球（qiú）墨铸铁（tiě）（NodularCastIron）是一种具有优良力学性（xìng）能的（de）金（jīn）属材料，通过在铁液中加入球化剂和孕育剂，让石（shí）墨呈球状形核并长（zhǎng）大而获得。20世纪40年代，现（xiàn）代球墨铸铁由美国国（guó）际锡公司(INCO)青年科研人员（yuán）K.D.Millis首先研究（jiū）成功。球墨铸铁（tiě）在力（lì）学性能、物理性能、工艺性能、使用性能上具有（yǒu）独特的优（yōu）势，生产工艺（yì）简单，成本低廉，在机械、冶金、矿山（shān）、纺织、汽车及船舶等领域应用广泛。

生（shēng）产球（qiú）墨（mò）铸铁（tiě）时夹渣是zui常见（jiàn）的缺陷，其多出现在铸件浇注位置的上（shàng）平面或型芯（xīn）上表面部位。夹渣缺陷严重影（yǐng）响铸件的力学性能，特别是（shì）韧性和屈服强度，导致承压部位发（fā）生渗（shèn）漏。

笔（bǐ）者所在单位生（shēng）产的一种发电设备铸件前期经常出（chū）现（xiàn）铸件夹渣缺（quē）陷（xiàn）而报废，针对此缺陷进（jìn）行了（le）改进。

1.原（yuán）工艺及缺陷状（zhuàng）况

铸件重量为4500kg，材料为QT400-18，呋喃树（shù）脂自（zì）硬砂造型。采用15t/h工频电炉熔炼，化学成分（fèn）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（wéi）1350~1380℃。浇注系统采用半封闭式、横（héng）浇道在分型面的（de）环形底注（zhù）工艺，内浇（jiāo）道为（wéi）4道φ35mm的陶瓷管，直浇（jiāo）道为（wéi）φ80mm，横浇道截面（miàn）为：70/80mm×100mm，截面比为（wéi）：F直：F横：F内=1∶2.99∶0.77，工艺（yì）方案如图（tú）1所示。这（zhè）样设计出来的铸件缺陷（xiàn）主要为（wéi）夹（jiá）渣（zhā），位（wèi）置在（zài）法兰背面和轴承上表面，形状不规则，无金属（shǔ）光泽，用渗透液或磁粉检测，有（yǒu）时用肉眼即可发现（xiàn），如图2所示。

图1 工艺方案

图2 夹渣缺陷分布

2.缺陷原因分析

（1）熔炼或（huò）球化（huà）处理后，加入的熔剂和（hé）形成的熔渣（zhā）在浇（jiāo）注时随（suí）金属液一起注入型腔。

（2）金属液在浇注过程中镁、稀土（tǔ）、硅、锰（měng）、铁（tiě）等二次（cì）氧化，产生的金属氧化物和硫化（huà）物、游离石墨（mò）等上（shàng）浮到铸件上表面或滞留在铸件内（nèi）的死角和砂（shā）芯下表面等处（chù）。

原工艺（yì）该铸件的浇注压（yā）头为2.5m，铁液从浇口杯进入浇注系统后，直（zhí）接由内（nèi）浇道底（dǐ）返进（jìn）入（rù）底法兰，进流速度大，约0.7m/s，进入型腔的铁液紊流（liú）严重（chóng），且严重卷气，因此（cǐ）铸（zhù）件（jiàn）表（biǎo）面（miàn）出现大量（liàng）的渣（zhā），造成该（gāi）产品的废品率超过10%。

（3）由（yóu）于含硫量过高（gāo），使金属液含有大量（liàng）硫化物，浇注后在铸件内（nèi）部形成渣（zhā）。

（4）金属液中各组（zǔ）元（碳（tàn）、锰、硫、硅、铝、钛）之间（jiān）或这（zhè）些（xiē）组元与氮、氧之间发生化学反应（yīng），其（qí）氧化物与炉（lú）衬（chèn）、包衬、砂型壁或涂料之（zhī）间发生界面反（fǎn）应形（xíng）成（chéng）夹渣。

3.改进方（fāng）案（àn）

（1）熔炼时（shí）对（duì）原（yuán）材料进行分（fèn）拣，保证干燥、清（qīng）洁、无锈蚀。

（2）提高铁液出炉温度和球化处理温度，对浇包（bāo）进行（háng）充分烘烤。

（3）金（jīn）属液在浇包（bāo）内应静置一（yī）段时间，以（yǐ）利于（yú）渣上浮。

（4）降低（dī）原铁液含（hán）硫（liú）量（liàng），在保证球化（huà）前提下，尽（jìn）可能减少球（qiú）墨铸铁的（de）残留镁（měi）含量。

（5）浇注系统改进。为保证（zhèng）铁液在充填型腔（qiāng）的（de）过程中（zhōng）平稳、流（liú）畅，按大孔出（chū）流理论对浇（jiāo）注系统进行了改进，如图3所（suǒ）示。采用开放式浇注系统，通过增大进流（liú）截（jié）面（miàn）降低进流速度。铸（zhù）件整体分散进（jìn）流，快速充型，保证（zhèng）浇口杯、直浇道及时（shí）充满。

图3 改进后的浇注系统（tǒng）

该铸件重4500kg，浇注重量（liàng）6000kg，根据相关公式（shì）计算的浇（jiāo）注（zhù）时间为60s，阻流截面（miàn）积为52cm2，即设计的开（kāi）放式浇（jiāo）注系（xì）统的直浇道截（jié）面积为52cm2。按照（zhào）标准的陶瓷管，则选择φ80mm的陶瓷管，截面积是（shì）50.24cm2，按照推荐的浇注系统比例，设计（jì）的横浇道（dào）截面形状是矩形（xíng）（9cm×6cm），则面（miàn）积是108cm2，内浇道是13道（dào）φ35mm的陶（táo）瓷（cí）管，截面积是125cm2，则zui终的截面比是F直（zhí）：F横（héng）：F内（nèi）=1∶2.15∶2.49。

根据上面计算的参数计算（suàn）得进流速度为（wéi）0.28m/s，进流速（sù）度降低很多，是原（yuán）工艺进流速度的40%。充型平稳，避免紊（wěn）流，大（dà）大降低了铁液二（èr）次（cì）氧化的（de）机会，从而可以减少夹渣缺（quē）陷。

4.改进后验证

采用以（yǐ）上措施连续生（shēng）产15件，铸件没有再出现法兰和（hé）轴承上表面部位夹（jiá）渣（zhā）缺（quē）陷，改进有效。类似的方法在其他产（chǎn）品（pǐn）上运用，也有明显效（xiào）果。

5.结（jié）语（yǔ）

大型球墨铸铁件易于在浇注位置上表面以及铁（tiě）液流动的一些死角区域产生夹（jiá）渣缺（quē）陷，这些缺陷可以通过熔炼控制和浇注系统（tǒng）的改进来（lái）解（jiě）决。浇（jiāo）注系（xì）统形式以及参数选择应能保（bǎo）证铁液平稳充（chōng）型，为（wéi）此浇注系统各（gè）组成部分面积、浇注（zhù）时间需按（àn）照（zhào）内浇道低速进流（liú）、铸件（jiàn）整体（tǐ）快（kuài）速充满的原则（zé）来计算。