灰铸铁缺陷产生的原因分析与预防措施

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(G Si、Mm P、S合金元素) 灰铸铁的力学性能一金相组织二I 、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

2、意改变，故在选择化学成分 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，

3、消除铸铁的“遗 传性”，提高铸件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

4、程度上改善铸造合金的组织和性能，但在灰铸铁条件下，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

5、口，反而降低灰铸铁的力学性能。在炉前或在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

6、铸铁件强度愈高；相反，碳当量高，孕育效果差。由于硅可以用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 ）的镒含量一般较高，为 0.8%1.0%左右，如为厚件则常为1.0%1.2%,最高可 达 1.3

7、% 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

8、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，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%勺硅铁作孕育剂，或采用硅一错系、 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，因此或用冲人法时，应

9、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，因此还可或用浇口杯孕育、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、

10、 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 部分断面上皮卜气孔：离铸 件表向13mmt, 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/、及 上浮和逸出铸件时产生.炉料本身气含量高，或锈 蚀严重，表面油脂物多.皮卜针孔主要是由氢气造 成

11、。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.铁液包/、十.孕育剂/、十.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.对本身气含量高的炉料，应 经重熔冉生后，方口使用.炉前可加入适量的稀土，以 便去气.控制合适的铁液出炉温度及 浇注温度.炉缸、前炉和铁液包均需烘 干.浇注时，要避免断流.孕育剂应充分预热.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.碳硅当

12、量偏低时，使材质 偏硬，碳硅当里偏高时，则偏软.铁液过热不适当.孕育处理不足.正确配料，并防止操作时窜 料.控制合适的过热温度.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， 具表白粗糙，水压 试验时渗水用机械加工或 磁力探伤可以发 现.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/、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， 更应迂忌.浇注速度太快，使需要补缩 的部位来/、及补充足够的铁液. 一般控制在0.15%d以下，并 控制铁液化学成分稳定.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，

13、1 .由于体收缩率较大，铁液化 学成分不符合技术要求，尤箕是1.正确控制铁液的化学成分。尽 量使低，一般在 0.12%以下表面粗糙的集中 孔洞用外观检查，机 械加工或磁力探 伤可以发现高牌号低碳铸铁2 .浇注温度过高，增加了液 体收缩值.控制适宜的浇注温度.对于大件，可在冒口处补浇铁液.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.铁液化学成分不合要求，使 固体收缩值较大，如碳低，硫高。.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

14、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.铁液化学成分不合要求， 使固体收缩值较大.铁液中磷含量过高，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 ）.控制合理的化学成分. 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.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.浇注时，由于断流而带人 的熔渣.适当提高铁液温度，并在铁液 包内加入少量干砂

15、，以利聚渣撇 除。用办打去硫时，泡加石灰（或早灰）聚渣，以免硫重新转入铁液.预先除净铁液包中的残渣.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+G- Fe+COT生成的CO与铁豆一块包入铸件 中.适宜的浇注温度.浇注时，/、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.铁液温度太低，降低了铁液 的流动性.铁液中，碳、硅含量较低， 硫含量较高时，

16、同样也使铁液流 动性降低.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.适当提高铁液的浇注温度.控制合适的铁液化学成分，尽量降低硫含量. 一次浇满，避免补浇。并且 在浇注时，/、可断流10过硬在铸件边缘和 薄壁处出现白口 铁组织1.碳硅当量偏低2 .孕育处理不足1 .正确配料2 .适当增加孕育量断面观察，硬度 试验，机械加，可 以发现（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

17、现.浇注系统设置小台埋， 使排气不畅通或产生涡流，卷 入气体.砂型紧实度过高，降低 了透气性.砂芯排气不良，或通气 道堵塞.浇注系统的设置应考虑型腔内排 气畅通及平稳流入铸型.砂型紧实度要求均匀，不宜过紧.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.在铸件的最高处，可设置出气孔 或出气片等.起模和修型时，不宜刷水过多.对于大平囿铸件，可米用倾斜浇 注，出气孔处稍高，以利排气.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.浇注系统位置不合适，如 直对砂芯，或浇Et小，铁液 冲刷力人，破坏局部砂型.由于模型结构设计不够

18、 好，发生粘模，而砂型又未修 理好，或对铸件拐弯处未捣圆 角.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.造型和合箱时的落砂， 未清砂干净.浇注系统位置和大小合适.合理选择起模斜度和圆角，手 工造型时，引压出圆角。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.缩短湿型在浇注前的停留时间.合理选用芯头和芯座之间的间 隙，以免合箱时压碎.合箱前，必须将型内溶砂清扫 干净，仔细合箱，并及时盖住浇冒口， 以免重新掉人砂粒3夹砂在铸件表向上，一层铁和铸件之 间夹什-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 35mmt形成高

19、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 应力使表向层鼓起，铁液钻 人，形成夹砂.砂型紧实度过硬或紧实 不均匀.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.砂型紧实度不宜过紧，要求均匀， 并加强透气.手工造型时，局部薄弱处，可 插钉子加强.尽量使大平囿朝下或置于侧面， 减少铁液对上平面的烘烤面积和烘 烤时间.对大平囿铸件，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.砂型紧实度不均匀或太寸.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）

20、，并捣实均匀粗糙的表向用外观检查可 以发现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.砂芯和砂型的退让性差， 铸件收缩受到阻碍.心骨吃砂里太小或砂相 箱带离铸件太近，阻碍铸件收 缩.内浇道设置过分集中， 局部过热，增加应力.铸件的飞边过大，飞边 处的裂纹，延伸到铸件上.砂型紧实度要求适宜，开在型砂 中可加人适量的锯末.改用较小的芯骨，使吃砂量适宜， 并选用合理的砂箱.内浇道布置应适当分散.在铸件厚、薄交界处，可增设收缩肋.正确

21、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，成甯 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， 则广生变形和甯曲.厚壁处设置冷铁或内浇口在薄壁 处，创造同时凝固条件.模样上留出预变形曲率或增设 加强肋.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 现.模样尺寸不对或变形.砂箱或分型板定位不准确.合箱不准.模样在模板上的位置偏移.检查并修整模样.检查、修理或改换砂箱及分型板.汪总准确地合箱.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

22、 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。多半出现在卜 型如砂型紧实度/、够或/、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.铸件补缩不足.冷铁设置不当.内浇口位置不当.砂型紧实度不够，胀型后 产生.适当加大冒口尺寸.在厚壁处，设置冷铁，创造同时 凝固条件或与冒口配合使用时，创造 顺序凝固条件.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.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.压箱重量不够.夹箱紧固时受力不均匀或太松.足够的压

23、箱重量或用螺栓均匀紧 固.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.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.砂芯透气性差1 .修型时刷水/、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.浇注系统设置小当，或浇 口

24、截回太小.铸件局部壁太薄.冷铁位置选择不当.吊芯，合型时错位使铸 件部分壁太薄，甚至完全没有 壁厚.适当加大浇注系统尺寸.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.内浇道/、宜离铸件薄壁处太远， 或可适当增加薄壁处的厚度.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 现的孔江表回较干净 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.型砂和芯砂发气性大， 本身透气性又差时，易产 生气孔.型砂中水

25、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.涂料质里不好.定时去掉部分旧砂，加入部分新 耐，以提高具耐火度，并不用过粗的 砂粒作面砂.根据煤粉和重油的质量，加入适 量的煤粉和重油.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

26、 和铸件之间夹什-层 型砂用外观检查或机械 加，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处形成局水 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 应力使表向层鼓起，铁液 钻人，形成夹砂.原砂粒度过于集中， 或水分过高.型砂退让性差.煤粉和重油加入量.原砂粒度小应过分集中.正确控制湿型的冰含量，并在膨 润土中加Ns2CO（苏打）进行活化，降 低水分对强度的敏感性.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.对原材料，如膨润土等，应进行 化学分析，并妥善管理.控制适量的煤粉和重油含量，太少4 .型砂中后夹杂物使铁液浇入后，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.型砂中灰分过多.型砂或芯砂的表向强 度不够.定期对旧砂进行火灰处理.适当增加粘土含量或其他芯砂粘 结齐IJ.对于中、大件可采用活化湿型砂， 即型砂中加入T*苏打，并刷涂 料，表面烘十，提高具湿压强度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发气