球墨（mò）铸铁（NodularCastIron）是一种具有优良力学性能的金属材料，通过在铁液中加（jiā）入（rù）球化剂和孕育剂，让（ràng）石墨呈球状形核并长大而（ér）获得。20世纪40年（nián）代，现代球（qiú）墨铸铁由美国（guó）国际锡（xī）公司(INCO)青年科研人员K.D.Millis首先研究（jiū）成功。球墨铸铁在力学性能（néng）、物理性能、工（gōng）艺性能（néng）、使用性能上具有（yǒu）独特的优势，生（shēng）产工艺（yì）简单（dān），成本低廉，在机械、冶金、矿山、纺织、汽车及船舶等领（lǐng）域应用广（guǎng）泛。

生产球墨铸（zhù）铁时夹渣是zui常见的缺陷，其多出现在铸（zhù）件浇注位置（zhì）的上平面或型芯上表面部位（wèi）。夹渣缺陷严重（chóng）影响铸件（jiàn）的力（lì）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（zhě）所在单位生产的一种发电设备铸件前期（qī）经常出现铸件夹渣（zhā）缺陷而报废（fèi），针对此缺陷进行了改进。

1.原工艺（yì）及缺陷状（zhuàng）况

铸（zhù）件重量（liàng）为4500kg，材料为QT400-18，呋喃树脂自硬砂造型（xíng）。采用（yòng）15t/h工频（pín）电炉（lú）熔炼，化学成分（fèn）为：wC＝3.5%~3.7%，wS＝2.2%~2.7%，wMn＝0.3%~0.47%，wP≤0.06%，wS≤0.2%，浇注温度为1350~1380℃。浇注系统采（cǎi）用半（bàn）封闭式、横浇道在分（fèn）型面（miàn）的环形底注工（gōng）艺（yì），内浇道为4道φ35mm的陶瓷管，直浇道为φ80mm，横浇道截面（miàn）为：70/80mm×100mm，截面比为：F直：F横：F内=1∶2.99∶0.77，工（gōng）艺方案（àn）如图1所（suǒ）示（shì）。这样设（shè）计（jì）出来的铸件缺陷（xiàn）主（zhǔ）要为夹渣，位置在（zài）法兰背面和（hé）轴承上表面，形状不（bú）规则，无金属光泽，用（yòng）渗透液或（huò）磁粉检测（cè），有时用肉眼即可发（fā）现，如（rú）图2所示。

图1 工艺方案

图2 夹渣缺陷分布

2.缺陷原因（yīn）分析

（1）熔炼或（huò）球化处理（lǐ）后，加入的熔剂和形成（chéng）的熔渣在浇（jiāo）注时随（suí）金属（shǔ）液一起注（zhù）入型（xíng）腔（qiāng）。

（2）金属液在浇注过程中镁、稀土、硅、锰（měng）、铁等二次氧化，产生的金属氧化物（wù）和（hé）硫化物、游离石墨等上浮到铸（zhù）件上表（biǎo）面或滞（zhì）留在（zài）铸件内（nèi）的死角和砂芯下表面等（děng）处。

原工艺该铸件（jiàn）的浇注（zhù）压头为2.5m，铁液从浇口（kǒu）杯进（jìn）入浇注系统后，直接由内浇道底返进入底法兰（lán），进（jìn）流速度大，约0.7m/s，进入型腔的（de）铁（tiě）液紊流（liú）严重，且严重卷（juàn）气，因此（cǐ）铸件表面出（chū）现大量的渣，造成该产品的废品率超过10%。

（3）由（yóu）于含（hán）硫量过高，使金属液（yè）含有大（dà）量硫化物，浇注后在铸件内部形成渣。

（4）金属（shǔ）液中各组元（碳、锰（měng）、硫、硅（guī）、铝、钛）之间（jiān）或这（zhè）些组元与氮、氧之间发生化学（xué）反应（yīng），其氧化物与炉衬（chèn）、包衬、砂型（xíng）壁或涂料之间（jiān）发生界面反（fǎn）应形成夹渣。

3.改进方（fāng）案

（1）熔炼时对原材料进行分拣，保证干燥、清洁（jié）、无锈蚀。

（2）提（tí）高铁液（yè）出炉温度（dù）和（hé）球化处理温度（dù），对浇包进行充分烘烤。

（3）金属液在浇包内应静置一（yī）段时间，以利于（yú）渣（zhā）上（shàng）浮。

（4）降（jiàng）低原铁液含硫量，在保证球（qiú）化前（qián）提下，尽（jìn）可（kě）能减（jiǎn）少（shǎo）球墨铸铁的（de）残留镁含量。

（5）浇注系（xì）统改进。为（wéi）保证铁液在充填（tián）型腔的过程中平稳、流畅，按大孔出流（liú）理论对浇注系统进行了改进，如图3所示。采用开放式浇注系（xì）统，通过增大进流截面（miàn）降低进流速（sù）度。铸件整体分散进流，快速（sù）充（chōng）型，保证浇口杯、直浇道及时充满。

图3 改（gǎi）进后的浇注系统

该铸件重（chóng）4500kg，浇（jiāo）注重量6000kg，根（gēn）据相关公式计算的浇注时间为60s，阻流截面积为52cm2，即设计的（de）开放式浇注系统的直（zhí）浇道（dào）截面积为52cm2。按照标准的陶瓷管，则选择φ80mm的陶瓷管，截面积是50.24cm2，按照（zhào）推荐（jiàn）的（de）浇（jiāo）注（zhù）系统（tǒng）比例，设计（jì）的横浇道截面形（xíng）状是矩形（xíng）（9cm×6cm），则面积（jī）是108cm2，内浇（jiāo）道是13道φ35mm的陶（táo）瓷（cí）管，截面（miàn）积是125cm2，则zui终的截（jié）面比是F直：F横：F内=1∶2.15∶2.49。

根据上面计算的参数计算得进流（liú）速（sù）度为0.28m/s，进流速度降（jiàng）低很多，是原（yuán）工艺进流速度的40%。充型平稳，避免紊流，大大降低了铁液二次氧化（huà）的机会，从而可（kě）以减少（shǎo）夹渣（zhā）缺陷。

4.改进后验证

采用以上措施连续生（shēng）产15件，铸件没有再出现法兰和轴承（chéng）上表面部（bù）位夹（jiá）渣缺陷，改进有效。类似的方法（fǎ）在其（qí）他产品上运用，也（yě）有明（míng）显（xiǎn）效（xiào）果。

5.结语

大型球墨铸铁件（jiàn）易（yì）于在浇注位置上表面（miàn）以及铁液流动（dòng）的一些（xiē）死角区（qū）域产（chǎn）生夹渣缺陷，这些缺陷可以通过熔炼（liàn）控制和（hé）浇注系（xì）统的改进来解决。浇注系统形式以及参数选（xuǎn）择应能保（bǎo）证铁液平稳充型，为（wéi）此浇注系统各组成部分面积、浇注时间需按照内（nèi）浇（jiāo）道低速进流、铸件整（zhěng）体快速充满的原则来计算。