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球墨铸铁金相缺陷分析

 

通过对球化不良、石墨漂浮和夹渣三种常见缺陷的宏、微观特征的观察,分析了形成缺陷的原因,提出的防止缺陷产生的措施,能有效地控制和减少废品的产生,提高了铸件合格率。

1问题的提出

在球铁生产中,往往因处理工艺及原材料等原因,会使铸件产生各种缺陷,从而影响铸件的内在质量,降低铸件的力学性能。笔者就多年来在球铁金相分析中所观察到的球化不良、石墨漂浮和夹渣三种缺陷作一分析,提出防止缺陷产生的办法,以减少 废品,提高铸件合格率。

2球化不良

(1)宏观特征球化不良表现在铸件断面上出 现芝麻点的黑斑,愈接近铸件中心,黑色斑点愈密集,随着球化不良的严重程度增加,黑点的直径也随之增大,数量也在增加。

(2)微观特征金相观察为集中分布的厚片状石墨,极少量的球状石墨,且球状石墨特别圆,见图 1。在厚片状石墨周围出现铁素体组织,这种组织使球铁的力学性能急剧下降。

图 1QT450-10球铁球化不良的显微组织100x

Fig.1Microstructure of abnormal nebulizing for QT450-10 spheroidal cast iron

(3)原因分析形成球化不良的主要原因是球化反应时中间合金数量不够所造成

①合金加入量少;

②球化剂数量合适,但铁水中含硫量高;

③铁 水被氧化致使镁量烧损而造成球化剂含量不足等原因。

(4)生产中防止球化不良应采取的措施

①球化剂要有足够的加入量;

②在球化处理时,应尽量防止镁的烧损,提高球化剂吸收率;

③严格控制原铁水含硫量,应选用低硫生铁;

④铁水温度应控制在工艺要求范围内,铁水温度过高会产生球化剂烧损过多,温度过低合金易“结死”,均会产生球化 、不良。

3石墨漂浮

(1)宏观特征

石墨漂浮常出现于铸件上表面、试块边缘及冒口底部,在断口上表面出现一层界限明显且平整的黑斑。

(2)微观特征其石墨聚集,呈开花状和枝荔状,有的完全爆裂,见图2。这种组织严重削弱了球铁的力学性能,使材料的强韧性指标明显下降。

图2 QT450—10球铁中石墨漂浮区的开花状石墨100X

Fig.2 Bloominggraphite of QT45O一10 spheroidal cast iron in graphitefloat zone

(3)原因分析产生石墨漂浮的主要原因为碳硅当量过高(碳当量>4.55 )。当碳硅当量超过共晶成分,因浇铸温度高,铁水在凝固前就析出石墨,若液态停留一段时间,此时石墨长大并聚集,由于石墨的密度远比铁水轻,聚集石墨易上浮,有时夹杂物 也被带到铸件的上表面,从而在铸件上表面产生石 墨漂浮;在同等条件下(碳当量相同),铸件愈大,浇铸温度愈高,冷却速度越慢,则铁水在铸型内保持高温液态时问长,石墨有足够的上浮时间,因而石墨漂浮愈严重。

(4)防止石墨漂浮应采取的措施

①严格控制碳硅当量,碳不应超过4 9,6,硅不应超过3 9,6,厚大铸件的碳硅量应更低;

②提高冷却速度,在壁厚处放置冷铁等;

③加入少量强烈阻止石墨化的元素,如加入钼可防止石墨漂浮;④严格控制稀土元素残留量。

4夹渣

(1)宏观特征夹渣分布于铸件上表面及铸件 的死角处,夹渣在断面上呈断续的暗黑色区域或斑点,无金属光泽。

(2)微观特征有硫化物(MgS,FeS)及氧化 物(MgO,SiO2 ,FeO,A1203),在夹渣区除有球状石墨外,还有类片状石墨,见图3。夹渣的出现大大的降低了球铁的力学性能,特别是伸长率及冲击韧性下降更明显。

图3 QT450—10球铁中的夹渣100X

Fig.3 Includedslage of QT450—10 spheroidal cast iron

(3)原因分析铁水中硫含量和残余镁量过高,加之浇铸温度过低,形成了夹渣缺陷。

(4)防止产生夹渣的措施可采用降低铁水中 硫含量(硫含量应控制在0.03 ~0.04 )及残留镁量≤0.05;控制足够的稀土量、提高浇铸温度 (≥1300℃),使熔渣易于上浮,减少夹渣;球化处理 后须多次扒渣,以免非金属夹渣物留在铁水中造成夹渣。此外,在浇铸时,减少铁液在空气中停留的时间,以免铁液流在浇铸时产生氧化而生成二次渣的机会。

5结论

对上述生产中出现的球化不良、石墨漂浮和夹渣三种球铁金相缺陷,通过采取相应地措施,控制各种缺陷的产生,减少废品,提高了铸件的内在质量。