球墨铸铁（NodularCastIron）是一（yī）种具有优良力学性能的金属（shǔ）材料（liào），通过在铁液中加入球（qiú）化剂和孕育剂，让（ràng）石（shí）墨呈球状（zhuàng）形核并长大而获（huò）得。20世纪40年代，现代（dài）球（qiú）墨铸铁由美国国际（jì）锡公司(INCO)青年科研人（rén）员K.D.Millis首先研究（jiū）成功。球墨铸（zhù）铁在力学（xué）性能、物理性能、工艺性能、使用性能上（shàng）具有独特的优（yōu）势，生（shēng）产（chǎn）工艺（yì）简（jiǎn）单（dān），成本低（dī）廉，在机械、冶金、矿山、纺织、汽车及船舶（bó）等领域应用广泛。

生（shēng）产球墨铸铁时夹渣是zui常见的缺陷，其多出现在铸件（jiàn）浇（jiāo）注位置的上平（píng）面或型芯上表面部位。夹（jiá）渣缺（quē）陷严重影响铸件的力学性（xìng）能，特别是韧（rèn）性和（hé）屈服（fú）强度，导（dǎo）致（zhì）承压部位发生渗漏。

笔者（zhě）所（suǒ）在单位生产的（de）一（yī）种发电设备铸件（jiàn）前期经常出现铸件夹渣缺陷（xiàn）而报废（fèi），针对此缺陷进行了改进。

1.原工艺及缺陷状况

铸件重（chóng）量（liàng）为4500kg，材料（liào）为QT400-18，呋喃（nán）树脂自硬砂造（zào）型。采（cǎi）用15t/h工频电炉熔炼，化学成（chéng）分为：wC＝3.5%~3.7%，wS＝2.2%~2.7%，wMn＝0.3%~0.47%，wP≤0.06%，wS≤0.2%，浇注温（wēn）度为1350~1380℃。浇注系统采用半（bàn）封闭式（shì）、横浇（jiāo）道在（zài）分（fèn）型面的环形底（dǐ）注工艺，内浇道为4道（dào）φ35mm的陶瓷管，直浇道为φ80mm，横（héng）浇道截（jié）面为：70/80mm×100mm，截面（miàn）比（bǐ）为：F直：F横：F内（nèi）=1∶2.99∶0.77，工艺方（fāng）案如（rú）图1所示。这样设（shè）计（jì）出来的铸件缺陷（xiàn）主（zhǔ）要为夹（jiá）渣，位置在法兰背面和（hé）轴承上（shàng）表面，形状不规则，无金属光泽，用（yòng）渗透液或磁粉检（jiǎn）测，有时用肉眼即可发现，如图2所（suǒ）示（shì）。

图1 工艺方案

图（tú）2 夹渣缺陷分布（bù）

2.缺陷原因（yīn）分析

（1）熔炼或球化处理后（hòu），加入的熔剂和（hé）形成的熔渣在（zài）浇注时随金属（shǔ）液一起（qǐ）注（zhù）入型腔。

（2）金属液（yè）在浇注过（guò）程中镁、稀土、硅、锰、铁等二次氧化，产生的（de）金（jīn）属氧化物和硫化物、游（yóu）离石墨（mò）等上浮到铸件上表（biǎo）面或滞（zhì）留（liú）在铸件内的（de）死角和砂芯（xīn）下表面等处。

原工艺该铸（zhù）件的浇注压头为2.5m，铁液从（cóng）浇口（kǒu）杯进入浇注系统后，直（zhí）接由内（nèi）浇道底（dǐ）返进入底法兰，进流速度大，约0.7m/s，进入型腔的铁液（yè）紊流严重，且严重卷气，因此铸件表面出现大量的（de）渣，造成（chéng）该（gāi）产品的废品（pǐn）率超过（guò）10%。

（3）由于含硫量过高，使金属液含有大（dà）量硫化物，浇注后在铸（zhù）件内部形成（chéng）渣。

（4）金属液中各组元（碳（tàn）、锰、硫、硅、铝、钛）之间或这些组元与氮（dàn）、氧之间发生化学（xué）反应，其氧化物与（yǔ）炉衬、包衬、砂型壁或涂料之间发生界面反应形成夹（jiá）渣。

3.改进方案

（1）熔炼时（shí）对原材（cái）料进行分拣，保（bǎo）证干燥（zào）、清洁（jié）、无锈蚀。

（2）提高铁液出（chū）炉（lú）温度（dù）和球化处理温度，对（duì）浇包进行充分烘（hōng）烤（kǎo）。

（3）金属液在浇包内应静置（zhì）一（yī）段时间，以（yǐ）利于渣上浮。

（4）降低原（yuán）铁液含（hán）硫（liú）量，在保证（zhèng）球化前（qián）提下，尽可能减（jiǎn）少（shǎo）球墨铸铁的残留镁（měi）含量。

（5）浇注系统改进（jìn）。为保证（zhèng）铁液在充填型腔的过程（chéng）中平稳、流（liú）畅，按大（dà）孔出流理论对浇注（zhù）系统进行了（le）改进（jìn），如图3所示。采用开放式浇注系统，通过增大进流截面降低进流速度。铸件（jiàn）整体分散进流（liú），快速充型，保证浇口杯、直浇道及时充（chōng）满（mǎn）。

图3 改进后的浇注系统

该铸件（jiàn）重4500kg，浇（jiāo）注重量6000kg，根据相关公（gōng）式计算的浇注时间为60s，阻流截面积（jī）为52cm2，即设计的开放式浇（jiāo）注（zhù）系统的直（zhí）浇道截面积为52cm2。按照标准的陶瓷管，则选择φ80mm的（de）陶瓷管，截（jié）面积是50.24cm2，按照推荐的（de）浇（jiāo）注（zhù）系统比例，设计的横浇道截面（miàn）形状是矩形（9cm×6cm），则面积是108cm2，内浇道是13道φ35mm的陶瓷管，截面积（jī）是125cm2，则zui终的截（jié）面（miàn）比（bǐ）是F直（zhí）：F横：F内=1∶2.15∶2.49。

根（gēn）据上面计算的参数计算得（dé）进（jìn）流速度为0.28m/s，进流速度降低很多，是原工艺进流速度的（de）40%。充型平（píng）稳，避免紊流，大大降低了铁液二次氧化的（de）机会，从而可以减少夹渣（zhā）缺陷。

4.改进后验（yàn）证

采用以上措施连续（xù）生产15件，铸件没有再出现法兰（lán）和轴承上表面部位夹渣缺陷（xiàn），改进有效（xiào）。类似的方（fāng）法在（zài）其他产品上运用，也有明（míng）显效（xiào）果（guǒ）。

5.结语（yǔ）

大（dà）型（xíng）球墨铸铁件（jiàn）易于在浇注（zhù）位置上表面以及（jí）铁液流动（dòng）的（de）一些死角（jiǎo）区域产生（shēng）夹渣缺陷，这（zhè）些缺陷可以（yǐ）通过熔炼控制和浇注（zhù）系统的改进（jìn）来解决（jué）。浇注系统形式以及参数选择应（yīng）能保证铁液平稳充型，为（wéi）此浇注系统（tǒng）各组成（chéng）部（bù）分面积、浇注时间需（xū）按照内（nèi）浇（jiāo）道低速进流、铸件整体（tǐ）快速充满的（de）原则来计算。