球墨（mò）铸铁（NodularCastIron）是一种具（jù）有优良力学性能的金属材料，通过在铁液中加入（rù）球化剂（jì）和（hé）孕育剂，让石（shí）墨（mò）呈（chéng）球状形核（hé）并长大而（ér）获（huò）得。20世纪40年代，现代球墨铸（zhù）铁由美国国际（jì）锡公（gōng）司(INCO)青（qīng）年科研（yán）人员（yuán）K.D.Millis首先研究成功。球墨铸铁在力学性能、物理性能、工艺性能、使用性能上具有独（dú）特的（de）优势，生产（chǎn）工艺简单，成本低廉，在机（jī）械（xiè）、冶金、矿山、纺（fǎng）织、汽（qì）车（chē）及船（chuán）舶等领域（yù）应用广泛。

生产球（qiú）墨铸铁时夹渣是zui常见的（de）缺陷，其多（duō）出现在（zài）铸件（jiàn）浇注（zhù）位（wèi）置的上平面或型芯上表面（miàn）部位。夹渣缺陷严重影（yǐng）响铸件的力学性能，特别是韧性和屈服强度，导致承压部位发生渗漏。

笔者所在（zài）单位（wèi）生产的一（yī）种（zhǒng）发电（diàn）设（shè）备铸件前期经常出现铸件夹渣（zhā）缺（quē）陷而报废，针对此缺陷进行了改（gǎi）进。

1.原工（gōng）艺及缺陷状况（kuàng）

铸件重（chóng）量（liàng）为（wéi）4500kg，材料为QT400-18，呋喃（nán）树脂自硬砂造型。采（cǎi）用15t/h工频电炉熔炼（liàn），化学成分为：wC＝3.5%~3.7%，wS＝2.2%~2.7%，wMn＝0.3%~0.47%，wP≤0.06%，wS≤0.2%，浇（jiāo）注（zhù）温度为1350~1380℃。浇（jiāo）注（zhù）系统采用半封（fēng）闭式、横浇道在分型面（miàn）的环（huán）形底注工艺，内浇道为4道φ35mm的陶瓷管（guǎn），直浇道（dào）为φ80mm，横浇道截（jié）面为：70/80mm×100mm，截面比为（wéi）：F直（zhí）：F横：F内=1∶2.99∶0.77，工艺方案如图1所示。这样设计出来的铸件缺陷主要为夹（jiá）渣，位置在（zài）法（fǎ）兰背面和轴承（chéng）上表面，形状（zhuàng）不规（guī）则（zé），无（wú）金属光泽，用渗透液或磁粉检测，有时用肉（ròu）眼即可发现，如图2所示。

图1 工艺（yì）方（fāng）案

图2 夹渣（zhā）缺陷分布

2.缺（quē）陷（xiàn）原因（yīn）分析

（1）熔炼或球化处（chù）理后，加（jiā）入的熔剂和形（xíng）成的熔渣在浇注（zhù）时随金属液一（yī）起注入（rù）型腔。

（2）金属液（yè）在浇注过程中镁（měi）、稀（xī）土（tǔ）、硅、锰、铁（tiě）等二次氧化（huà），产生（shēng）的金属氧（yǎng）化（huà）物（wù）和硫化物、游离石墨等（děng）上浮到铸（zhù）件上表面或（huò）滞留（liú）在（zài）铸件内（nèi）的死角和（hé）砂芯下表面等处。

原（yuán）工艺（yì）该铸件的浇注压头为2.5m，铁液（yè）从浇口杯进（jìn）入浇注系统后，直接由内浇（jiāo）道底返（fǎn）进（jìn）入底法兰，进流（liú）速度大（dà），约0.7m/s，进入型腔的铁液紊流严重，且严重卷（juàn）气（qì），因（yīn）此铸件表面出现大量的渣，造成该产品的废（fèi）品率超过10%。

（3）由于含硫量（liàng）过高（gāo），使金属液含有大量硫化物，浇（jiāo）注后在铸件内部形（xíng）成渣。

（4）金属液中各组元（碳、锰、硫、硅、铝、钛）之（zhī）间或这些组元（yuán）与氮、氧之间发生化（huà）学（xué）反应，其氧化物与炉衬、包衬、砂（shā）型壁或（huò）涂料之间发（fā）生界面反应形成夹渣。

3.改进方案

（1）熔炼时对（duì）原材料进（jìn）行分拣，保证干燥、清（qīng）洁、无锈蚀。

（2）提（tí）高铁液出炉温度和球化处理温度，对浇（jiāo）包（bāo）进行充分烘烤。

（3）金属液在浇（jiāo）包内（nèi）应静置一（yī）段时间，以利于渣上浮。

（4）降（jiàng）低原铁液含硫量（liàng），在保证球化前提下，尽（jìn）可能减少球墨铸铁的残留镁含量。

（5）浇注系统改进。为保证（zhèng）铁液在（zài）充填型腔的过程中平稳、流畅，按大孔出流理论对浇注（zhù）系统进行（háng）了改进，如图3所示（shì）。采用开放式浇注系统，通过增大进流截面降低（dī）进流速度。铸件整体分散进流，快速充型，保证浇口杯、直浇道及时（shí）充满。

图3 改（gǎi）进后的浇注系统

该铸（zhù）件重4500kg，浇注重量6000kg，根据相关公式计算的浇注时（shí）间为60s，阻（zǔ）流截面积（jī）为52cm2，即设计的开放式浇注系统的直（zhí）浇道（dào）截面积为（wéi）52cm2。按照（zhào）标准的陶瓷管，则选择φ80mm的（de）陶瓷管，截面积是50.24cm2，按照推荐的（de）浇（jiāo）注（zhù）系（xì）统比例，设（shè）计的横浇道截面形状是矩形（xíng）（9cm×6cm），则面积是108cm2，内浇道是13道φ35mm的陶瓷管，截面积是125cm2，则zui终的（de）截（jié）面比是F直：F横：F内=1∶2.15∶2.49。

根据上面计算（suàn）的参数计（jì）算（suàn）得进流速度为0.28m/s，进流速（sù）度（dù）降低很多，是原工艺进流速度的40%。充型平（píng）稳，避免紊（wěn）流（liú），大（dà）大降低了铁（tiě）液（yè）二（èr）次氧化（huà）的机会（huì），从而可以减少夹渣缺陷（xiàn）。

4.改进后验证

采用以上措施连续生产15件，铸件没有再（zài）出现法兰和轴承（chéng）上表（biǎo）面（miàn）部（bù）位夹渣缺陷，改（gǎi）进有效。类（lèi）似的方（fāng）法在其他产品（pǐn）上（shàng）运用（yòng），也有明（míng）显效（xiào）果。

5.结（jié）语

大型球（qiú）墨铸铁件易于在浇注位置上表面以（yǐ）及（jí）铁（tiě）液流动的一（yī）些死角区域产生（shēng）夹渣（zhā）缺陷，这（zhè）些缺（quē）陷可以通过熔炼控制和浇注系统的改进来解决。浇注系统形（xíng）式以及参数选择应能保（bǎo）证铁液平（píng）稳充型（xíng），为此浇注系统各组成部分面（miàn）积、浇注时间需按照内浇道低速进流、铸件（jiàn）整体快速（sù）充满的原则来计算。