灰铸铁件加工面麻点状小孔缺陷的分析及防止

灰铸铁件加工面麻点状小孔缺陷的分析及防止灰铸铁件加工面麻点状小孔缺陷的分析及防止铸件加工面麻点状小孔缺陷的形貌、分布特征和产生原因进行了分析。认为：麻点是由许多尺寸在0.3mm以下的小孔组成，多产生在凝固过程中冷速较慢的厚壁部位，主要分布在石墨密集区域，特别是在石墨封闭或半封闭区域；铸件w（C）和w（Si）量偏高，凝固过程中局部冷速过慢，切削用量偏大都有可能引起这种缺陷。提出了预防这种缺陷的四条措施。关键词：麻点状小孔缺陷；石墨剥落；预防措施灰铸铁的切削加工表面时常出现麻点缺陷，肉眼观察为小黑点的缺陷，实际是形态各异的小孔，因而易被误认为是表面缩松或是非金属夹杂物。这种缺陷比较容易出现在HT300以下的各种牌号铸件，产生部位多在凝固过程中冷速较慢的厚壁部位。1缺陷的形貌特征1.1宏观形貌对切削加工后表面存在缺陷的铸件进行解剖，试样的材料牌号为FC300（相当于HT300），化学成分为w（C）2.72%，w（Si）2.05%，w（Mn）0.76%，w（P）0.056%，w（S）0.095%。对试样进行打磨抛光后观察，其宏观形貌如图1所示，表面有大小不等的麻点状小孔。1.2微观形貌文献[1]把这种缺陷称为“麻点”，并认为是“切削加工面上存在大量的直径0.2mm左右的小孔”。对图1试样金相观察，这种缺陷是尺寸小于0.3mm的小孔，且小孔形状各异，圆孔甚少，尚难以用直径表达；并且尺寸大于0.2mm的小孔（图中左侧的小孔）；图3（c）石墨呈近似n形分布形成的小孔；图3（d）石墨呈△形（图左上）和V形或Y形（图右下）分布形成的小孔；图3（e）石墨呈竹叶状分布形成的小孔。图3的共同特征是微区金属被一根或几根片状石墨所包围，成孤岛状或半岛状，在切削力作用下剥落形成小孔；当切削力较大时，切屑崩落，也会超越石墨边界。但相对而言，当微区金属被石墨包围成封闭或半封闭状态时，在切削力作用下，会优先于其他微区的金属剥落而形成小孔。实际情况中不仅存在以上几种小孔，因为灰铸铁在凝固和继续冷却过程中，情况复杂，有很大的随机性，石墨形状和分布也不尽相同。当石墨与所包围的金属呈封闭或半封闭状态时，在切削加工（车、铣、铇、磨）过程中，石墨及其所包围的金属容易剥落，形成相应的小孔，如图4所示。孔也较多。麻点状小孔缺陷的分布特征如下。（1）缺陷多发生在石墨密集分布的区域，如图2所示。图2（a）是0.2~0.3mm的小孔；图2（b）是0.1~0.2mm的小孔；图2（c）是0.05~0.10mm的小孔。图2（d）是≤0.05mm的小孔；图2（e）是长宽比≥5的小孔。这些小孔的共同特点是周围片状石墨密集分布，石墨面积率为10%~15%，孔的边缘隐约可见片状石墨的痕迹，孔内呈灰色或黑色，并非块状石墨或其他。（2）当石墨呈封闭或半封闭状态时，在切削力作用下，容易形成“麻点”。如当石墨分布呈多角形、C形、多，面积由小到大。3.2铸件冷却速度缓慢铸件冷却速度缓慢也是形成这种缺陷的一个重要原因。试验中选用的试样w（C）2.72%、w（Si）2.05%，应当比较适中或是偏低。通过对试样进行分析可知，试样局部石墨粗大且密集分布，珠光体片间距>1~2mm，表明冷速缓慢，如图13~16所示。图13金相抛光面上的粗大石墨，3级；图14局部A型石墨密集分布，是一种石墨魏氏组织[1]；图15为试样的珠光体基体，在放大100倍下观察可看到局部珠光体的层片状。图16为放大400倍的显微照片，珠光体片间距>1~2mm，属中等片状。3.3切削用量偏高切削用量包括切削速度、进刀量、切削深度三要素。这三要素关系到切削过程中切削力的大小。切削速度高、进刀量大、切削深度深，都会使切削力加大，容易使石墨及其所包围的金属剥落。灰铸铁的切屑属粒状切屑和崩碎切屑，当切削用量超出正常规范时，冲击力加大，并伴有振动现象，易形成崩碎切屑，更易出现麻点，甚至连片状石墨边界都可能崩落。文献[1]在推测麻点原因时认为是切削速度太快、刀具状态不良等原因。刀具如果过度磨损，将改变刀具的几何形状和角度，不仅使切削力加大，摩擦力剧增，并引起振动，恶化加工表面。4麻点状小孔的预防措施4.1降低w（C）和w（Si）量C和Si都是强石墨化形成元素。降低w（C）和w（Si）量的目的是为了细化石墨。对于同一种牌号的灰铸铁铸件，不同铸件，选择w（C）和w（Si）量应按铸件的大小和不同壁厚分档，这是众所周知的道理。但在实践中有些工厂为了简化操作，执行不到位，所有铸件不分大小和壁厚，用同一炉或同一包铁液浇注，这就很难保证铸件质量，很难确保大件壁厚部位没有麻点状小孔缺陷。4.2加强孕育处理对一般企业而言，生产HT200以上牌号的铸件都进行孕育处理，多用FeSi75，但该孕育剂的缺点是抗衰退能力差，1.5min内孕育效果达到峰值，8~10min后衰退到原来状态。为了预防衰退应及时浇注，或改用抗衰退能力更强的硅钡孕育剂，孕育效果可维持20min，如果有条件最好采用随流孕育。4.3厚大部位放置冷铁用冷铁强化冷却，可有效地细化共晶团和石墨，使组织更加致密，预防麻点状小孔出现。4.4制订合理的切削加工工艺一般金属切削加工根据铸件加工余量的大小，细分为粗加工、半精加工和精加工，以达到平整的加工表面。为减少或消除麻点状小孔，粗加工、半精加工的切削用量可以大一点，但精加工最后一刀必须谨慎，切削用量要小，刀具状态要好，通过精加工把半精加工产生的微观不平度和麻点去除，并尽可能少地产生新的小孔。如有条件，应把粗加工和精加工的