鑄鐵件經(jīng)常會(huì)發(fā)生各種不同的鑄造缺陷，如何防止這些缺陷發(fā)生，一直是鑄件生產(chǎn)廠關(guān)注的問(wèn)題。本文介紹了筆者在這方面的一些認(rèn)識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
1 氣孔
特征：鑄件中的氣孔是指在鑄件內(nèi)部，表面或接近表面處存在的大小不等的光滑孔洞。孔壁往往還帶有氧化色澤，由于氣體的來(lái)源和形成原因不同，氣孔的表現(xiàn)形式也各不相同，有侵入性氣孔，析出性氣孔，皮下氣孔等。
1.1 侵入性氣孔
這種氣孔的數(shù)量較少，尺寸較大，多產(chǎn)生在鑄件外表面某些部位，呈梨形或圓球形。主要是由于鑄型或砂芯產(chǎn)生的氣體侵入金屬液的未能逸出而造成。
防止措施：
（1）減少發(fā)氣量：控制型砂或芯砂中發(fā)氣物質(zhì)的含量，濕型砂的含水量不能過(guò)高，造型與修模時(shí)脫模劑和水用量不宜過(guò)多。砂芯要保證烘干，烘干后的砂芯不宜存放太長(zhǎng)時(shí)間，隔天使用的砂芯在使用前要回爐烘干，以防砂芯吸潮，不使用受潮、生銹的冷鐵和芯撐等。
（2）改善型砂的透氣性，選擇合適的型空緊實(shí)度，合理安排出氣眼位置以利排氣，確保砂芯通氣孔道暢通。
（3）適當(dāng)提高澆注溫度，開(kāi)排氣孔和排氣冒口等，以利于侵入金屬液的氣體上浮排出。
1.2 析出性氣孔
這種氣孔多而分散，一般位于鑄件表面往往同批澆注的鑄件大部分都發(fā)現(xiàn)有。這種氣孔主要是由于在熔煉過(guò)程中，金屬液吸收的氣體在凝固前未能全部析出，便在鑄件中形成許多分散的小氣孔。
防止措施：
（1）采用潔凈干燥的爐料，限制含氣量較多的爐料使用。
（2）確保“三干”：即出鐵槽、出鐵口、過(guò)橋要徹底烘干。
（3）澆包要烘干，使用前most好用鐵液燙過(guò)，包中有鐵液，一定要在鐵液表面放覆蓋劑。
（4）各種添加劑（球化劑、孕育劑、覆蓋劑）一不定期要保持干燥，濕度高的時(shí)候，要烘干后才能使用。
1.3 皮下氣孔
這種氣孔主要出現(xiàn)在鑄件的表層皮下2～3mm處，直徑為1～3mm左右。而且數(shù)量較多，鑄件經(jīng)熱處理或粗加工去除外皮后，就會(huì)清晰地顯露出來(lái)。
防止措施；
（1）適當(dāng)提高澆注溫度，嚴(yán)格控制各種添加劑的加入量，盡可能縮短澆注時(shí)間。
（2）孕育劑的加入量most好控制在（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）0.4%～0.6%，同時(shí)要嚴(yán)格控制孕育劑中A1的質(zhì)量分?jǐn)?shù),w(Al)偏高容易和型腔表面的水分發(fā)生反應(yīng)：2Al＋3H2O＝Al2O3＋3H2↑，一般情況下孕育劑含Al量不宜超過(guò)1.5%。
（3）防止鐵液氧化，適當(dāng)補(bǔ)加接力焦，嚴(yán)格控制進(jìn)風(fēng)量。
（4）在保證球化的前提下，盡量減少球化劑的加入量。
（5）澆注時(shí)在鐵液表面覆蓋冰晶石粉，防止鐵液氧化。
（6）盡量降低型砂水分。
（7）提高澆注速度。
2 砂眼、渣孔
特征：缺陷處內(nèi)部或表面充塞著型（芯）砂的小孔，稱為砂眼。若缺陷形狀呈不規(guī)則，內(nèi)部是渣或夾雜物，則稱為渣孔。
砂眼防止措施：
（1）提高型（芯）砂的強(qiáng)度及砂型緊實(shí)度，減少砂芯的毛刺和砂型的銳角，防止沖砂。
（2）合型前要吹干凈型腔和砂芯表面的浮砂，合型后要盡快澆注。使用冷芯砂時(shí)，盡可能分散進(jìn)鐵液，避免沖刷造成砂眼。
（3）防止砂芯烘枯及存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。
（4）合理設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，避免鐵液對(duì)型壁沖刷力太大；澆口杯表面要光滑，不能有浮砂。
渣孔防止措施：
（1）提高鐵液過(guò)熱溫度，球鐵、蠕鐵、合金鑄鐵應(yīng)該增加扒渣次數(shù)，溫度允許的情況下，澆注前靜止一段時(shí)間，以利于熔渣上浮。
（2）防止鐵液氧化，嚴(yán)格控制球化劑，孕育劑的加入量（特別是隨流孕育的量），球鐵采用隨流孕育一定要慎重。
（3）合理設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，放置濾網(wǎng)片提高檔渣能力，澆注包上most好安置擋渣系統(tǒng)，澆注時(shí)保持不斷流。
（4）球鐵鑄件在澆注以及鐵液在型腔內(nèi)流動(dòng)過(guò)程中，由于鐵液氧化，或者鐵液所含各種元素與鑄型、砂芯材料反應(yīng)產(chǎn)生的渣，通常稱之為“二次渣”（以區(qū)別于澆注前已存在的“一次渣”），這種渣形成的夾渣缺陷往往只能在斷口上發(fā)現(xiàn)，成品鑄件加工面上往往要經(jīng)磁粉探傷才能發(fā)現(xiàn)。這種夾雜物主要是由氧化物（MgO、SiO2、Feo…）和硫化物（MgS、FeS、MnS…）及其它的夾雜物組成的。
“二次渣”的防止措施：
①嚴(yán)格控制鐵液的殘余鎂量（一般質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.035%～0.055%，壁薄宜控制在下限，壁厚可控制在上限）。
②降低原鐵液含硫量，有條件的要采取脫硫處理，并提高處理溫度與澆注溫度。脫硫處理可以大幅度降低原鐵液含硫量，能有效地減少“二次渣”。
③適當(dāng)提高球化劑的稀土含量，降低鎂含量，有利于降低鐵液結(jié)皮溫度，減少“二次渣”。
3 縮孔、縮松
特征：在鑄件的厚斷面，熱節(jié)處或軸心等most后凝固的地方形成表面粗糙的孔洞，并且或多或少帶有樹(shù)枝狀結(jié)晶。孔洞大而集中的稱為縮孔，小而分散的稱為縮松。縮孔與縮松主要是由于金屬液在冷卻凝固時(shí)所產(chǎn)生的液態(tài)收縮與凝固收縮遠(yuǎn)大于固態(tài)收縮，并在鑄件most后凝固的地方得不到金屬液的補(bǔ)充所造成的。
防止措施：
（1）根據(jù)鑄件壁厚選擇恰當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)成分，球鐵要嚴(yán)格控制鎂的殘留量，盡可能降低澆注溫度，
（2）合理設(shè)計(jì)冒口和澆注系統(tǒng)，使鑄件得到充分補(bǔ)縮，必要時(shí)，在鑄件厚斷面部位設(shè)置冷鐵或內(nèi)冷鐵。
（3）爐前孕育不宜過(guò)量，一般情況下一次孕育劑加入量控制在0.4%～0.6%，瞬時(shí)隨流孕育量控制在0.05%～0.15%。
（4）防止鐵液氧化，沖天爐爐渣的氧化鐵含量要低于5%（most好低于3%），電爐鐵液不要在爐內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間高溫保留。
（5）盡量提高鑄型剛度。
4 粘砂
特征：在鑄件的表面粘結(jié)著一層很難清理的造型材料。粘砂分機(jī)械粘砂和化學(xué)粘砂兩種，它們的區(qū)別是：機(jī)械粘砂是高溫金屬液滲入砂粒間的孔隙中而形成；化學(xué)粘砂是金屬氧化和造型材料形成的低熔點(diǎn)化合物，與鑄件牢固地粘結(jié)在一起而形成。
防止措施：
（1）選擇耐火度較高的砂，型砂的SiO2含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）應(yīng)高于92%，most好高于95%。
（2）對(duì)要求較高的鑄件可采用鋯砂（ZrSiO4）或鉻鐵礦砂（FeCr2O4），能取得較好的效果。
（3）適當(dāng)降低澆注溫度和提高澆注速度，減弱金屬液對(duì)砂型的熱力學(xué)作用和化學(xué)作用。
（4）砂型緊實(shí)度要高（B型硬度計(jì)高于85，most好高于90），而且要均勻。砂芯的修補(bǔ)要到位，不能有局部疏松，同時(shí)要防止涂料起皮。
5 裂紋
特征：澆注好的鑄件表面有直線或彎曲的裂紋。裂紋分熱裂和冷裂兩種。熱裂的裂口多呈曲折和不規(guī)則的形狀，其斷口表面呈淺黑色，有較深的氧化色。冷裂的裂口較直，鑄件斷口表面有金屬光澤而且比較干凈，有時(shí)出現(xiàn)輕微的氧化色。
鑄件產(chǎn)生裂紋的主要原因是：冷卻凝固收縮時(shí)受到阻礙而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力大于金屬材料的強(qiáng)度時(shí)，鑄件就開(kāi)裂形成裂紋。
防止措施：
（1）嚴(yán)格控制鐵液的化學(xué)成分。其中硫高能使鑄件產(chǎn)生“熱脆性”，造成熱裂，因此灰鑄鐵中w(S)most好低于0.12%，但也不能太低（不宜低于0.05%），硫太低要影響孕育效果，most適宜的w(S)為0.05%～0.12%。磷高能使鑄件產(chǎn)生“冷脆性”，造成冷裂，因此灰鑄鐵中w(P)most好低于0.15%，球鐵中w(P)most好低于0.08%。
（2）調(diào)節(jié)鑄件各部位的冷卻速度，避免鑄件局部過(guò)熱，在鑄件的厚大斷面或熱節(jié)處放置冷鐵，內(nèi)澆道適當(dāng)分散，使鑄件各部位溫度趨向均勻。
（3）鑄件澆注好以后，開(kāi)型不要過(guò)早，不要用冷水澆噴高溫鑄件，適宜的開(kāi)型時(shí)間是型內(nèi)鑄件溫度低于
（4）條件允許時(shí)，改變鑄件的結(jié)構(gòu)，防止鑄件開(kāi)裂。如設(shè)置加強(qiáng)筋，兩截面交接部位由直角改成圓角，以減少應(yīng)力集中。
6 變形
特征：長(zhǎng)的鑄件比較容易產(chǎn)生變形，如機(jī)床床身、柴油機(jī)的缸體、缸蓋，由于鑄件壁厚相差太多，冷卻不均，容易造成鑄件變形。還有一些鑄件是在加工好以后，存放一段時(shí)間后出現(xiàn)變形。
防止措施：
（1）對(duì)于一些容易出現(xiàn)變形的鑄件，除了適當(dāng)增加加工余量外，還可以把模具做成反向變形（如把模具做成反向彎曲），來(lái)糾正鑄件出現(xiàn)的變形。
（2）將鑄件進(jìn)行去應(yīng)力退火，消除鑄件的內(nèi)應(yīng)力；條件許可時(shí)，可采用時(shí)效處理。開(kāi)型時(shí)間不要過(guò)早，落砂以后的鑄件不要疊放。
7 硬度不均勻
特征：鑄件表面經(jīng)加工后，出現(xiàn)微觀的凹凸，有的局部地方還有“發(fā)亮”的硬質(zhì)點(diǎn)，鑄件的表面硬度相差較大，達(dá)30－50HB（國(guó)外先進(jìn)水平5－10HB），硬質(zhì)點(diǎn)部位的硬度可能超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)。鑄件的硬度差大容易造成工作面磨損不均勻，導(dǎo)致機(jī)床加工精度差，柴油機(jī)工作噪聲大。
防止措施：
（1）提高鐵液的過(guò)熱溫度，出爐溫度most好高于
（2）防止C、Si含量因鐵液氧化而降低，嚴(yán)格控制孕育劑的加入量及孕育劑的粒度，并且孕育劑加入要均勻，most好用時(shí)間可以控制的震動(dòng)加料裝置，確保孕育時(shí)間占出鐵時(shí)間的70%以上。
（3）most好使用#20以下的廢鋼，避免使用合金鋼，廢鋼使用前most好作除銹處理。小、輕、薄的廢鋼most好預(yù)先壓成團(tuán)塊后再使用。
（4）對(duì)于厚薄不均的鑄件，要合理設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，確保鑄件各部位冷卻均勻，特別厚大部位可放置冷鐵或耐火磚。
8 球鐵件不球化或球化不良
特征：鑄件斷口呈灰黑色，力學(xué)性能明顯偏低，金相檢查可發(fā)現(xiàn)石墨呈片狀，鑄件的殘余鎂量和稀土量太低，這種狀況一般是不球化。鑄件斷口仍呈銀灰色，但有分散的灰黑點(diǎn)，力學(xué)性能偏低，金相檢查可發(fā)現(xiàn)小部分石墨呈片狀或蠕蟲(chóng)狀，鑄件的殘余鎂量和稀土量比正常含量偏低，這種狀況一般為球化不良。
防止措施：
（1）根據(jù)原鐵液的含硫量以及球化劑的的鎂和稀土含量來(lái)決定球化劑的加入量，例如采用w(Mg)在7%－9%，w(RE)在2%－5%的球化劑，處理溫度不超過(guò)
（2）球化處理要確保球化劑與鐵液有足夠的反應(yīng)時(shí)間，一般情況下反應(yīng)時(shí)間在80－100秒為most好。處理好的球鐵要盡快澆注。
（3）盡量降低原鐵液含硫量，如使用高碳低硫焦炭，有條件的話可采用脫硫處理，原鐵液出鐵時(shí)要避免出到出爐渣（爐渣中硫是鐵液的3－4倍）。
（4）嚴(yán)格控制生鐵中的反球化元素（如砷、鉛、鈦、鉍、鋁等的含量）。
（5）防止鐵液氧化，處理球鐵時(shí)溫度要適中，根據(jù)鐵液溫度的高低，來(lái)選擇球化劑的化學(xué)成分。
（6）大斷面件應(yīng)適當(dāng)降低稀土含量，必要時(shí)可加入少量銻中和稀土使球墨畸變的作用。
9 球化衰退
特征：同包鐵液澆注的鑄件中，前期澆注的球化良好，后期澆注的鑄件球化不良，或者不球化。
防止措施：
（1）處理好的鐵液盡快澆注，鐵液表面要覆蓋保溫材料，避免鐵液表面氧化。
（2）確保鐵液有足夠的殘余鎂量，厚大斷面的球鐵件可采用衰退能力較弱的球化劑（釔基重稀土鎂球化劑）。
10 石墨漂浮（含開(kāi)花狀石墨）
特征：在鑄件斷口的上表面可見(jiàn)到一層清晰、密集的黑斑，金相檢查可發(fā)現(xiàn)斷面頂部石墨球聚集，聚集層下部有時(shí)有連續(xù)的或者個(gè)別的開(kāi)花狀石墨。石墨漂浮嚴(yán)重削弱球鐵的力學(xué)性能，使強(qiáng)度、硬度、伸長(zhǎng)率和沖擊韌度都明顯降低。
防止措施：
（1）嚴(yán)格控制碳當(dāng)量，這是解決石墨漂浮的根本途徑，一般情況下，碳當(dāng)量控制在4.3%～4.7%。薄小件偏上限，厚大件偏下限。
（2）加快鑄件的冷卻速度，在厚大部位處放置冷鐵。有時(shí)候可加入一些反石墨化元素（如鉬）。
（3）球化劑的稀土含量不宜太高。
表1 原鐵液硫量與球化劑加入量的關(guān)系（球化劑w(Mg)在7%～9%，w(RE)在2%～5%）
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原鐵液w(S) |
0.03～0.04 |
0.04～0.05 |
0.05～0.06 |
0.06～0.07 |
0.07～0.08 |
0.08～0.09 |
0.09～0.10 |
|
球化劑加入量 |
1.3 |
1.4 |
1.5 |
1.6 |
1.7 |
1.8 |
1.9 |
11 反白口
特征：鑄件斷面心部出現(xiàn)白口（碳化物），而在冷卻相對(duì)較快的外層部位，組織反而正常。產(chǎn)生這種缺陷的主要原因是：灰鑄鐵鐵液含硫高，含錳量過(guò)低，不符合Mn＝1.7S＋0.3的關(guān)系。另外，鐵液吸收氫氣或鐵液中的石墨核心過(guò)少。硫、氫都容易向鑄件中心偏析，而它們又是反石墨化元素，阻礙石墨的生長(zhǎng)，使鑄件中心過(guò)冷到產(chǎn)生白口的溫度才結(jié)晶，從而使鑄件中心產(chǎn)生白口。球鐵小件出現(xiàn)反白口的原因往往是由于熱節(jié)部位稀土和鎂偏析，含量偏高。厚大球鐵件心部出現(xiàn)碳化物則往往是由于心部凝固時(shí)間較長(zhǎng)，石墨核心容易被熔解消失所致。
防止措施：
（1）降低原鐵液的w(S)量，有條件的可采取脫硫處理，這是防止反白口的有效防止措施。
（2）w(Mn)量要符合（Mn＝1.7S＋0.3）的關(guān)系，同時(shí)要嚴(yán)格控制鐵液中的殘余鎂量和稀土量，根據(jù)鑄件壁厚確定合適的碳當(dāng)量。
（3）嚴(yán)格控制原輔材料及添加劑的水分，確保“三干”到位。
（4）加強(qiáng)爐前孕育處理或采用復(fù)合孕育劑，（如含Ba、Ca的孕育劑）以增加鐵液的結(jié)晶核心。
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