的含量，壁厚小于20mm的铸件Al的含量应小于0.020%；壁厚大于25mm的铸件Al的含量应小于0.015%，否则会出现气孔。Al在球铁中的含量，壁厚小于20mm的铸件Al的含量应小于0.035%；壁厚大于25mm的铸件Al的含量应小于0.030%，否则同样会出现气孔。Al是反石墨化元素，如Al大于0.08%，就会出现水草状石墨。Al主要存在孕育剂、废钢中。7. Sb（锑）对石墨球化的影响： Sb在铁水中的含量小于0.010%时，对石墨圆整度有好作用，但Sb的含量大于0.010%时，产生片状石墨，只有在做700以上的球铁牌号Si低时Sb的加入量才会达到0.020%。0.004%~0.007%的Sb加入到厚大件球铁中会消除石墨漂浮，增加石墨球数，但同时会增加珠光体。微量Sb是可中和Pb、Al、Ce的反球化作用。8. Pb（铅）对石墨球化的影响： Pb是反石墨化元素，应控制铁液中的含量。球铁中的Pb含量应低于0.005%；灰铁中的Pb含量应低于0.007%，如灰铁中的Pb含量过高，会使片状石墨长毛，灰铁出现毛毛虫状石墨(魏氏石墨)，球铁中石墨形态向块状石墨转变。铁水中的Pb、Al含量超差时，可通过铁液慢慢倒包氧化消除掉Pb、Al。二、孕育（接种）处理的影响：2级以上球墨铸铁的球数每平方毫米在100~500之间，这时晶界成份的偏析分散，对强度、延伸率的影响较小，铸件能获得较高的强度和延伸率。但球数最好控制在每平方毫米100~300之间，过高的球数（超过500）会使石墨呈线性布置，加工后有裂纹似缺陷。会影响强度和延伸率。要获得合适的球数，就要有合适的球化孕育工艺：1.预处理：一方面可脱O及S，另一方面可增加铁液中的氧化、硫化晶核，增加石墨球数。预处理剂选用高钡的孕育剂，加入量为0.2-0.4%，粒度为3~8mm(500-10000KG铁水)。2.球化剂加入量：采用预处理工艺，球化剂上不覆盖孕育剂。铁液产生晶核主要靠铁液中的O和S的反应晶核,球化剂中的镁脱氧去硫的能力很强，钙、钡、铝脱氧去硫的能力也很强，如球化剂加入量过多，反应后铁液中的氧和硫含量过低，球化后铁液的O和S的反应晶核降低了，球化后铁液孕育效果不好，特别是球化剂中的Ca，脱氧最强，会影响孕育。 3.倒包接种：倒包时选用低钡、中钡的孕育剂都可以，粒度为1~3mm,加入量为0.3%，此时粒度选择是关键。这时形成的晶核大部分是异质未完全溶化晶核，小部分是S、O反应形成的反应晶核。 4.瞬时孕育：此时形成的晶核95%以上是异质未完全溶化晶核，孕育剂可为普通的硅铁孕育剂，粒度在0.2~1.0mm之间，不必含高.中钡，可用低钡孕育剂。对厚薄不均匀结构的风电件和薄小的汽车、轨道交通机件，为防止薄处出现Fe3C，一般用S、O孕育剂0.1％随流孕育效果显著。三、球化包的影响：1.球化包的高径比宜控制在1.5~2之间。2.球化包的大小控制在出铁液量占球化包高度的70%~75%之间。3.球化室应做成圆形，高度为300mm左右，保证出铁液量在70%以后再反应，反应时间控制在50秒以上（铁水500-600公斤/包）。正常冲天法反应时间为60至90秒。4.加料时球化剂应捣实，覆盖硅钢片应完全覆盖住球化剂并保证一定厚度；反应室底部撒一点硅钢片，防止底部残余铁液将球化剂烧结。四、出铁温度的影响：出铁温度每提高20℃，就需要多加0.1%的球化剂。高硅钼球铁及一般球铁最好的出铁温度为1520±10℃，最高不能超过1550±10℃。五、浇注时间的影响：浇注时间主要影响孕育衰退及Mg蒸发的球化衰退，包直径大Mg蒸发衰退快。高Ni铁水处理结束以后8分钟内铁水必须浇掉，一般铁水衰退的时间相对较长，在12分钟内。六．浇包渣多要考虑MgS渣硫回流对球化的影响特别是浇温高的材质（高Ni）影响大，高.中钡的孕育剂渣是干渣，扒渣不容易扒净，包易挂渣，包渣多的易回硫。七.浇包耐火泥含硫量的影响：浇包耐火泥含硫量高，未用铁液烫透，前两包铁液球化会球化不良，应选用低硫耐火泥。八 .150-750KG/包，铁水的球化剂粒度应5-30毫米，如大于750KG/包应用更大粒度球化剂。球化剂池底部往往集中了小粒度球化剂，此时要与其他大粒度球化剂一起使用才能球化合格。球化剂检查要注意粒度检查。九 .球化包的深度H与直接D的比例为：H／D＝1.5~2。如果用球化包处理半包，则违背高经比的初衷。球化包的包坑深度，在装入球化剂和覆盖剂后应尚余20~30mm，铁液进入包坑与覆盖剂熔融成半固态物质，延缓球化剂过早爆发，可以提高Mg的收得率。包底凹坑的宽度，以包底直径的1／4~1／3为好，投影面积小的凹坑增加了深度，有利于延缓爆发。浇注完毕后及时清理包内的熔渣，使每包球化剂装入凹坑的情况相同。十，转炉或转包影响一般球铁包用5包以上后包内挂渣，渣中硫回流致使球化不良，可用一般灰铁铁液烫包。十一，用鉻矿砂及冷铁激冷能改善石墨球增多及圆整度变好。十二，伏天空气湿度大，原物料易受潮，铁液中反石墨化元素氧多，铸件易球化不良。十三，做高级球铁件时，高硫增碳剂不能用，造型材料含硫量要控制，例如呋喃树脂砂，如砂中含硫高，球铁铸件表面就会有球化不良。十四，覆盖剂不能有油污与死锈，有时铸件会球化不良。十五，灰铁增碳剂中硫高，做球铁时可当增硫剂使用，同时也增碳，但要控制原铁液中硫0.014-0.018%之间为好，不要过量使用，特别是用高镁球化剂球化时，保持此数值的硫，有利于孕育。此增炭剂中氮成份高，如适量可增加珠光体提高铸件部分硬度与强度。过多含氮铸件易产生氮气孔。十六、铁液流的影响：1、好铸件从高质量熔炼开始一旦要开始浇注铸件，首先要准备、检查并处理好熔炼工艺。如果有要求，可采用能够接受的最低 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 。然而，更好的选择是：准备并采用接近于零缺陷的熔炼 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。2、避免自由液面上产生湍流夹杂这就要求避免前端自由液面（弯月面）流速过高。对于大部分金属来说，最大流速控制在0.5m/s。对于封闭式浇注系统或薄壁件，最大流速会适当增加。这个要求也意味着金属液的下落高度不能超过“静滴”高度的临界值。3、避免金属液中表面凝壳的层流夹杂，这就要求在整个充型过程，不要出现任何金属液流的前端提前停止流动。充型前期的金属液弯月面必须保持可运动状态，不受表面凝壳增厚的影响，而这些凝壳会成为铸件一部分。要想获得这种效果，金属液前端可以设计成连续扩展的。实际中，只有底注“上坡”能实现连续不断的上升过程。（如重力铸造中，从直浇道底部开始向上流）。这就意味着：底注式浇注系统；不要有“下坡”形式的金属液落下或滑落；不要出现大面积的水平流动；不要出现由于倾倒或瀑布式流动而产生金属液前端流动停止。下面照片就是典型渦流气孔：4、避免裹气（产生气泡）避免浇注系统裹气而产生的气泡进入型腔。可以通过以下方式达到：合理设计阶梯型浇口杯；合理设计直浇道，快速充满；合理使用“水坝”；避免采用“井式”或其他开放式浇注系统；采用小截面横浇道或在直浇道于横浇道连接处附近使用陶瓷过滤片；使用除气装置；浇注过程无中断。措施不到位，会形成上图的形态气孔。5、避免砂芯气孔避免砂芯或砂型产生的气泡进入型腔金属液中。砂芯必须保证非常低的含气量，或者采用适当的排气以阻止砂芯气孔产生。除非能保证完全干透，否则不能用黏土基砂芯或模具修复胶。6、避免缩孔由于对流影响及不稳定的压力梯度，厚大截面的铸件是无法实现向上补缩。所以要遵循所有的补缩规律来保证良好的补缩设计，采用计算机模拟技术进行验证，实际浇注样件。控制砂型和砂芯连接处的飞边水平；控制铸型涂料厚度（如果有的话）；控制合金及铸型温度。7、避免对流对流危害与凝固时间有关。薄壁和厚壁铸件都能不受对流危害影响。而对于中等壁厚铸件：通过铸件结构或工艺来降低对流危害；避免向上补缩；浇满后翻转。8、减少偏析预防偏析并控制在标准范围内，或客户允许的成分超限区域。如果可能，尽量避免通道偏析。(二)缩孔与缩松：能从铸件外观或剖面明显看出的尺寸较大且集中的表面不光滑的孔洞称缩孔、细小分散的叫缩松。铸件上部热节产生缩孔、而缩孔下方的分散小孔洞为缩松、微小分散的孔洞称显微缩松。产生的原因是球铁液降温凝固过程球石墨析出和长大过程铁液的膨胀造成型腔壁受力移动及冷却凝固过程铁液的宏观和微观的补缩不足。防止措施：控制铁液成分和球化剂量，含碳量高，可使缩孔和缩松减少，过高易石墨漂浮。应控制合宜碳量、稍高硅量和低锰量，对铸态铁素体球铁，残镁及残稀土控制适量，从球铁液冷却凝固体积变化的热 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 曲线看，冷却速度慢；碳当量高；铁液中有效石墨核心数多及良好的孕育和好的铸型刚度；洽当的浇注和补缩设施及合理的铁液浇注溫度，特别是恰当的选用好发热冒口的形状、尺寸、位置和爆发温度的合宜时间奌等。一．影响球铁缩松的一般规律： 1.球墨铸铁铸件的模数。铸件模数大于2.5，容易实现无冒口铸造，但有专家对此规定限制值，有疑问。一般来讲，比较厚大铸件，由于石墨化膨胀，容易铸造无缩松铸件。此时，碳当量控制不要大于4.5%，避免石墨漂浮。而热节分散的薄小铸件，容易产生缩松，通过冷铁，铬矿砂或局部内冒口设置解决。特别要注意浇冒口系统的补缩，一般来讲，冒口尽可能使用热冒口，避免冷冒口使用。 2.要充分注意砂箱的刚度和砂型的硬度。在砂箱刚度和砂型紧实度方面，设置再充分都不为过。 3.浇冒口工艺设计的合理性。尽可能使用热冒口加冷铁，冷冒口补缩效果很差。 4.用适当的工艺手段使铸型的冷却速度满足工艺要求來防止出现缩松。5.浇注温度和浇注速度的合理选择。一些比较厚的铸件，可以考虑适当调高浇注温度，同时延长浇注速度来解决缩松。同时利于二次氧化渣浮出铸件内部，增加探伤检测的合格率。 6.化学成分的合理选择和适当的残余镁，稀土含量。 7.在砂型冷却条件下，争取较多的石墨球数对减少缩松有利，对提高力学性能有利。 8.比较好的原材料和好的铁液冶金质量，要特别注意铁液不要在出炉前高温下保持时间过久，同时出炉前做好增加铁液石墨结晶核心的预处理，这样可以提高石墨球数，减少缩松。 二．新的减少缩松的观点： 1.最近有报告指出：球墨铸铁因为铁水含有镁，促使状态图上共晶点右移，镁含量在0.035-0.045%时，其实际共晶点 大约在4.4-4.5%。 2.球铁成分选择在共晶点附近，铁水流动性最好，则凝固时铁液容易补充收缩。 3.球铁球化前后的硫含量不要变化太大。即原铁液硫含量不要太高。硫含量高，石墨容易析出过早。容易产生缩松。 4.“防止球墨铸铁缩松缩孔方法的新进展”一文中指出：在不发生石墨漂浮和没有初生石墨析出前提下，尽量提高碳含量。对这句话的理解：一般来讲，过共晶度越大，则液态下产生初生石墨就越多，对减少缩松不利。 5.球铁凝固期间，控制石墨膨胀的时间，使石墨化膨胀延迟。在碳当量选择确定情况下，高碳低硅。合适的残余镁量，正确的孕育和注重最后的随流孕育。 6.铁液注意快速熔炼，避免在出铁温度下，炉内保存时间过长，避免超过1550℃过高的熔炼保温温度，损失大量碳和结晶核心。一般超过10-20左右分钟就要重新做处理。这种铁液即便经过各种孕育处理，也要产生碳化物和缩松，很难消除。 7.铁液球化之后，要马上浇注，严禁等待时间过长，使球化孕育衰退。 8.使用含镧稀土的球化剂，则凝固初期的石墨结晶较少，避免个别较大石墨球出现。石墨球数比较多，大小比较均匀，说明凝固中石墨球析出时间比较一致，凝固后期膨胀较大。这种球化剂使用工艺，在最近铸协武汉华中科技大学的会议上，江阴吉鑫的工程师们提出，对厚大断面的风电球铁，没有效果，不适用。 9.球铁碳当量越大，其结晶凝固范围越宽，固液共存区间越大，凝固过程中，液态铁液流动受初生枝晶影响，阻碍流动补缩，容易形成缩松。同时，铁液硅含量高，容易过早促进石墨形核，生长，此时的石墨化膨胀在固液共存期，对缩松减少不利。所以，通过上述一些工艺措施，使石墨化膨胀延迟一说，在现实铸造技术工作中，去解决球铁铸件缩松现象，有很重要的指导意义。 三．球铁缩松的一些“异常”现象： 1.高炉铁液直接加入感应电炉的短 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铸造，生产球墨铸铁铸件时，如果熔炼中没有很好的高温熔炼操作，容易出现铸件缩松缺陷。分析原因，估计是原铁液里面高炉铁液内的厚片状石墨，在熔炼中没有消除，凝固过程中，液态下石墨过早析出，凝固后期石墨化膨胀不足引起。本溪地区某风电铸造工厂，利用短流程生产风电铸件，都以探伤不合格报废，几乎没有合格铸件，损失惨重，就是例子。本溪地区高炉铁水质量较好，有害微量元素很低，铁水直接进入功率不高的保温感应电炉，估计高温冶炼，细化石墨不足。而江苏吉鑫的短流程工艺，是高炉铁水经过30吨电弧炉氧化烧损了有害元素，熔炼过程经过了高温冶炼，同时烧损的碳，又经过增碳剂处理增加了碳，和上面所说本溪短流程在熔炼工艺上有很大的不同。 2. 笔者在山东和河南个别铸造工厂遇到，生产壁厚不均匀中小球铁铸件时，铸件各处热节分离，连接热节部位的结构壁厚较薄，采取各种措施，如冷铁或铬矿砂加速热节冷却，控制浇注温度，提高碳当量，变更浇冒口系统等等，都无法解决低于2级X射线探伤要求。当把碳当量从4.4-4.6%降低到4.25-4.30%之间后，缩松减轻，探伤合格。当然，同时也采取了一些其他辅助措施。采取这种做法的原因，是因为之前流水线造型，生产球铁卡车轮毂，个别热节分散的轮毂生产经验所得，与其他大部分球铁轮毂成分控制较高碳当量不同。这种做法能够减少缩松的原因，一直搞不清楚，可能是延迟石墨化膨胀和凝固中减少初生石墨有关？这些球铁铸件碳当量选择低于共晶点附近，早期凝固过程中，虽有石墨析出，但量较少，主要首先析出奥氏体枝晶，给后期共晶凝固留下了较多的石墨化膨胀量，因此较少了缩松缺陷。是否也属于延迟石墨化膨胀的一种工艺方法？详见下面照片：3、.上述以较低碳当量控制球墨铸铁成分，解决了产生缩松的缺陷问题。 4.风电大件浇注，1320-1340℃浇注，加强最后孕育，15-16吨左右铁液浇注时间80-90秒，能够生产UT探伤合格厚壁球铁铸件。但是浇注温度提高至1360-1380℃浇注，浇注时间为300秒以上，使用冷铁和冒口较少，也可以生产合格风电铸件。这里就有对待球铁缩松不同的工艺出发点。当然，这里没有细说各自的浇冒口和冷铁工艺。其主要原因，是否可以与下条铸造工艺有类似关系？ 5.国内早期，机床附件行业在铸造各种尺寸的大小卡盘体（盘体直径从100毫米到1000毫米左右）时，材质灰铁HT300，都没有冒口，而以很小的内浇口，分散均匀进入型腔，浇注时间较长，实现无缺陷高质量铸件生产。（当年多以冲天炉熔炼灰铁HT300铁液）。(三)气孔：球墨铸铁件的典型气孔見下图一、气孔主要分氮气孔；皮下气孔。原则的说，优质铸造生铁含氮量低，但为了得优态石墨球，不主张原铸造生铁占炉料＞20％。废钢中氮高，但合成铸铁只加回炉料＜30％，废钢70％，用低氮增碳剂增碳。如果增碳高氮会产生氮气孔。铁液温度过高和在空气中中频炉内停畄时间过长及工艺方法的排气不畅，往往易产生氮气孔。 在铸铁中，随着氮含量增加，铸铁强度增加，直至含量超过150ppm以上出现气孔为止，铸铁强度提高很多。铸铁成分在：W（C）3.12%，W(Si）1.35%，W（Mn)0.71%,W(S)0.09%,W(P)0.13%的铁水中随氮含量的增加，铸铁强度也逐步增加。见下表：氮对灰铸铁抗拉强度的影响含量氮含量抗拉强度MPaPPM10.008%2878020.010%30510030.014%32814040.015%361150 该试验以加入氰化钠改变铁水氮含量，以0.3%硅钙孕育。 2006年时，在烟台工厂，灰铁HT300铸造国外知名品牌数控机床铸件（当时没有使用合成铸铁工艺熔炼铁液），冲天炉和电炉铁液熔炼铁液，成分一样，但是电炉铁液强度总是没有冲天炉铁液强度高，当时情况下，查了一个月成分对比，只有铁液钛含量不同，电炉钛在0.04-0.05%，而冲天炉铁液钛在0.02%以下。以后逐步学习，才知道，两种熔炼设备除了冶金质量有很大不同之外，（这个冶金质量的不同，至今也没有很好的解释说明）其中的有害微量元素含量差别较大，特别是钛，其化合了强化基体的氮，使电炉铁液强度降低。所以总的来讲，也要把氮作为“合金”元素看待。 我们谈氮可以增加铸铁的强度，那么铸铁中氮的含量以多少为好呢？今天问了在烟台地区一个给国外生产知名品牌机床铸件的工厂，按国外要求，对灰铁HT300铁水检测氮的规定。他们现在每月做一次感应电炉铁液氮含量的检测，铁液氮含量一般都在80ppm左右。检测氮含量的试样是炉前工人自己取样，以医院里面的针管，将针头取下，安装上一段细长的石英玻璃管抽吸铁液至玻璃管内，铁液在玻璃管里的长度在50毫米左右，铁液样内部不得有气孔。而10年之前，这个工厂是冲天炉熔炼灰铁HT300，对氮的检测是不定期要求，当时检测冲天炉熔炼灰铁HT300铁液的氮含量在110-120ppppm。以上氮含量数据真实可靠，根据美国力可氧氮仪的技术经理交流，初步认为是铸铁中的全氮含量，即包括游离氮和各种化合氮。宜宾铸造工厂，美国GE公司对灰铁HT250的技术文件里面规定，氮含量在60-120ppm的要求。可见国外重要客户对灰铁铸件要求氮的检测不是随便的要求。 二、结合我们实际铸造工作的经验，电炉使用较多生铁配料熔炼，除了石墨容易粗大等等冶金方面的其他问题之外，由于生铁带入钛含量较多，一般在0.03-0.07%左右，容易和强化灰铁基体的氮结合，影响灰铁强度。而冲天炉和电炉合成铸铁配料熔炼，铁液钛低，一般在0.02%左右，氮强化铸铁强度作用比较明显。高牌号灰铁中氮的含量，可以强化灰铁基体，而氮含量超过要求太多，容易在铸件中形成氮气孔，此时如果同时有氢的进入，灰铁产生氮气孔的氮含量的上限值要降低。在灰铁铁液中，与氮容易结合的元素钛，锆，如果钛，锆含量较高，则容易与氮结合，减少了氮强化铸铁基体的作用，使铸铁强度低，其中以来源于生铁的钛最为常见，需要注意最好控制在0.025%以下。減少皮下气孔的核心技木措施是尽量低的湿型砂水份和适当较高的浇注温度。(四)夾渣：夾渣缺陷多出现在铸件上表面，或是型芯下表面的死角处。按形态，夾渣有三种类型：一是粗大渣是2Mg．SiO2＋MgS(FeS)；二型是条状MgO；三型是细小渣MgO＋MgS，它们是以单型或复合型析出。金属夹杂物分微观和宏观。微观夹杂物分布在晶粒边界上，来源于金属液中氢、氧、氮析出，吸气，氧化，炉料，炉衬的融蚀物等，需通过精炼进行净化。宏观夹杂物可称为外来夹杂物，一般为一次夾渣通用充分清渣，较容易去除。它来源于金属的熔炼、容器、流场、型砂的机械作用和化学反应生成的夹杂物。难于清除的是金属液出炉至浇注充型过程中的二次氧化夹杂物。一、天津某工厂使用一吨浇包混合生产灰铁、球铁。包衬材料以Al2O3为主，其中因铁液出炉方向冲蚀凹坑小修两次，考核定额为1500包次。可想而知进入铸件的夹渣平均会很少，所以作者的论点：浇包衬的材料耐火度和耐冲融性要高于炉衬材料。因炉衬的融蚀渣大部都漂浮在液面上，此一次渣可清除。而从浇包蚀入和浇注过程形成的二次渣必须从修包材料、烘包到红热状态、採用碳质柱塞底浇和浇冒系统设置上去解决。二、通过实践，对包衬材料提出几种建议：不能使用粘土混合其它耐火材料，因为粘土熔点仍低于其他耐火材料，可采用硼酸（需制坩埚）。另外材料中可适量加焦炭末，它保温、耐冲蝕。(五)石墨漂浮：石墨漂浮是指在铸件的上表面，有大量的石墨球聚集，並且，此时石墨球的形态，由原来致密的球状转变成开花状，由此，悪化了铸件的表面质量和力学性能。球铁件的健全程度与其碳当量密切相关。一般是采用共晶成分，由于加镁处理致使铁液过冷，共晶成分向右偏移。故对一般球铁件，碳当量取4.3-4.7％。一、对厚大件，碳当量取4.3-4.4％。下表列出成份与铸件壁厚、浇温的关系供参考：CEL①(质量分数％)浇注温度(℃)铸件壁厚(mm)2030508013154.564.524.444.3113404.534.494.414.2713704.504.464.384.2414004.474.434.354.2114204.454.404.324.1914554.424.374.294.15① CEL＝C＋1/4Si＋1/2P。二、诚然除与碳当量关系密切还与铸件几何形状和冷却速度相关。亦与浇温和凝固时间长短相关。(六)反白口：在铸件心部或热节心部出现碳化物时称之“反白口”。一、多年来在球铁生产的过程中，一直存在着球铁铸件内部的硬质点现象,我们常把这种现象称为反白口的铸造缺陷。这些硬质点是十分有害的，轻者会带来机加工刀具的严重磨损，影响到机加工精度造成尺寸偏差，重者会造成铸件不能进行机械加工，使铸件报废。二、2009年，某厂在为法国圣哥班公司生产的DN1400mm阀门的阀芯时，材质为GGG50（Φ1400mm,单重920Kg,壁厚50—1400mm）。外方要求铸件本体的金相组织中的球化率≥85%，且检测金相的位置是在铸件本体的下箱某部位铸出。当时我们认为这一金相位置在下箱铸出，冷却速度比上箱快，较早冷却位置的球化率要高于较晚冷却位置的球化率，就同意了这种检测方法。然而事实却与我们的想象截然相反；检测到的下箱铸件表面球化率远远低于上箱的球化率。针对这种发现我们又对补缩冒口根部进行了金相检测，检测的结果是冒口根部的球化率良好。基于上述发现的现象，我们对其它球铁铸件产品也进行了本体不同部位的金相检测，其结果同样证实了上述现象的存在。是对过去多年认识球铁生产过程的一个修正和补充。（以前的认识是球铁铸件最早冷却部位的球化率最好，而最晚冷却的水冒口部位球化率最差）。接下来我们又进行了如下实验；三、在下箱铸件的金相指定位置上加上了相应的冷铁，其结果是此处的球化率结果好于未加冷铁的同一平面的附近位置球化率，但其球化率仍然比铸件上表面的球化率差。这种现象到底说明了什么?这种现象如果假想在球铁溶液未结晶之前，含有一定数量的镁元素和稀土元素会在铸件整体未结晶之前而且温度条件允许的条件下移动，从相对未结晶的溶液低温部位向相对温度高的空间部位运动？球铁的球化衰退过程是否早已证实过这种现象的存在？带着这种思考我们对不同重量不同型号不同规格的阀门产品：如阀体，阀盖，阀芯等其他部件也进行了对比性的检验。同时我们还对非阀门产品的球铁铸件也进行了同样的对比性检验，其结果都证实上述现象的存在。四、假如我们按照这种“现象的存在”来分析球铁中的反白口问题，会是什么样的结果呢？1、“现象的存在”能够用来解释下面首先将一部分球铁的过热补缩冒口件进行中心钻孔试验，结果是：有相当一部分冒口中间钻不动，出现了硬质点（反白口），而与其相连的铸件在加工过程中则没有出现这种情况。a、 它符合含有一定数量的镁元素和稀土元素，会在温度允许的条件下，从未结晶的溶液相对温度较低的部位向相对温度较高的空间部位运动，当聚集的镁和稀土元素足以使其产生较多的碳化物后便出现了硬质点即反白口现象。b、 同时它也符合，含有一定数量的镁元素和稀土元素在数值非常精确的情况下，那就是聚集的镁和稀土元素的数值尚不足使其产生过多碳化物的情况，所以没有出现硬质点，但此部位的残留镁和残留稀土量比其它部位高。c、 由于球铁溶液各部位的快速冷却快速结晶凝固，使镁和稀土元素没有时间移动聚集，被分散结晶在铸件的各部位，而各部位的镁和稀土元素的数量尚不能促使产生过多碳化物，所以就没有反白口缺陷的出现。2、将上述过热补缩冒口件，锯开后观察中间的金相结果你会发现：它的球化率都高于铸件的本体，且中心部位有白色亮点，亮点的硬度非常高。通过上述观察和试验，对球铁铸铁中的反白口现象又多了一些假想。首先要从球铁铸铁热节内部的反白口的聚集物加以分析。a. 这些反白口聚集物是镁和稀土元素聚集量过多促成的。b. 这些碳化物聚集在球墨铸铁最后凝固的各部位的中心。c. 镁和稀土两元素是促成碳化物产生的主要因素，镁元素的作用更强。d. 铸件本体的结构也是造成球墨铸铁产生反白口缺陷的一种因素。3.碳化物产生的前期条件a. 存在着促进碳化物生成的元素(镁和稀土过饱和质量数).b. 溶液结晶凝固前具有使镁和稀土元素可以移动的温差条件。c. 在溶液从初次结晶至完全凝固过程中，有镁和稀土元素移动的充分时间。d. 在溶液从初次结晶至完全凝固过程中，具备镁和稀土元素进行过多聚集的空位条件。大家都知道，球墨铸铁中的球化率与镁元素和稀土元素的加入量有很大关系。如何在球墨铸铁的生产过程中即满足铸件本体的机械性能，又能在加入合金元素量的精确度上保证稳定，这确实是一件较难做到的事。在我们目前的综合生产条件下，对于大多数企业来讲，第一要素就是球铸铁件的机械性能是不能降低的。在这一基础上再考虑其它方案，用以补偿生产过程中的不足之处。在满足材质标准的前提下，我们参照“现象的存在”和企业的实际情况，通过大量的试验，总结出了一整套的工艺文件和操 作文 任务驱动型作文写作指导课件沉潜作文范文考研英语二作文万能模板作文的开头和结尾技巧作文纸表格 件，彻底的解决了阀门球铁铸件在机加工部位出现的硬质点即反白口问题。也同时彻底的解决了球铁铸件机加工硬度偏高的问题。4、下面是解决反白口的经验和方法。在经常出现硬质点的球铁铸件机加工部位，可采用如下方案；a. 增加芯子分散热节热量，加快此部位的冷却速度，减少镁和稀土元素在此处的集聚量，可避免反白口的出现。保障了机加工质量。b. 改变内浇注的位置完善的浇注系统和合理的内浇道位置可以分散和移动铸件原部位热量的分布状况，避免了镁和稀土元素过多集聚在此部位，近而避免了反白口缺陷在此部位的出现。c. 溶液热量的合理分配根据球铁铸件的形状和壁厚情况，合理的设计浇注系统，充分分流进入型腔铁液的热量，避免铸件在凝固结晶时产生局部热量聚集，减少镁和稀土元素在此部位的过量集聚，防止和避免反白口缺陷的出现。d. 浇注温度和浇注速度的选择和确定根据球铁铸件的外形尺寸，重量，壁厚和造型材料的不同，确定不同的浇注温度和浇注速度，使进入型腔的铁液即能快速充满铸型又能快速均匀凝固结晶，减少镁和稀土元素移动的时间和空间。避免镁和稀土元素过多的漂移，使铸件整体的性能良好。e. 选择合理的铁液成份最佳的化学成分是球铁件质量的升华，很多企业至今也未能完全掌握球铁铁液的最佳化学成分。较好的球铁铁液化学成分，在生产过程中是能够表现出来的；如在确保球化率≥85%的条件；具备良好的流动性，例如在粘土砂铸造中能使长4毫米，宽3毫米，高0.8毫米的铸字，铸得清清楚楚；在没有补缩系统的配合下，不论球铁铸件结构如何，造型材料如何，在合理浇注温度的条件下，铸件各个部位没有缩孔和反白口缺陷的出现。这些事例可以证实铁液成分的重要性。f. 冒口和冷铁的配置由于我们目前尚不能完全掌控球铁铁液的化学成分，在生产各种球铁铸铁产品时不得不采用其它方案加以配合。补缩冒口和冷铁的配合使用，可起到减少球铁铸件缩孔和缩松的发生，同时也起到了调控镁和稀土元素的移动和分布。避免了球铁铸件本体机加工部位反白口缺陷的出现。g. 孕育剂的使用孕育剂的成分和用量以及加入时机对于球铁的生产过程控制十分重要的。合理的使用孕育剂可改善铁液的结晶凝固方式，控制和减少了镁和稀土元素的漂移，比较有效的避免铸件本体产生反白口缺陷的出现。隨流加入0.1％的硫氧孕育剂亦是有效方法。(七).碎块形石墨：碎块形石墨是厚大断面≥100mm球铁件的热节部位常出现的畸变石墨，在宏观断口上，可看到1-3mm大小黑色班奌密布在缓泠的中心区，出现碎块状石墨的部位，质地疏松、力学性能悪化，特别是塑性指标、有明显下降。一、碎块形石墨是厚大断面(壁厚不小于100mm)球墨铸铁中或是在热节部位经常出现畸变石墨。在宏观断口上，可看到1～3mm大小的黑色斑点密布在铸件缓慢冷却的区域。出现碎块形石墨的部位，质地疏松，恶化力学性能，特别是塑性指标有明显下降。典型的碎块形石墨光学显微镜照片。试样取自直径200mm的厚大断面球碎块形石墨里角锥体辐射长大的扫描电镜照片（深腐蚀）3000×墨铸铁的热中心处。在光学显微镜下看碎块形石墨是彼此孤立的，并且往往伴随有圆整球状石墨。但是，把试样进行深腐蚀并在扫描电子显微镜下观察发现，碎块形石墨有其共晶团，在一个共晶团内部，碎块形石墨互相联系在一起的；并且，由于它是在缓慢凝固时得到的，因而共晶团得以发展长大，所它比球状石墨共晶团要大得多，其几何形状大体上呈球形。图是碎块形石墨共晶团经深腐蚀后的扫描电子显微镜照片。图是经深腐蚀后，在高倍下揭示的碎块形石墨角锥体互相联系在一起的情况。从图可以看出，碎块形石墨是沿(0001)长大的。由于这些石墨很细小而且分枝繁多，所以碎块形石墨共晶团内往往伴随的金属基体是铁素体。二、产生的原因关于碎块形石墨形成的机制，至今尚不完全清楚。由扫描电子显微镜观察表明，铁液对碎块形石墨有冲蚀作用。首先生成的是碎块形石墨共晶团。后来，由于凝固过程进行十分缓慢，形成的共晶团尺寸粗大；又由于这种碎城形石墨分枝繁多和细小，因而在其端部的联系松散，在铁液热对流的作用下，有可能使亲近共晶团边界的石墨，被冲蚀而形成游离的碎块。另外，较大尺寸的碎块形石墨在热对流作用下，分裂成尺寸更小的碎块形石墨，因而，从共晶团内游离出来，漂浮在共晶团边界处。另外，由于凝固缓慢，析出的石墨球比一般的初生石墨球要大得多。当超过某一尺寸时，这些石墨球中的铁包含物增多。随着这些石墨球在铁液中的进一步长大，因尺寸变化会形成内应力。由于在长大过程中所引起的内应力的不断增加，超过一定值时，致使石墨球开始破裂形成碎块。在凝固过程中，铁液对流可使这些碎块变得更小，并且，它们被铁液的热紊流作用冲人树枝晶间，形成碎块状石墨的结晶核心。三、防止措施1、化学成分碳当量的影响最大。在厚大断面球墨铸铁中，在不产生石墨漂浮的前提下，应尽量提高碳当量。经研究表明，碳当量的变化会明显影响石墨形状。随着碳当量增加，石墨球数增加，非球状石墨减少。因此，对于亚共晶成分的球墨铸铁，冷却速度缓慢将使球状石墨畸变；对于共晶成分的球墨铸铁，即使冷却速度缓慢，石墨仍然保持球状；对于过共晶成分的球墨铸铁，则石墨不仅圆整，而且细小。但是，在球化剂中含有稀土的情况下，则碎块形石墨容易形成。另外，碎块形石墨与含硅量有密切关系，增加含硅量将促使碎块形石墨的形成。为此，在厚大断面球墨铸铁中，尽量采取较低的含硅量，例如，对于珠光体球墨铸铁，其最高含硅量不超过2.2%。过量的稀土将导致碎块形石墨的加剧。生产实践表明，如果残余稀土量超过残余镁量，在厚大断面球墨铸铁中，必然会出现碎块形石墨。为此，残余稀土量不得超过0．03%。此外，在厚大断面球墨铸铁中，由于凝固过程缓慢，导致镁的蒸发损失。为此，要把残余镁量控制在更高的水平，残余镁量不得小于0.05%。’2、孕育对于厚大断面球墨铸铁，当面积上的石墨球数达60个以上时，可不出现碎异形石墨。采取延后孕育，对于增加厚大断面球墨铸铁的石墨球数也同样是有效的。采用型内孕育，可使石墨球数增加2倍。采用长效、高效孕育剂如采用含锶和锆的孕育剂，可使凝固时间长达3h的厚大断面球墨铸铁件仍保持有细小、均匀的球状石墨。采用含钡2%的75SiFe，也具有长效孕育的怍用。对于厚大断面球墨铸铁，采用粗颗粒的(如3～5mm)或是团块状的孕育剂进行孕育处理，对克服碎块形石墨是有利的。但是，孕育过量也将导致形成碎块形石墨。3、微量元素在厚大断面球墨铸铁中，可与Ce-起加入适量的Sb、Bi等微量元素：锑和铋本来是干扰球化的元素，这时不但不会干扰石墨球化，反而能消除碎块形石墨。在没有铈和其他微量元素的情况下，加入0.002%锑，可使200mm断面球墨铸铁的中心部位的石墨球非常圆整。锑的吸收率为80%～85%，而且回炉料中的锑也大部分可以回收。在用回炉料和未知成分炉料时，易使锑超过0.005%。因此，在加锑的同时，要加入0.01%～0.05%的铈，以抵消锑和其他干扰元素的破坏作用。四、工艺措施最有效的工艺措施是采用金属型或是冷铁。实践表明，采用金属型可显著缩短凝固时间。因而，减少碎块状石墨出现的几率。对于φ300mm的圆柱形铸件，在砂型中的凝固时间是120min；而在金属型中的凝固时间缩短为60min，对于<φ200mm的圆柱形铸件，湿砂型中的凝固时间为60min;而在金属型中的凝固时间则缩短为30min。此时，就不会有碎块状石墨的出现。此外，浇注温度要尽量降低，不要超过1400℃。(八)加工面的颜色和硬度差异：也就是人们常说的（花脸）。以较常遇到的例子说明此种缺陷，一是沈阳某厂用埀直分型迪砂线生产的QT500-7件铣削后加工面大量出现上述缺馅；；另一例是河北某厂QT600-3阀体件亦如此。如下面照片：同一区域的加工面上除多处颜色差异，用硬度计测定，不同颜色处相差20-30HB，浅色处硬度稍高210-220HB，颜色较深处170-180HB，而这二区域球化率均为≥80％。一、 一般情况下，铸件本体上出现的这种情况，客户并不太重视；但是在生产QT600-3的电梯绳轮铸件时，客户确非常重视这一问题。因为电梯绳轮表面需要有一定的硬度和耐磨性，所以他们对机加工后的铸件本体都要进行100%的硬度检测；硬度值≥200HB才算合格。而出现发黑发暗色泽的部位硬度却只有（170-180）HB；用户不能接受这种产品，按废品给予退回。二、是什么因素造成球铁铸件出现“花脸”缺陷的呢？我们起初认为；这一区域铁液在结晶时温度高、冷却速度慢，可能会造成“花脸”缺陷。但从浇注系统和浇注过程的分析中，我们又发现“花脸”区域的铁液并不是最晚凝固结晶的区域；出现“花脸”的区域是在铸件的下箱底部，而浇注系统是在铸件的顶部，整个铸件的凝固方式基本上是属于顺序凝固方式，最后凝固的铸件顶部却没有出现“花脸‘缺陷。铸件外圆直经520mm，壁厚在60-70mm左右，高度120mm，重量为83公斤，这种轮式铸件用树脂砂工艺生产。“在球墨铸铁铁液尚未凝固之前，镁元素由铁液温度较低的部位，向铁液温度高的部位进行梯度迁徙偏析”。根据这一观点，对铸件的结构进行了分析和研究；首先是铸件本体在冷却凝固过程中采用的是顶注浇注方式。这种顺序凝固的浇注方式虽然有利球铁铸件的补缩效果，但容易造成铸件在结晶凝固过程中，各部位出现温度差过高的问题；由于温度差过高，势必会造成铁液局部结晶凝固时间的延长，同时此区域的铁液温度，又低于铸件整体最后结晶凝固部位的铁液温度，这就为镁元素在铁液中的迁徙偏析，提供了温度差过高和时间差过长的条件。镁元素即是球化元素，同时又是促进（珠光体）生成的元素。铸铁基体组织的形成要晚于球形石墨的形成，如果镁元素在完成了石墨球化之后的残存量不足以促进（珠光体）的生成，那么珠光体的数量就会减少，就会造成这一区域出现色泽发暗、硬度降低的状况。QT600-3电梯绳轮最后凝固的区域状况；虽然铸件上部区域很厚大、又是温度最高区、凝固时间最长；但是由于镁元素的迁徙偏析聚集在此，其残镁量较高，所以镁元素除能完成石墨球化外，还有能力和其他元素配合完成此区域的基体组织（珠光体）的生长。所以尽管铸件上部位的厚度与下部位厚度相同或大于下部厚度，却没有发生花脸现象的出现。生产以珠光体为基体的球墨铸铁，应注意铸件本体局部区域会出现“花脸”缺陷。如果采取；1采用均衡凝固方式的浇注系统设计。2选用合适的浇注温度点。3增加残留镁的补偿量。可有效的避免“花脸”缺陷的发生。