灰铸铁缺陷产生的原因分析及预防措施

1、灰铸铁缺陷产生的原因分析及预防措施一、影响灰铸铁力学性能的主要因素： 化学成分（C、Si、Mn、P、S合金元素）灰铸铁的力学性能 金相组织 石墨的形状、大小、分布 工艺因素和冶金因素 和数量以及基体组织工艺、冶金因素：主要有冷却速度，铁液的过热处理、孕育处理、炉料特性等（1）关于冷却速度的影响 铸铁是一种对冷却速度敏感性很大的材料，同一铸件的厚壁和薄壁部分，内部和外表都可能获得相差悬殊的组织，俗称为组织的不均匀性。因为石墨化过程在很大程度上取决于冷却速度。影响铸件冷却速度的因素较多：铸件壁厚和重量、铸型材料的种类、浇冒口和重量等等。由于铸件的壁厚、重量和结构取决于工作条件，不能随意改变，故在选

2、择化学成分时应考虑到它们对组织的影响。（2）关于铁液孕育处理的影响 孕育处理就是在铁液进入铸件型腔前，把孕育剂附加到铁液中以改变铁液的冶金状态，从而可改善铸铁的显微组织和性能。对灰铸铁而言，进行孕育处理是为了获得A型石墨、珠光体基体、细小共晶团的组织，以及减少铸件薄壁或边角处的白口倾向和对铸件壁厚的敏感性；对可锻铸铁而言，是为了缩短短退火周期，增大铸件的允许壁厚和改善组织的结构；对球墨铸铁而言，是为了减少铸件白口倾向，提高球化率和改善石墨的圆整性。（3）关于铁液过热处理的影响。提高铁液过热温度可以：增加化合碳含量和相应减少石墨碳含量，细化石墨，并使枝晶石墨的形成，消除铸铁的“遗传性”，提高铸件

3、断面上组织的均匀性，有利于铸件的补缩。同样，铁液保温也有铁液过热的类似作用。（4）关于炉料特性的影响 实际生产中往往发现改变金属炉料（例如采用不同产地的生铁或改变炉料的配比等)而化学成分似乎无变化的情况下铸铁具有不同的组织和性能，这说明原材料的性质直接影响着用它熔炼出来的铸铁的性质，称为铸铁的：“遗传性”为此，采用提高铁液温度和使用多种铁料配料可消除这种“遗传性”，并改善铸铁的组织和性能。综上所述，铸铁的工艺因素和冶金因素对铸铁的力学性能有着很大的影响，因此，不应忽视对这些影响因素的控制。二、灰铸铁不可用热处理的方法来达到牌号要求一般说来，热处理能在很大程度上改善铸造合金的组织和性能，但在灰铸

4、铁条件下，热处理所能发挥的作用相对较小。在灰铸铁中，石墨对铸铁性能的影响很大，而任何的热处理方法都不能改变石墨的形态和分布，故不可通过热处理来有效地提高灰铸铁的性能使之达到牌号要求。但是，提高灰铸铁力学性能的方法很多，如合理选配化学成分、改变炉料组成、过热处理铁液、孕育处理、微量或低合金化等，都可取得很好效果。三、生产高牌号灰铸铁（孕育铸铁）的注意事项 生产产高牌号灰铸铁(一般指HT200以上)时，为了获得高的力学性能，必须尽可能地减少石墨的数量、减小石墨的长度。传统的方法就是降低铁液的碳、硅含量、提高铁液的冷凝速度，但幅度稍大时就会出现D型过冷石墨及白口，反而降低灰铸铁的力学性能。在炉前或在

5、浇注前往铁液中添加适量的、以硅铁为主的铁合金碎粒被称作孕育处理。孕育处理在铁液中提供大量的、石墨借以生核的生核质点。有效的孕育将促进石墨的析出，从而消除白口、细化片状石墨并使过冷石墨转变为无方向性均布石墨(A型石墨)，不但可大幅度地提高综合力学性能，同时还提高铸态组织的均一性，减小铸件由于壁厚不均、边角与心部的冷速不同而造成的力学性能差别，因此对铁液进行孕育处理是一项生产高牌号灰铸铁(孕育铸铁)必不可少的技术。为使孕育有效，需满足孕育对原铁液的要求，即，原铁液应具有较低的碳、硅含量，或原铁液应具有较低的碳当量，碳当量愈低，孕育效果愈好，灰铸铁件强度愈高；相反，碳当量高，孕育效果差。由于硅可以用

6、加入孕育剂的方法来调整，故考虑原铁液碳当量时总是把碳维持在2.8%3.2%左右，把硅维持在稍低于能显著促进石墨化的临界值，然后加入孕育剂使硅量超过临界值，获得孕育处理的效果。此外，铸件壁厚及冷却速度也同样影响到孕育铸铁件的组织，在选择化学成分时也要加以考虑，一般厚件的碳、硅量取下限，薄件则取上限。锰在高牌号灰铸铁(孕育铸铁)中的作用，除中和硫的影响外，尚有一个特殊的要求，即借助于它使灰铸铁能得到珠光体组织，故高牌号灰铸铁(孕育铸铁)的锰含量一般较高，为0.8%1.0%左右，如为厚件则常为l.0%1.2%，最高可达1.3%1.5%。硫能削弱孕育剂的石墨化作用，因此常将硫限制在0.12%以下。近几

7、年来，也有人认为为了得到好的孕育效果，原铁液的硫量不能太低(不低于0.06%)。因此，在以后铁液中的硫含量逐渐降低的情况下，对于孕育铸铁中的硫量究竟应如何确定，看来是一个值得注意的问题。磷含量一般从力学性能的要求出发，常限制在0.15%以下，但有些机床灰铸铁件(常由孕育铸铁制造)需要耐磨，磷含量则可提高至0.4%0.5%左右或更高。四、用孕育剂进行灰铸铁孕育处理时禁止的四则 灰铸铁用的孕育剂可以按功能、主要元素、形状等进行分类，在使用孕育剂进行灰铸铁孕育处理时应禁忌四则： 一则，禁止使用未烘干的孕育剂 未烘干的孕育剂加入金属液中，会因其中的水分与金属液中的金属元素在高温下反应生成金属氧化物及氢

8、，生成的初生氢溶人金属液会导致铸件皮下气孔等缺陷。因此，孕育剂在使用前必须烘干。 二则，禁止使用纯硅或纯硅铁作孕育剂 纯硅或不含钙、锶、钡、铝的硅铁不可用作孕育剂，其原因在于石墨靠铁液中析出的二氧化硅异质生核，而二氧化硅靠钙锶钡的硫氧化物异质生核，才能防止铁液的过冷和白口倾向。应采用至少含1%2%、含0.05%0.5%的、含为75%的硅铁作孕育剂，或采用硅锆系、硅钙系、硅铈系、硅钡系等高效孕育剂。 三则，孕育剂不可草率加入，要讲究方法 孕育剂若飘浮在金属液面上会很快氧化而难以被金属液吸收，因此采用冲人法时，应准确地加到铁液流与液面接触处或与浇槽接触处。由于孕育方法对孕育效果有直接影响，因此还可

9、采用浇口杯孕育、硅铁棒孕育、大块浮硅孕育、孕育丝孕育、铁液流孕育以及型内孕育等。四则，孕育剂的粒度不宜过粗或过细 若粒度过粗则不能较迅速地为铁液所溶化吸收，残余的未溶孕育剂颗粒混入铸件将恶化性能或导致报废。粒度亦不宜过细，粉末状的孕育剂极易氧化烧损、失去孕育作用，而且会造成铸件夹渣。五、灰铸铁件可能出现的缺陷在灰铸铁件生产中，常见的铸件缺陷有：气孔、成分与性能不合格、热裂与冷裂、缩孔与缩松、渣眼与铁豆、冷隔与浇不足、砂眼与夹砂、多肉与错辐、变形等。通常，产生这些缺陷的原因不单是造型制芯问题，有时还有熔炼浇注、配砂质量、落砂清理等许多生产工序的问题，因此必须具体分析，以便采取相应的合理措施加以解

10、决。下面就按以下四个阶段对灰铸铁主要缺陷产生的原因分析与预防措施：（一）灰铸铁件由于熔炼浇注造成的主要缺陷，产生的原因分析及预防措施序号缺陷名称特征及发现发方法原因分析防止方法1气孔筛状气孔：比较均匀地分布于铸件的整个或大部分断面上 皮下气孔：离铸件表面13mm处，出现密布的细小气孔 用外观检查，机械加工，抛丸清理或磁力探伤可发现当铁液中，气含量较多，并且浇注温度过低，析出的气体来不及上浮和逸出铸件时产生 1炉料本身气含量高，或锈蚀严重，表面油脂物多 2皮下针孔主要是由氢气造成。硅可减少氧在铸铁中的含量，却可增加氢的含量，故高硅铸铁易出现氢气孔。炉料中含有铝或氧化铝时，也易产生针孔 3铁液包不

11、干 4孕育剂不干 1炉料应进行妥善管理。对锈蚀严重或表面油脂物多的炉料，要经过清理或处理后，方可使用 2对本身气含量高的炉料，应经重熔再生后，方可使用 3炉前可加入适量的稀土，以便去气 4控制合适的铁液出炉温度及浇注温度 5炉缸、前炉和铁液包均需烘干 6浇注时，要避免断流 7孕育剂应充分预热 8浇注时，必须点火引气2成分、组织及性能不合格材质太硬或太软 铸件断面的宏观组织和微观组织不符合标准或技术条件 用断面观察，化学分析，金相检验，硬度试验等可以发现 1碳硅当量偏低时，使材质偏硬，碳硅当量偏高时，则偏软 2铁液过热不适当 3孕育处理不足 1正确配料，并防止操作时窜料 2控制合适的过热温度 3

12、遵守操作规程及正确处理炉前孕育3缩松在铸件内部有许多分散小缩孔，其表面粗糙，水压试验时渗水 用机械加工或磁力探伤可以发现1磷含量偏高时，使凝固区间扩大；同时，低熔点磷共晶体在最后凝固时，得不到补足，造成显微缩孔。尤其对于高牌号铸铁(碳含量较低)，体收缩率较大，更应注意2浇注速度太快，使需要补缩的部位来不及补充足够的铁液1一般控制在0.15%d以下，并控制铁液化学成分稳定 2浇注时，适当慢浇，以利充分补缩4缩孔在铸件热节处产生形状不规则，表面粗糙的集中孔洞 用外观检查，机械加工或磁力探伤可以发现1由于体收缩率较大，铁液化学成分不符合技术要求，尤其是高牌号低碳铸铁 2浇注温度过高，增加了液体收缩值

13、1正确控制铁液的化学成分。尽量使低，一般在0.12%以下 2控制适宜的浇注温度 3对于大件，可在冒口处补浇铁液4适当增加孕育量5热裂裂纹处，带有暗色或几乎是黑色的氧化表面 用外观检查，透光法，磁力探伤，打压试验，煤油渗透等方法发现1铁液化学成分不合要求，使固体收缩值较大，如碳低，硫高。 2铸件中含有低熔点夹渣物，降低了高温强度(因为热裂产生在凝固将近结束时，主要在铸件热节处收缩受机械阻碍而产生)1控制合理的化学成分，尽量使原铁液中硫含量低 2浇注时，避免熔渣进人型腔6冷裂裂纹处，较干净或略带暗红色轻微的氧化表面 发现方法与热裂相同 1铁液化学成分不合要求，使固体收缩值较大 2铁液中磷含量过高，

14、增加了脆性，从而降低铸铁的抗拉强度(因为冷裂产生在铸件冷却以后，主要在铸件厚、薄交界的应力集中处，由于热应力而产生)1控制合理的化学成分2一般铁液中应在0.15%以下7渣眼 在铸件外部或内部的孔穴中有熔渣 用外观检查，机械加工或磁力探伤可以发现1铁液中熔渣多或铁液包中的渣未除净，浇注时，又未注意挡渣 2浇注时，由于断流而带人的熔渣1适当提高铁液温度，并在铁液包内加入少量干砂，以利聚渣撇除。用苏打去硫时，应加石灰(或草灰)聚渣，以免硫重新转入铁液 2预先除净铁液包中的残渣 3浇注时，注意挡渣，并不发生断流8铁豆气孔中有小铁珠 用铸件断面检查，机械加工可以发现 由于铁液浇注温度过低，当铁液飞溅后产

15、生的铁豆，不能再被铁液熔化，结果与外人气体一块包人铸件中；或者此铁豆由于表面被氧化，并与铁液中的碳作用：FeO+CFe+CO生成的CO与铁豆一块包入铸件中1适宜的浇注温度2浇注时，不可断流9冷隔与浇不足铸件上有未完全融合的缝隙或局部缺肉，周围呈圆边 用外观检查可以发现1铁液温度太低，降低了铁液的流动性 2铁液中，碳、硅含量较低，硫含量较高时，同样也使铁液流动性降低 3浇注时，发生断流或一次铁液量不足，进行二次补浇时，易产生冷隔 1适当提高铁液的浇注温度 2控制合适的铁液化学成分，尽量降低硫含量 3一次浇满，避免补浇。并且在浇注时，不可断流10过硬 在铸件边缘和薄壁处出现白口铁组织 断面观察，硬

16、度试验，机械加工可以发现1碳硅当量偏低 2孕育处理不足1正确配料 2适当增加孕育量（二）灰铸铁件由子造型制芯时造成的主要缺陷，产生的原因分析及预防措施序号缺陷名称特征及发现发方法原因分析防止方法1气孔局部气孔： 铸件的局部地方，出现的孔穴表面较干净光滑的单个气孔或蜂窝状气孔 用外观检查，机械加工或磁力探伤可以发现1浇注系统设置不合理，使排气不畅通或产生涡流，卷入气体 2砂型紧实度过高，降低了透气性 3砂芯排气不良，或通气道堵塞1浇注系统的设置应考虑型腔内排气畅通及平稳流入铸型2砂型紧实度要求均匀，不宜过紧3砂芯排气要求畅通。合箱时，注意封死芯头间隙，以免铁液钻人，堵塞通气道4在铸件的最高处，可

17、设置出气孔或出气片等5起模和修型时，不宜刷水过多6对于大平面铸件，可采用倾斜浇注，出气孔处稍高，以利排气7芯撑和冷铁必须干净，无锈2砂眼铸件的孔穴内含有砂粒用外观检查，机械加工或磁力探伤可以发现1浇注系统位置不合适，如直对砂芯，或浇口太小，铁液冲刷力大，破坏局部砂型 2由于模型结构设计不够好，发生粘模，而砂型又未修理好，或对铸件拐弯处未捣圆角 3湿型在浇注前的停留时间过长，使干燥部分或凸出部位脱落 4造型和合箱时的落砂，未清砂干净1浇注系统位置和大小合适 2合理选择起模斜度和圆角，手工造型时，可压出圆角。成批生产中，模样应涂刷分型剂，以免粘模，并注意修理好损坏部位 3缩短湿型在浇注前的停留时间

18、 4合理选用芯头和芯座之间的间隙，以免合箱时压碎 5合箱前，必须将型内落砂清扫干净，仔细合箱，并及时盖住浇冒口，以免重新掉人砂粒3夹砂在铸件表面上，一层铁和铸件之间夹有一层型砂 用外观检查或机械加工可以发现 铁液进入砂型后，使型面层的水分向内迁移，在离型面35mm处形成高水分带，该处强度大大降低，易引起铁液潜入，或由于硅砂粒高温膨胀的应力使表面层鼓起，铁液钻人，形成夹砂 1砂型紧实度过硬或紧实不均匀 2浇注位置不当；对于水平浇注的大平面铸件，有时由于铁液断续覆盖太平面的某处而产生夹砂1砂型紧实度不宜过紧，要求均匀，并加强透气 2手工造型时，局部薄弱处，可插钉子加强 3尽量使大平面朝下或置于侧面

19、，减少铁液对上平面的烘烤面积和烘烤时间 4对大平面铸件，浇注系统可分散布置，并适当加大内浇口截面，缩短浇注时间或倾斜浇注4粘砂铸件表面铁液与砂粘在一起，形成粗糙的表面 用外观检查可以发现1砂型紧实度不均匀或太寸2涂料刷得太薄1适当提高砂型紧实度，减小砂粒间隙(保证透气性要求)，并捣实均匀2选用适当的涂料(多为石墨粉水涂料)，并刷以一定的厚度，既能提高耐火性，又可以防止铁液钻人砂粒5热裂 裂纹处，带有暗色或几乎是黑色的氧化表面 用外观检查，透光法，磁力探伤，打压试验，煤油渗透等方法发现1砂芯和砂型的退让性差，铸件收缩受到阻碍 2芯骨吃砂量太小或砂箱箱带离铸件太近，阻碍铸件收缩 3内浇道设置过分集

20、中，局部过热，增加应力 4铸件的飞边过大，飞边处的裂纹，延伸到铸件上1砂型紧实度要求适宜，并在型砂中可加人适量的锯末 2改用较小的芯骨，使吃砂量适宜，并选用合理的砂箱3内浇道布置应适当分散4在铸件厚、薄交界处，可增设收缩肋5正确选择分型面位置，并使合箱时，尽量密合6变形长的或扁平类铸件在靠近壁厚的一方凹入，成弯曲形 用外观检查，划线等方法发现由于铸件壁厚不均匀，冷却有先后，从而产生热应力，当其值大于该材质的屈服极限时，则产生变形和弯曲1厚壁处设置冷铁或内浇口在薄壁处，创造同时凝固条件 2模样上留出预变形曲率或增设加强肋 3改善铸件结构7错箱铸件沿分型面发生相对的位移 用外观检查或划线测量可以发

21、现1模样尺寸不对或变形2砂箱或分型板定位不准确3合箱不准4模样在模板上的位置偏移1检查并修整模样 2检查、修理或改换砂箱及分型板3注意准确地合箱4检查并调整模样在型板上的位置8多肉铸件上有形状不规则的毛刺、披缝或凸出部分 用外观检查发现由于铁液的压力作用，使型腔局部胀大造成。多半出现在下型 如砂型紧实度不够或不均匀，局部太松等适当提高砂型紧实度，并要求均匀捣实9缩孔 在铸件热节处产生形状不规则，表面粗糙的集中孔洞 用外观检查，机械加工或磁力探伤可以发现1铸件补缩不足2冷铁设置不当3内浇口位置不当4砂型紧实度不够，胀型后产生1适当加大冒口尺寸2在厚壁处，设置冷铁，创造同时凝固条件或与冒口配合使用

22、时，创造顺序凝固条件 3正确选择浇注位置和浇注系统，以造成同时凝固或顺序凝固 4要求砂型紧实度合适10抬箱铸件外形与阻样不符用外观检查发现1压箱重量不够2夹箱紧固时受力不均匀或太松1足够的压箱重量或用螺栓均匀紧固2分型面应平整，合箱时要注意密合，以免铁液漏出11铁豆气孔中有小铁珠用铸件断面检查，机械加工可以发现1砂型潮湿 2内浇道离铸件最低处太高，浇注时，造成铁液飞溅，形成铁豆，铁液充满后，又未能把铁豆熔化，使其与气体一块包人铸件中 3砂芯透气性差1修型时刷水不宜过多 2合理确定浇注系统位置 3加强砂芯的通气12渣眼在铸件外部或内部的孔穴中有熔渣 用外观检查，机械加工或磁力探伤可以发现浇注系统

23、挡渣差合理选用浇注系统，并加强挡渣措施13冷隔与浇不足铸件上有未完全融合的缝隙或局部缺肉，周围呈圆边 用外观检查可以发现1浇注系统设置不当，或浇口截面太小 2铸件局部壁太薄 3冷铁位置选择不当 4吊芯，合型时错位使铸件部分壁太薄，甚至完全没有壁厚1适当加大浇注系统尺寸 2对于长形铸件可采用两头浇注；对于高大件可采用阶梯浇注或分散浇口等 3内浇道不宜离铸件薄壁处太远，或可适当增加薄壁处的厚度 4吊芯时，随时检查尺寸，并注意合型准确（三）灰铸铁件由于配砂时的质量问题造成的主要缺陷，产生的原因分析及预防措施序号缺陷名称特征及发现发方法原因分析防止方法1气孔局部气孔： 铸件的局部地方，出现的孔穴表面较

24、干净光滑的单个气孔或蜂窝状气孔 用外观检查，机械加工或磁力探伤可以发现1型砂和芯砂发气性大，本身透气性又差时，易产生气孔 2型砂中水含量过多时，还易产生细小的针孔1适当减少型砂中的水分。并控制适量的煤粉或重油等发气性物质，以便在铸件周围形成气体隔层，使铸件表面光洁，但要求型砂的透气性良好2适当减少粘结剂，并可附加一些增加透气性的物质，如木屑3可选用圆形砂粒，以增加透气性2粘砂 铸件表面铁液与砂粘在一起，形成粗糙的表面 用外观检查可以发现1型砂中含灰分及杂质过多，使型砂耐火度降低2湿型中煤粉或重油加入量过少3涂料质量不好1定时去掉部分旧砂，加入部分新砂，以提高其耐火度，并不用过粗的砂粒作面砂2根

25、据煤粉和重油的质量，加入适量的煤粉和重油3采用优质石墨或部分鳞片石墨3夹砂在铸件表面上，一层铁和铸件之间夹有一层型砂 用外观检查或机械加工可以发现铁液进入砂型后，使型面层的水分向内迁移，在离型面35mm处形成高水分带，该处强度大大降低，易引起铁液潜入，或由于硅砂粒高温膨胀的应力使表面层鼓起，铁液钻人，形成夹砂 1原砂粒度过于集中，或水分过高 2型砂退让性差 3煤粉和重油加入量太少 4型砂中有夹杂物1原砂粒度不应过分集中2正确控制湿型的冰含量，并在膨润土中加Na2CO3(苏打)进行活化，降低水分对强度的敏感性3用于中、大件的活化湿型砂，应选用粒度较粗的砂，并适量加入减少内应力的附加物，如木屑、焦炭粉等，以增加其耐火度、透气性、湿压强度和退让4对原材料，如膨润土等，应进行化学分析，并妥善管理 5控制适量的煤粉和重油含量，使铁液浇入后，在型腔表面能生成气体隔层4砂眼铸件的孔穴内含有砂粒 用外观检查，机械加工或磁力探伤可以发现1型砂中灰分过多2型砂或芯砂的表面强度不够1定期对旧砂进行去灰处理2适当增加粘土含量或其他芯砂粘结剂 3对于中、大件可采用活化湿型砂，即型砂中加入一定量苏打，并刷涂料，表面烘干，提高其湿压强度5铁豆 气孔中有小铁珠 用铸件断面检查，机械加工可以发现芯砂