如何防止球墨铸铁石墨漂浮缺陷【转帖】

老翻砂匠 · 发表于 2017-9-25 09:58:34

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球墨铸铁生产技术虽经历了60多年的不断发展、创新和完善，依据生产部件性能的要求，由比较单一的材料品种，发展到今天近几十种不同牌号的球墨铸铁，如铁素体球墨铸铁、珠光体球墨铸铁、奥氏体球墨铸铁、贝氏体球墨铸铁及奥氏体-贝氏体球墨铸铁等，球墨铸铁缺陷一直是铸造工作者和铸造厂家关心及研究的热门课题。

　　球墨铸铁除具有一般铸造缺陷外，生产中经常出现铸造缺陷有：缩松、夹渣、石墨漂浮、皮下气孔、球化衰退及球化不良等球墨铸铁特有的铸造缺陷；根据不同的生产工艺，球墨铸铁容易产生的铸造缺陷往往又有所区别，但对铸件性能影响最直接、影响最大的是石墨漂浮、球化衰退和球化不良，如果检测结果中，出现上述三种铸造缺陷，目前还没有可以挽救的有效措施，只能报废，并且可能是整炉次产品报废。

　　随着科技的不断发展，熔炼设备的完善，球化剂、孕育剂性能的提高，以及稀有元素在球墨铸铁生产中的广泛应用，提高了球墨铸铁生产的质量，降低了球墨铸铁缺陷的产生率，但同时也提高了生产成本；如何采取有效措施，在不大幅度增加生产成本前提下，将球墨铸铁的缺陷降到最低，是每一个生产厂家所追求的。其中，又是容易出现，难以判定的一种铸造缺陷。

　　一．球墨铸铁石墨漂浮缺陷分析

　　1．石墨漂浮定义

　　在铸件断口位置上，有一层黑色黑斑，颜色与正常的银白色断口组织有清晰可见的分界线（黑白分明有时石墨漂浮和夹渣混在一起），这层乌黑发亮的石墨组织像是上浮到铸件表面上的，所以称为石墨漂浮；石墨漂浮也是一种密度偏析现象，因此也有技术文献称为石墨偏析。

　　2．形成石墨漂浮缺陷原因分析

　　针对石墨漂浮的原因，传统观念认为有以下几个方面：

　　（1）由于铁液的碳当量过高，以致铁液在高温时就析出大量石墨，由于石墨密度小，铸件在凝固时，石墨漂浮到铸件表面（温度高）或遗留在铸件内部（温度低），随着碳当量的增高，铸件壁厚的加大，石墨漂浮倾向会加剧。

　　（2）硅是促进石墨化元素，铁液中过高的含硅量，也会使铸件在凝固过程中，过量的石墨析出，从而造成石墨漂浮。

　　（3）稀土含量过少，造成碳在铁液中的溶解度降低，由于球墨铸铁含碳量较高，造成大量石墨析出，形成石墨漂浮。

　　（4）浇注温度过高，铸件凝固过程中，长时间处于液态，有利于石墨的析出，将使石墨漂浮倾向增大。

　　（5）铁液球化处理到浇注完毕，时间过长，造成球化及孕育衰退，致使球状石墨大量开裂，同时又由于液态时间长，析出大量石墨，从而造成石墨漂浮。

　　（6）铸件壁厚设计不合理，由于铸件壁厚不均匀，局部壁厚过大，浇注完毕后，过大壁厚处铁液凝固时间过长，同样的铁液在壁厚过大处容易出现石墨漂浮。

　　二．球墨铸铁石墨漂浮的预防措施

　　（1）严格控制铁液的碳当量根据生产铸件的不同，在保证铁液流动性和良好的充型能力前提下，选择合适的碳当量，并不是如资料上所述，球铁应在共晶或亚共晶范围内选择碳当量；铁液中的碳和硅含量应合适，一种元素含量过高，虽然碳当量合适，同样可以造成铸件产生石墨漂浮缺陷。

　　（2）严格铁液熔炼和处理工艺同样配比的料，如果没有严格的熔炼、球化和孕育处理，同样可使铸件产生石墨漂浮缺陷。如浇包不烘烤到位，只有通过提高铁水温度来保证球化处理后的浇注温度，球化剂（稀土镁合金）和孕育剂（硅合金）的都是极易氧化的元素，铁液温度过高，在铁液与球化剂、孕育剂反应时，造成剧烈的沸腾效应，加大球化剂、孕育剂与空气的接触面，加剧它们的氧化反应，大大缩短反应时间，无法保证铁液对球化剂和孕育剂的吸收率，从而达不到良好的球化、孕育效果，从而使含碳量较高的铁液加大石墨漂浮倾向。

　　（3）球化剂、孕育剂粒度的控制粒度过小，造成氧化反应快，达不到最佳的吸收率；粒度过大，造成溶解时间过长，部分未充分反应的合金将随除渣剂被扒出，同样无法保证球化和孕育质量。

　　（4）合适的浇注温度和最短的浇注时间在保证得到健全铸件的前提下，尽可能降低浇注温度，从而保证铸件凝固过程中液态停留时间最短，降低凝固过程中石墨析出倾向；尽可能缩短浇注时间，以保证在最佳的球化和孕育时间内浇注完毕，避免球化和孕育衰退，石墨球开裂，降低石墨漂浮倾向。

（5）生产过程控制应控制模样密度，保证负压气体流量，以及合适的真空负压时间。模样密度的加大，将会增加浇注过程中模样的发气量，造成铁液凝固时表面含碳量的增加。真空负压时间过短，将使凝固过程中液态停留过长，加到石墨漂浮倾向，真空负压时间过长，将使凝固过程中过冷度加到，将使铁素体球墨铸铁中的珠光体含量增加。

友仨下子 · 发表于 2017-9-25 23:35:54

好像此文已过景了，现在已研制出专门适用于厚大球铁件的球化剂，对成份及浇温的要求已不是那么严了。本人曾用V法制做过近五吨的厚大球铁件就是用的特制球化剂效果不错，沒漂浮也沒衰退。

靖江山水 · 发表于 2017-9-26 07:53:37

看看，学习学习，其实这个文章比较有普遍意义，不管铸造撒产品，只要用心，控制，结果都很完美

老翻砂匠 · 发表于 2017-9-26 08:17:16

友仨下子发表于 2017-9-25 23:355 x) o$ g; I X8 P, V) O' _2 s8 ~. z
好像此文已过景了，现在已研制出专门适用于厚大球铁件的球化剂，对成份及浇温的要求已不是那么严了。本人曾 ...

两周前，会晤了一位做了一辈子球铁的老高工，他的球铁件（单重200kg左右、壁厚50～60mm），含碳量居然做到了5.6～5.8%！不但没有什么石墨漂浮，组织呈全部铁素体，大量的细小石墨球均匀分布。为此申请了他的技术发明专利！

这对传统的球铁理论，又做了一次颠覆！

记得我的前辈曾经跟我讲的这么一句话：实践不但是检验真理，还能发现真理！

castengineer · 发表于 2017-9-26 08:34:51

老翻砂匠发表于 2017-9-26 08:17
) d8 s; \ s2 A5 {0 D B8 D两周前，会晤了一位做了一辈子球铁的老高工，他的球铁件（单重200kg左右、壁厚50～60mm），含碳量居然做 ...

不知其CE值是多少?残稀土和残镁多少?球化温度是多少?

老翻砂匠 · 发表于 2017-9-26 11:36:40

castengineer 发表于 2017-9-26 08:34
+ u" t: }/ k4 L; j不知其CE值是多少?残稀土和残镁多少?球化温度是多少?

具体细节做了保密，只是强调了在球铁的生产过程中，孕育的作用由于球化的作用，并且提出了“石墨漂浮的根本原因在于衰退”的观点，而最好的防止和抑制衰退的孕育剂是碳化硅！

他的这种球铁用于减摩产品，无疑是很优秀的，比如：手机屏幕的研磨盘材料。同类产品对比下来，他的产品得到了认可！

想起了一句话：高手在民间！

castengineer · 发表于 2017-9-26 21:26:22

本帖最后由 castengineer 于 2017-9-26 21:46 编辑

老翻砂匠发表于 2017-9-26 11:36
6 D) U* y t9 u0 w- d7 w" q具体细节做了保密，只是强调了在球铁的生产过程中，孕育的作用由于球化的作用，并且提出了“石墨漂浮的根 ...

他的合金熔点在1400度以上,与其相对应的碳的过饱和温度会更高.偏离了我们经常讨论的球墨铸铁石墨漂浮缺陷的合金成份范围.

大量的细小石墨球均匀分布----.看相图.推测结晶过程----很难.

如是.那他真的是高手.

老翻砂匠 · 发表于 2017-9-26 21:45:01

castengineer 发表于 2017-9-26 21:26
. G* I$ ~4 E6 Y, s: E$ b) |& x他的合金熔点在1400度以上,与其相对应的碳的过饱和温度会更高.偏离了我们经常讨论的球墨铸铁石墨漂浮缺陷 ...

从最后一个曲线来看，含碳量在5.5%以上的，其液相线的温度将大于1650度，估计按常规是不太现实的。

但是，从非常规的角度考虑，我认为，应该是在孕育的过程中不断地达到终碳的结果，因为他是使用碳化硅做孕育剂，并且得出碳化硅孕育抗衰退的能力超强！

总之，同意陆工真是高手！

castengineer · 发表于 2017-9-26 21:50:07

本帖最后由 castengineer 于 2017-9-29 08:30 编辑

老翻砂匠发表于 2017-9-26 21:45
3 b0 ?% ~( f4 {* g3 w: g" C从最后一个曲线来看，含碳量在5.5%以上的，其液相线的温度将大于1650度，估计按常规是不太现实的。
+ c+ R( J6 ~# x7 R$ H4 Q6 C; G$ H5 t
但是 ...

因为他是使用碳化硅做孕育剂，并且得出碳化硅孕育抗衰退的能力超强----这完全可能.避免了石墨液态自形核及长大----导致飘浮.一种功能性的特征.
但其成份初晶奥氏体出晶率很低,奥氏体只不过在共晶过程中以共晶组织型式出现.这又没有防飘浮的能力.....结果应当预见.

铸造小猫 · 发表于 2017-9-26 22:01:19

castengineer 发表于 2017-9-26 21:50
) V& Z) f* g% D/ d; G1 a因为他是使用碳化硅做孕育剂，并且得出碳化硅孕育抗衰退的能力超强----这完全可能.避免了石墨液态自形核 ...

碳化硅孕育剂好像很少看到，希望董工方便的话单独开帖介绍下，谢谢。

老翻砂匠 · 发表于 2017-9-26 22:04:15

castengineer 发表于 2017-9-26 21:50* v9 U' s. j: I5 ?$ V9 k
因为他是使用碳化硅做孕育剂，并且得出碳化硅孕育抗衰退的能力超强----这完全可能.避免了石墨液态自形核 ...

碳化硅孕育的话，应该考虑到颗粒碳的作用，这与分子碳应该有所不同，个人意见，欢迎继续探讨～

castengineer · 发表于 2017-9-27 20:43:34

本帖最后由 castengineer 于 2017-9-27 21:01 编辑

铸造小猫发表于 2017-9-26 22:01
, Z9 V X9 A* r2 v1 X" t4 Z/ v碳化硅孕育剂好像很少看到，希望董工方便的话单独开帖介绍下，谢谢。

借用周继扬老师的两句话:

一:用SiC做孕育剂所得到的石墨核心数要比FeSi的多，一方面，“碳”直接做了核心；另一方面，富Si微区使它附近的“碳”过饱和。以石墨析出。核心数量多与受SiO2膜保护，以及富Si、富C的液体“围墙”挡住这三条件，足以使它变成长效孕育剂及预处理剂.
二:SiC作为合金添加剂（而不作为孕育剂）对铁液进行预处理使用，这是由于SiC的溶解特性造成的。

这两句话,恰是硅铁孕育原理的中间过程.熔蚀碳化硅时造成富Si微区,使它附近的“碳”过饱和.其造成的碳的浓度梯度和碳活度梯度.均小于硅铁孕育过程造成的碳的浓度梯度和碳活度梯度.所以其孕育能力还是有限的.
所以,常把碳化硅做为对铁液进行预处理用.

castengineer · 发表于 2017-9-27 21:14:54

本帖最后由 castengineer 于 2017-9-29 08:30 编辑

所以说.含碳量5.6～5.8%.硅值不知.CE值约在6.2-6.6.又在结晶温度间隔几百度.奥氏体出晶率极低的情况下.使用碳化硅做孕育剂.大量的细小石墨球均匀分布.(这一点是质疑的).
如能如愿,实属高手.

castengineer · 发表于 2017-9-27 21:22:04

本帖最后由 castengineer 于 2017-9-28 21:23 编辑

老翻砂匠发表于 2017-9-26 11:368 c2 \$ L9 T2 C3 a* L) m9 w" _
具体细节做了保密，只是强调了在球铁的生产过程中，孕育的作用由于球化的作用，并且提出了“石墨漂浮的根 ...

手机屏幕的研磨盘材料---
如果其制件成功.要说明的是这种合金的流动性是很差的.而且强度不会高.

castengineer · 发表于 2017-9-29 08:14:51

本帖最后由 castengineer 于 2017-9-29 08:23 编辑

如果成份在图中这一区域.并仅通过碳化硅孕育,其"组织呈全部铁素体，大量的细小石墨球均匀分布"-----应当受到置疑:
1:从球铁金属学解释有著多原理上的误导
2:此成份内的合金.熔.铸工艺性很差.

悬浮铸造可以达到以上铸件组织的特征.国内已有成功先例.

castengineer · 发表于 2017-9-29 08:40:31

本帖最后由 castengineer 于 2017-9-29 09:00 编辑

石墨漂浮的根本原因在于衰退”的观点----
对于衰退.无论孕育衰退或是球化衰退:
1:液相中的衰退,应与成核率有关.初始形核率在于孕育效果.在通常情况下,衰退是在形核率在液态时的晶核消亡有关.其消亡只不过是总晶核数的减少.石墨数减少.漂浮石墨的聚合率只会减少.可能性也减少.而珠光体率增加.也就是使初晶奥氏体率增加.这又如何会增加石墨漂浮?
2:合金的液相率较衰退前大有减少.共晶结晶固相骨架已略有形成.石墨飘浮如何会加重?

无论对于灰铁或球铁.都是一样的金属学原理.

老翻砂匠 · 发表于 2017-9-29 08:47:13

castengineer 发表于 2017-9-29 08:40
( \- _0 T$ }* I! v! D石墨漂浮的根本原因在于衰退”的观点----9 c, g H* c- g! O
对于衰退.无论孕育衰退或是球化衰退.合金的液相率较衰退前大有减 ...

经董工这么一讲，感觉是有点蹊跷，似乎不太符合金属学原理，有机会还是要再与陆工做个交流。

在我动员之下，他也上热加工论坛，但就是注册不了论坛，只是以游客的身份在论坛走走逛逛～

castengineer · 发表于 2017-9-29 09:04:34

本帖最后由 castengineer 于 2017-9-29 09:06 编辑

老翻砂匠发表于 2017-9-29 08:47
经董工这么一讲，感觉是有点蹊跷，似乎不太符合金属学原理，有机会还是要再与陆工做个交流。( q8 S$ n0 X! a- t9 p
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在我动员之 ...

对的.每个人都有思维的误区.也包括我,而消除这种误区和偏见.才会使自己对铸造的认识"柳暗花明,又一村"才能不断进步.

guoke · 发表于 2017-9-29 15:30:57

靖江山水发表于 2017-9-26 07:53. Z2 O+ y( a! ?3 V( {
看看，学习学习，其实这个文章比较有普遍意义，不管铸造撒产品，只要用心，控制，结果都很完美 ...

什么事都害怕认真，有了认真什么都不是事啊

castengineer · 发表于 2017-10-4 16:22:11

本帖最后由 castengineer 于 2017-10-4 16:43 编辑

通过严格推敲.其"组织呈全部铁素体，大量的细小石墨球均匀分布".的特点.应是"悬浮铸造"的工艺.并不是常规工艺的基础上.CE值在5.6-5.8时的球铁生产过程中球化,孕育之生产过程.----

国内外.早有先例
我这里也有1983年日本的悬浮铸造的研究成果的文章.但,能用此项工艺制件.乃是高手.

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