灰鑄鐵件可能出現(xiàn)的缺陷分析
在灰鑄鐵件生產(chǎn)中，常見的鑄件缺陷有：氣孔、成分與性能不合格、熱裂與冷裂、縮孔與縮松、渣眼與鐵豆、冷隔與澆不足、砂眼與夾砂、多肉與錯輻、變形等。通常，產(chǎn)生這些缺陷的原因不單是造型制芯問題，有時還有熔煉澆注、配砂質(zhì)量、落砂清理等許多生產(chǎn)工序的問題，因此必須具體分析，以便采取相應的合理措施加以解決。
一、砂芯和砂型的剛性
砂型澆注后，由于鐵液的靜壓力或凝固而引起的膨脹力，常導致型壁移動和砂芯潰散，這就會使鑄件產(chǎn)生內(nèi)部縮孔和表面縮陷。因此為使鑄件尺寸穩(wěn)定，要最大限度地使鑄型緊實。
為了節(jié)約造型材料，造芯時廣泛采用了空心砂芯，它比實體芯輕，故熱容量小，凝固速度慢，這會導致砂型擴張或砂芯潰散。此外，鐵液可能通過芯頭或砂芯上的裂紋而滲入其中空部分，這也會使鑄件產(chǎn)生缺陷。
為了提高空心砂芯的剛性，可用濕型砂或水玻璃砂充填；也可將殼芯作成兩半，其內(nèi)部設置加強筋，造芯后粘合可得到堅硬的砂芯。
二、正確選擇澆注溫度
1.澆注溫度過低時可能形成的缺陷
（1）硫化錳氣孔 此種氣孔位于鑄件表皮以下且多在上面，常在加工后顯露出來，氣孔直徑約2~6mm。有時孔中含有少量熔渣，金相研究表明，此缺陷是由MnS偏析與熔渣混合而成，原因是澆注溫度低，同時鐵液中含Mn和S量高。
（2）液體夾渣 加工后鑄件表皮之下會發(fā)現(xiàn)一個個單體的小孔，孔的直徑一般為1~3mm。個別情況下只有1~2個小孔。金相研究表明，這些小孔與少量的液體夾渣一起出現(xiàn)，但該處未發(fā)現(xiàn)S的偏析。
（3）砂芯氣體引起的氣孔 氣孔和多空性氣孔常因砂芯排氣不良而引起。因為造芯時砂芯多在芯盒中硬化，這就常使砂芯排氣孔數(shù)量不夠。為了形成排氣孔，可在型芯硬化后補充鉆孔。
澆注溫度過低最常見的原因是澆注前，鐵液在敞口的澆包中長時間運輸和停留而散熱。用帶有絕熱材料的澆包蓋，可以顯著地減少熱損失。
2.澆注溫度過高
澆注溫度過高會引起砂型漲大，特別是具有復雜砂芯的鑄件，當澆注溫度≥1420℃時廢品增多，澆注溫度為1460℃時廢品達50％。在生產(chǎn)中，利用感應電爐熔煉能較好地控制鐵液溫度。
三、晶核的形成
（1）孕育的影響
孕育處理有時也會增加鑄造缺陷，因為強烈孕育而急劇生核的鑄鐵件，形成碳化物的傾向增大了。所以建議孕育處理時孕育劑的用量能防止白口就可以了，健全鑄件中的晶核比有縮孔的鑄件要少的多。
（2）硫的作用
由于大多數(shù)廢鋼中含S量低，故電爐熔化廢鋼時，只能獲得含S量低（≤0．05％）的鑄鐵。此種鑄鐵對許多孕育劑來說不起作用，原因是孕育衰退的很快，所以用廢鋼在電爐中熔化時，常常在鑄件中產(chǎn)生白口。
（3）鐵液的保溫和過熱溫度
近年來，人們傾向于用電爐熔化并保溫鐵液，但提高過熱溫度和增加保溫時間會減少晶核的形成，故有產(chǎn)生白口的危險?？紤]到經(jīng)濟和材料性能方面的原因，長時間保溫時其溫度應盡可能低些。
四、因砂芯引起的鑄件尺寸誤差
砂芯受熱時首先是膨脹，然后產(chǎn)生塑性變形，這種在高溫下所引起的變化與所用的型砂以及粘結劑的分解有關。
（1）硬化溫度和硬化時間的影響 樹脂砂的最初膨脹和熱塑性同硬化溫度和時間有關。硬化時間長的砂芯，其一次和二次膨脹就大，可能帶來變形問題；而硬化時間短時，砂芯膨脹小且分解快。
（2）砂芯涂料的影響 大部分砂芯表面要刷涂料，經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)，耐火涂料滲入砂芯表面的深度對砂芯變形有很大影響，當涂上含有表面活性劑的涂料時、因滲透深度大而防止了二次膨脹。
灰鑄鐵缺陷產(chǎn)生的原因分析
影響灰鑄鐵力學性能的主要因素：冷卻速度，鐵液的過熱處理、孕育處理、爐料特性等。
1.關于冷卻速度的影響
影響鑄件冷卻速度的因素較多：鑄件壁厚和重量、鑄型材料的種類、澆冒口和重量等等。由于鑄件的壁厚、重量和結構取決于工作條件，不能隨意改變，故在選擇化學成分時應考慮到它們對組織的影響。
2.關于鐵液過熱處理的影響
提高鐵液過熱溫度可以：
①增加化合碳含量和相應減少石墨碳含量，
②細化石墨，并使枝晶石墨的形成，
③消除鑄鐵的“遺傳性”，
④提高鑄件斷面上組織的均勻性，
⑤有利于鑄件的補縮。同樣，鐵液保溫也有鐵液過熱的類似作用。
3.關于鐵液孕育處理的影響
孕育處理就是在鐵液進入鑄件型腔前，把孕育劑附加到鐵液中以改變鐵液的冶金狀態(tài)，從而可改善鑄鐵的顯微組織和性能。
對灰鑄鐵而言，進行孕育處理是為了獲得A型石墨、珠光體基體、細小共晶團的組織，以及減少鑄件薄壁或邊角處的白口傾向和對鑄件壁厚的敏感性；對可鍛鑄鐵而言，是為了縮短短退火周期，增大鑄件的允許壁厚和改善組織的結構；對球墨鑄鐵而言，是為了減少鑄件白口傾向，提高球化率和改善石墨的圓整性。
4.關于爐料特性的影響
實際生產(chǎn)中往往發(fā)現(xiàn)改變金屬爐料（例如采用不同產(chǎn)地的生鐵或改變爐料的配比等)而化學成分似乎無變化的情況下鑄鐵具有不同的組織和性能，這說明原材料的性質(zhì)直接影響著用它熔煉出來的鑄鐵的性質(zhì)，稱為鑄鐵的：“遺傳性”為此，采用提高鐵液溫度和使用多種鐵料配料可消除這種“遺傳性”，并改善鑄鐵的組織和性能。
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在灰鑄鐵件生產(chǎn)中，常見的鑄件缺陷有：氣孔、成分與性能不合格、熱裂與冷裂、縮孔與縮松、渣眼與鐵豆、冷隔與澆不足、砂眼與夾砂、多肉與錯輻、變形等。通常，產(chǎn)生這些缺陷的原因不單是造型制芯問題，有時還有熔煉澆注、配砂質(zhì)量、落砂清理等許多生產(chǎn)工序的問題，因此必須具體分析，以便采取相應的合理措施加以解決。
一、砂芯和砂型的剛性
砂型澆注后，由于鐵液的靜壓力或凝固而引起的膨脹力，常導致型壁移動和砂芯潰散，這就會使鑄件產(chǎn)生內(nèi)部縮孔和表面縮陷。因此為使鑄件尺寸穩(wěn)定，要最大限度地使鑄型緊實。
為了節(jié)約造型材料，造芯時廣泛采用了空心砂芯，它比實體芯輕，故熱容量小，凝固速度慢，這會導致砂型擴張或砂芯潰散。此外，鐵液可能通過芯頭或砂芯上的裂紋而滲入其中空部分，這也會使鑄件產(chǎn)生缺陷。
為了提高空心砂芯的剛性，可用濕型砂或水玻璃砂充填；也可將殼芯作成兩半，其內(nèi)部設置加強筋，造芯后粘合可得到堅硬的砂芯。
二、正確選擇澆注溫度
1.澆注溫度過低時可能形成的缺陷
（1）硫化錳氣孔 此種氣孔位于鑄件表皮以下且多在上面，常在加工后顯露出來，氣孔直徑約2~6mm。有時孔中含有少量熔渣，金相研究表明，此缺陷是由MnS偏析與熔渣混合而成，原因是澆注溫度低，同時鐵液中含Mn和S量高。
（2）液體夾渣 加工后鑄件表皮之下會發(fā)現(xiàn)一個個單體的小孔，孔的直徑一般為1~3mm。個別情況下只有1~2個小孔。金相研究表明，這些小孔與少量的液體夾渣一起出現(xiàn)，但該處未發(fā)現(xiàn)S的偏析。
（3）砂芯氣體引起的氣孔 氣孔和多空性氣孔常因砂芯排氣不良而引起。因為造芯時砂芯多在芯盒中硬化，這就常使砂芯排氣孔數(shù)量不夠。為了形成排氣孔，可在型芯硬化后補充鉆孔。
澆注溫度過低最常見的原因是澆注前，鐵液在敞口的澆包中長時間運輸和停留而散熱。用帶有絕熱材料的澆包蓋，可以顯著地減少熱損失。
2.澆注溫度過高
澆注溫度過高會引起砂型漲大，特別是具有復雜砂芯的鑄件，當澆注溫度≥1420℃時廢品增多，澆注溫度為1460℃時廢品達50％。在生產(chǎn)中，利用感應電爐熔煉能較好地控制鐵液溫度。
三、晶核的形成
（1）孕育的影響
孕育處理有時也會增加鑄造缺陷，因為強烈孕育而急劇生核的鑄鐵件，形成碳化物的傾向增大了。所以建議孕育處理時孕育劑的用量能防止白口就可以了，健全鑄件中的晶核比有縮孔的鑄件要少的多。
（2）硫的作用
由于大多數(shù)廢鋼中含S量低，故電爐熔化廢鋼時，只能獲得含S量低（≤0．05％）的鑄鐵。此種鑄鐵對許多孕育劑來說不起作用，原因是孕育衰退的很快，所以用廢鋼在電爐中熔化時，常常在鑄件中產(chǎn)生白口。
（3）鐵液的保溫和過熱溫度
近年來，人們傾向于用電爐熔化并保溫鐵液，但提高過熱溫度和增加保溫時間會減少晶核的形成，故有產(chǎn)生白口的危險?？紤]到經(jīng)濟和材料性能方面的原因，長時間保溫時其溫度應盡可能低些。
四、因砂芯引起的鑄件尺寸誤差
砂芯受熱時首先是膨脹，然后產(chǎn)生塑性變形，這種在高溫下所引起的變化與所用的型砂以及粘結劑的分解有關。
（1）硬化溫度和硬化時間的影響 樹脂砂的最初膨脹和熱塑性同硬化溫度和時間有關。硬化時間長的砂芯，其一次和二次膨脹就大，可能帶來變形問題；而硬化時間短時，砂芯膨脹小且分解快。
（2）砂芯涂料的影響 大部分砂芯表面要刷涂料，經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)，耐火涂料滲入砂芯表面的深度對砂芯變形有很大影響，當涂上含有表面活性劑的涂料時、因滲透深度大而防止了二次膨脹。
灰鑄鐵缺陷產(chǎn)生的原因分析
影響灰鑄鐵力學性能的主要因素：冷卻速度，鐵液的過熱處理、孕育處理、爐料特性等。
1.關于冷卻速度的影響
影響鑄件冷卻速度的因素較多：鑄件壁厚和重量、鑄型材料的種類、澆冒口和重量等等。由于鑄件的壁厚、重量和結構取決于工作條件，不能隨意改變，故在選擇化學成分時應考慮到它們對組織的影響。
2.關于鐵液過熱處理的影響
提高鐵液過熱溫度可以：
①增加化合碳含量和相應減少石墨碳含量，
②細化石墨，并使枝晶石墨的形成，
③消除鑄鐵的“遺傳性”，
④提高鑄件斷面上組織的均勻性，
⑤有利于鑄件的補縮。同樣，鐵液保溫也有鐵液過熱的類似作用。
3.關于鐵液孕育處理的影響
孕育處理就是在鐵液進入鑄件型腔前，把孕育劑附加到鐵液中以改變鐵液的冶金狀態(tài)，從而可改善鑄鐵的顯微組織和性能。
對灰鑄鐵而言，進行孕育處理是為了獲得A型石墨、珠光體基體、細小共晶團的組織，以及減少鑄件薄壁或邊角處的白口傾向和對鑄件壁厚的敏感性；對可鍛鑄鐵而言，是為了縮短短退火周期，增大鑄件的允許壁厚和改善組織的結構；對球墨鑄鐵而言，是為了減少鑄件白口傾向，提高球化率和改善石墨的圓整性。
4.關于爐料特性的影響
實際生產(chǎn)中往往發(fā)現(xiàn)改變金屬爐料（例如采用不同產(chǎn)地的生鐵或改變爐料的配比等)而化學成分似乎無變化的情況下鑄鐵具有不同的組織和性能，這說明原材料的性質(zhì)直接影響著用它熔煉出來的鑄鐵的性質(zhì)，稱為鑄鐵的：“遺傳性”為此，采用提高鐵液溫度和使用多種鐵料配料可消除這種“遺傳性”，并改善鑄鐵的組織和性能。
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