球墨铸铁（NodularCastIron）是（shì）一种具有优良（liáng）力学性能的（de）金属材（cái）料，通过在铁液中加入球（qiú）化剂（jì）和孕育（yù）剂（jì），让石墨呈球状形核并（bìng）长大（dà）而获得。20世纪40年代（dài），现代（dài）球（qiú）墨铸铁（tiě）由（yóu）美国国际锡公司（sī）(INCO)青年科研人（rén）员K.D.Millis首先研究成功。球（qiú）墨铸铁在力学（xué）性能、物理性能、工艺性能、使用性能上具有（yǒu）独（dú）特的优势（shì），生产工艺简单，成本低廉（lián），在机（jī）械、冶金、矿山、纺织、汽车及船舶等领域应用广泛。

生产球墨铸铁时夹渣是zui常见的缺陷，其多出现在铸件浇注位置的上平面或型芯上表面部位。夹渣缺陷严重影响（xiǎng）铸件的力学性能，特别是韧性和屈服强度，导致承（chéng）压部位发生渗漏。

笔者所在单位生产的一种发电设（shè）备（bèi）铸件前期经常出现铸件夹渣缺陷而报废，针（zhēn）对此缺陷进行了改进。

1.原工艺及缺陷状（zhuàng）况

铸件重（chóng）量为4500kg，材料为（wéi）QT400-18，呋喃树脂自硬砂造型。采用15t/h工（gōng）频（pín）电炉（lú）熔（róng）炼（liàn），化学成（chéng）分为（wéi）：wC＝3.5%~3.7%，wS＝2.2%~2.7%，wMn＝0.3%~0.47%，wP≤0.06%，wS≤0.2%，浇（jiāo）注温（wēn）度为1350~1380℃。浇注系（xì）统（tǒng）采用半封闭（bì）式、横浇道在分型（xíng）面的环形底（dǐ）注工艺，内浇（jiāo）道为4道φ35mm的（de）陶（táo）瓷管，直浇道为φ80mm，横浇道截面为：70/80mm×100mm，截面比为：F直：F横：F内=1∶2.99∶0.77，工艺方案如（rú）图1所示。这样设（shè）计出来的铸件缺（quē）陷主要为夹渣，位置在法兰背（bèi）面和轴承上表（biǎo）面，形状不规则，无金属光泽，用渗透（tòu）液或磁（cí）粉检测，有时用肉眼即可发现，如图2所示。

图1 工艺方案

图（tú）2 夹渣缺陷分（fèn）布

2.缺陷（xiàn）原因分析

（1）熔炼或球化（huà）处理后（hòu），加入的（de）熔剂和形（xíng）成的熔（róng）渣在浇注时随金（jīn）属（shǔ）液（yè）一起注入型腔。

（2）金属液在浇注过程中镁、稀土（tǔ）、硅、锰、铁（tiě）等二次氧化，产生的金属氧（yǎng）化物和硫化物（wù）、游离石墨等上（shàng）浮（fú）到铸（zhù）件上表面或滞留在铸件内的死角和砂芯下表面等处。

原工艺（yì）该铸件的浇注压头为（wéi）2.5m，铁（tiě）液从（cóng）浇口杯进入浇注系（xì）统后，直接由内浇道底返进入底法兰，进（jìn）流速（sù）度大，约0.7m/s，进入型腔的铁液（yè）紊（wěn）流严重，且严重卷（juàn）气，因（yīn）此铸件表面出现大量（liàng）的渣，造（zào）成（chéng）该产品的废品率超过10%。

（3）由于含硫量（liàng）过高，使金（jīn）属液含有大量（liàng）硫化物，浇注后在铸件内部形成渣（zhā）。

（4）金（jīn）属液中各组元（碳、锰、硫、硅、铝、钛（tài））之间或（huò）这（zhè）些组元（yuán）与氮、氧（yǎng）之间发生化学反（fǎn）应，其氧化物与炉衬（chèn）、包衬、砂型壁（bì）或涂料之间发（fā）生界面反应形成（chéng）夹渣。

3.改进方案

（1）熔炼（liàn）时对原材料（liào）进行（háng）分拣，保证干（gàn）燥、清洁、无锈蚀。

（2）提（tí）高铁液出炉温度和（hé）球化处理温度，对浇（jiāo）包进行充分烘烤（kǎo）。

（3）金属液在浇包内应静（jìng）置一段时间，以利于渣上浮。

（4）降低原（yuán）铁液含硫量，在保证球化前提（tí）下，尽可能减少球（qiú）墨铸（zhù）铁的残留镁含量。

（5）浇注系统改进。为保证铁液在充填型腔的过程中平（píng）稳（wěn）、流畅，按（àn）大孔出流理（lǐ）论对浇注系统进（jìn）行了改进，如图3所示。采（cǎi）用开放式浇注系统，通过增（zēng）大进流截面降低进流速（sù）度。铸件整体分（fèn）散（sàn）进（jìn）流，快速充型，保证浇口杯、直浇道及时（shí）充满。

图3 改进后的浇注系统

该铸件重4500kg，浇注重量6000kg，根据相关（guān）公式计（jì）算（suàn）的浇（jiāo）注时间为60s，阻流截面积（jī）为52cm2，即设（shè）计的开放式浇注系统的（de）直浇（jiāo）道截面（miàn）积为52cm2。按照标准（zhǔn）的陶（táo）瓷管，则选择φ80mm的（de）陶瓷管，截（jié）面积是50.24cm2，按照推荐的浇注系统比例，设计的横浇（jiāo）道截面形（xíng）状是矩形（9cm×6cm），则面积是108cm2，内浇道（dào）是13道φ35mm的陶瓷管，截面积是125cm2，则（zé）zui终的截面比是（shì）F直：F横：F内=1∶2.15∶2.49。

根据上面计算的参（cān）数计算得进流速度为0.28m/s，进流（liú）速度降低（dī）很多，是原工艺进（jìn）流速度的40%。充型平（píng）稳（wěn），避（bì）免（miǎn）紊流，大大降低了铁液二（èr）次氧化的机会，从（cóng）而可以减少夹（jiá）渣缺陷。

4.改进后（hòu）验（yàn）证

采用以上措（cuò）施连（lián）续生产15件，铸件没有（yǒu）再出现法兰和轴承（chéng）上（shàng）表面部位夹渣（zhā）缺陷，改进有效。类（lèi）似的方法在其他产品（pǐn）上运用，也有明显（xiǎn）效果（guǒ）。

5.结语

大型球（qiú）墨铸（zhù）铁（tiě）件易于（yú）在（zài）浇注（zhù）位置（zhì）上表面（miàn）以及铁液流动（dòng）的一（yī）些死角区（qū）域产生（shēng）夹渣缺（quē）陷，这些缺（quē）陷（xiàn）可以通过（guò）熔炼控制和浇注系统的改进来（lái）解决。浇（jiāo）注系（xì）统形式以及（jí）参数选（xuǎn）择应（yīng）能保（bǎo）证铁液平稳充型，为此浇注系统各组成部分面积、浇（jiāo）注时间需按照内浇道低速进流、铸件整（zhěng）体快速（sù）充满的原则来计算（suàn）。