球墨铸铁球化不良、石墨漂浮和夹渣的金相缺陷分析

摘　要：通过对球化不良、石墨漂浮和夹渣三种常见缺陷的宏、微观特征的观察，分析了形成缺陷的原因，提出的防止缺陷产生的措施，能有效地控制和减少废品的产生，提高了铸件合格率。
　　1　问题的提出

　　在球铁生产中，往往因处理工艺及原材料等原因，会使铸件产生各种缺陷，从而影响铸件的内在质量，降低铸件的力学性能。笔者就多年来在球铁金相分析中所观察到的球化不良、石墨漂浮和夹渣三种缺陷作一分析，提出防止缺陷产生的办法，以减少废品，提高铸件合格率。

　　2　球化不良

　　(1)宏观特征　球化不良表现在铸件断面上出现芝麻点的黑斑，愈接近铸件中心，黑色斑点愈密集，随着球化不良的严重程度增加，黑点的直径也随之增大，数量也在增加。

　　(2)微观特征　金相观察为集中分布的厚片状石墨，极少量的球状石墨，且球状石墨特别圆，见图1。在厚片状石墨周围出现铁素体组织，这种组织使球铁的力学性能急剧下降。

　　图1　QT450-10球铁球化不良的显微组织　100×

　　(3)原因分析　形成球化不良的主要原因是球化反应时中间合金数量不够所造成①合金加入量少;②球化剂数量合适，但铁水中含硫量高;③铁水被氧化致使镁量烧损而造成球化剂含量不足等原因。

　　(4)生产中防止球化不良应采取的措施　①球化剂要有足够的加入量;②在球化处理时，应尽量防止镁的烧损，提高球化剂吸收率;③严格控制原铁水含硫量，应选用低硫生铁;④铁水温度应控制在工艺要求范围内，铁水温度过高会产生球化剂烧损过多，温度过低合金易“结死”，均会产生球化不良。

　　3　石墨漂浮

　　(1)宏观特征　石墨漂浮常出现于铸件上表面、试块边缘及冒口底部，在断口上表面出现一层界限明显且平整的黑斑。

　　(2)微观特征　其石墨聚集，呈开花状和枝荔状，有的完全爆裂，见图2。这种组织严重削弱了球铁的力学性能，使材料的强韧性指标明显下降。

　　图2　QT450-10球铁中石墨漂浮区的开花状石墨　100×

　　(3)原因分析　产生石墨漂浮的主要原因为碳硅当量过高(碳当量>4.55%)。当碳硅当量超过共晶成分，因浇铸温度高，铁水在凝固前就析出石墨，若液态停留一段时间，此时石墨长大并聚集，由于石墨的密度远比铁水轻，聚集石墨易上浮，有时夹杂物也被带到铸件的上表面，从而在铸件上表面产生石墨漂浮;在同等条件下(碳当量相同)，铸件愈大，浇铸温度愈高，冷却速度越慢，则铁水在铸型内保持高温液态时间长，石墨有足够的上浮时间，因而石墨漂浮愈严重。

　　(4)防止石墨漂浮应采取的措施　①严格控制碳硅当量，碳不应超过4%，硅不应超过3%，厚大铸件的碳硅量应更低;②提高冷却速度，在壁厚处放置冷铁等;③加入少量强烈阻止石墨化的元素，如加入钼可防止石墨漂浮;④严格控制稀土元素残留量。

　　4　夹渣

　　(1)宏观特征　夹渣分布于铸件上表面及铸件的死角处，夹渣在断面上呈断续的暗黑色区域或斑点，无金属光泽。

　　(2)微观特征　有硫化物(MgS，FeS)及氧化物(MgO，SiO2，FeO，Al2O3)，在夹渣区除有球状石墨外，还有类片状石墨，见图3。夹渣的出现大大的降低了球铁的力学性能，特别是伸长率及冲击韧性下降更明显。

　　图3　QT450-10球铁中的夹渣　100×

　　(3)原因分析　铁水中硫含量和残余镁量过高，加之浇铸温度过低，形成了夹渣缺陷。

　　(4)防止产生夹渣的措施　可采用降低铁水中硫含量(硫含量应控制在0.03%～0.04%)及残留镁量≤0.05%;控制足够的稀土量、提高浇铸温度(≥1300℃)，使熔渣易于上浮，减少夹渣;球化处理后须多次扒渣，以免非金属夹渣物留在铁水中造成夹渣。此外，在浇铸时，减少铁液在空气中停留的时间，以免铁液流在浇铸时产生氧化而生成二次渣的机会。

　　5　结论

　　对上述生产中出现的球化不良、石墨漂浮和夹渣三种球铁金相缺陷，通过采取相应地措施，控制各种缺陷的产生，减少废品，提高了铸件的内在质量。



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