球墨铸铁（NodularCastIron）是一（yī）种具有优良力（lì）学（xué）性能（néng）的金属材料，通过在铁液中加入（rù）球化（huà）剂和孕育剂，让石墨呈（chéng）球状形核并长大而获（huò）得。20世纪40年代，现代球（qiú）墨铸铁由美国国际锡公司(INCO)青年科研人员（yuán）K.D.Millis首先（xiān）研究成（chéng）功。球墨铸铁在力学性能、物（wù）理性（xìng）能、工（gōng）艺（yì）性能（néng）、使（shǐ）用（yòng）性能上具有独特的优势，生产工艺简单，成本低廉，在机械、冶金、矿山（shān）、纺织、汽车及船舶（bó）等（děng）领域应用广泛。

生产球墨铸铁时夹渣是（shì）zui常见的（de）缺陷，其多（duō）出现（xiàn）在铸件（jiàn）浇（jiāo）注位置的上平（píng）面或型芯上（shàng）表（biǎo）面（miàn）部（bù）位。夹渣缺（quē）陷严重影（yǐng）响铸（zhù）件的力学性能，特（tè）别是（shì）韧性和屈服（fú）强度（dù），导致承压部位（wèi）发生渗漏。

笔者所在单位生产的一种发电设备铸件前（qián）期经常出现铸（zhù）件夹（jiá）渣缺陷而（ér）报废，针（zhēn）对（duì）此缺陷进行了改进（jìn）。

1.原工艺及（jí）缺陷状（zhuàng）况

铸件重量为4500kg，材料为QT400-18，呋喃树脂自硬砂造型。采用15t/h工（gōng）频电炉熔炼，化（huà）学成（chéng）分为：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（wéi）1350~1380℃。浇注系统（tǒng）采用半封闭式、横浇道（dào）在（zài）分型面的环形底注工艺，内浇道为4道（dào）φ35mm的陶瓷管，直浇道为φ80mm，横浇道截面为：70/80mm×100mm，截面比（bǐ）为：F直：F横：F内=1∶2.99∶0.77，工艺方案如图（tú）1所示。这（zhè）样设计出来的铸件（jiàn）缺陷主要为夹（jiá）渣，位（wèi）置在法兰背（bèi）面和（hé）轴承上表面，形状不规则，无金属光泽，用（yòng）渗透液或磁粉检测，有时用肉眼（yǎn）即可发现，如图2所示。

图1 工（gōng）艺方案

图（tú）2 夹渣缺（quē）陷分布（bù）

2.缺陷原（yuán）因分析

（1）熔炼（liàn）或球化（huà）处（chù）理后，加入的熔剂（jì）和形成的熔渣（zhā）在浇注（zhù）时随金属液一起注入型腔。

（2）金属液在（zài）浇注过程中镁、稀（xī）土、硅、锰（měng）、铁等二次氧化（huà），产生的金属（shǔ）氧化物和硫化物、游离石墨等上浮到铸（zhù）件上表面或滞留在铸件内的死角和砂芯下表（biǎo）面等（děng）处。

原工艺该铸件的浇注压头为2.5m，铁液（yè）从浇口（kǒu）杯进入浇注（zhù）系统后，直（zhí）接由内浇道（dào）底返进入底法兰，进流速度大，约（yuē）0.7m/s，进入型腔（qiāng）的（de）铁液紊流严重，且严重（chóng）卷（juàn）气，因此铸件表面出现大量的渣，造成该产品的废品率超过10%。

（3）由于含（hán）硫量过（guò）高，使金属液含有大量硫化物（wù），浇注后在铸件内部形成（chéng）渣。

（4）金属液中（zhōng）各组元（碳、锰、硫、硅、铝、钛）之间或这些组元与氮、氧之间发（fā）生化学反应，其氧化物与炉衬、包衬（chèn）、砂（shā）型壁（bì）或涂料之间（jiān）发生界（jiè）面反应形（xíng）成夹渣。

3.改进方案

（1）熔炼时对原材料进行（háng）分拣，保证（zhèng）干燥、清洁（jié）、无锈蚀。

（2）提高铁液出炉温（wēn）度和球（qiú）化处理（lǐ）温（wēn）度，对浇包进行充分烘（hōng）烤。

（3）金属液在浇包内（nèi）应静（jìng）置一段时间，以（yǐ）利于渣上浮。

（4）降低原铁液含（hán）硫（liú）量，在保证球（qiú）化前提下，尽可能减少球墨铸铁的（de）残留镁含量。

（5）浇（jiāo）注系统改（gǎi）进。为保证铁（tiě）液在充填型（xíng）腔的（de）过程中（zhōng）平稳、流畅，按大孔出流理论对浇（jiāo）注（zhù）系统进行了（le）改进，如（rú）图3所示。采用开放（fàng）式浇（jiāo）注（zhù）系统，通过（guò）增（zēng）大进流截面降低进流速度。铸件整体分散（sàn）进流，快（kuài）速充型，保证浇口杯（bēi）、直（zhí）浇道及时充满。

图3 改进后的浇注系统

该铸件（jiàn）重4500kg，浇注重量6000kg，根据相关（guān）公式计（jì）算（suàn）的浇注时间（jiān）为（wéi）60s，阻（zǔ）流截面积为52cm2，即设计的（de）开放式（shì）浇注系统的直浇道截面积为52cm2。按照标准的陶瓷管，则选（xuǎn）择φ80mm的陶瓷管，截面积（jī）是（shì）50.24cm2，按照推荐的浇注（zhù）系统比例，设计的横浇道（dào）截面形（xíng）状（zhuàng）是（shì）矩形（9cm×6cm），则面积是108cm2，内浇道是13道φ35mm的（de）陶瓷管（guǎn），截面积是125cm2，则zui终的（de）截面比是（shì）F直：F横（héng）：F内=1∶2.15∶2.49。

根据上面计算的参数计算得进流速（sù）度（dù）为0.28m/s，进流速度降（jiàng）低（dī）很多（duō），是原工艺进流速度的（de）40%。充型平（píng）稳（wěn），避免紊流，大大降低了铁（tiě）液二次氧化的机（jī）会，从而可以减少夹渣缺陷。

4.改进（jìn）后验证

采用以上（shàng）措施连（lián）续生产15件，铸件没有（yǒu）再出（chū）现法兰和轴承上表面部位夹渣（zhā）缺陷，改进有效。类似（sì）的方（fāng）法在（zài）其他产品上运用（yòng），也（yě）有明显效果。

5.结语

大型球墨铸（zhù）铁件易于在浇注位置上表（biǎo）面以及铁液流动的一些死角区域产生夹渣缺陷，这些缺陷（xiàn）可以通过熔（róng）炼（liàn）控制和浇注（zhù）系统的改进来解决。浇（jiāo）注系统形式以及参数选择应能保证铁液（yè）平稳（wěn）充型，为此浇注系统各组（zǔ）成部分面积、浇注时间（jiān）需（xū）按照内浇道（dào）低速（sù）进流（liú）、铸件整体快速（sù）充满的原则来（lái）计（jì）算。