球墨铸铁（NodularCastIron）是（shì）一种（zhǒng）具有优良力学性能（néng）的金属材料，通过在铁液中加入球（qiú）化（huà）剂和孕（yùn）育剂，让石墨呈球状形核并长大（dà）而（ér）获得。20世纪40年代（dài），现代球墨铸（zhù）铁由美国国际锡公司（sī）(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、物理性（xìng）能、工艺性能（néng）、使用（yòng）性能上（shàng）具有独特的优势，生产工艺（yì）简单，成本（běn）低廉，在机械（xiè）、冶（yě）金（jīn）、矿山、纺（fǎng）织、汽车及船舶等领域（yù）应用广（guǎng）泛。

生产球墨铸铁（tiě）时夹渣是zui常见的缺陷，其多（duō）出现在铸件浇注（zhù）位置的（de）上平面或（huò）型芯上表面部位。夹（jiá）渣缺陷严重影响铸件的力学性能，特别是韧（rèn）性和屈（qū）服强度，导致承压（yā）部位发（fā）生渗漏。

笔（bǐ）者所在单位（wèi）生产的一种发（fā）电设备铸件（jiàn）前期经常出现（xiàn）铸件夹渣缺陷而报废（fèi），针对此缺陷（xiàn）进（jìn）行了改进。

1.原工艺及（jí）缺陷状况

铸件重量（liàng）为4500kg，材料（liào）为（wéi）QT400-18，呋喃树脂自（zì）硬（yìng）砂造型（xíng）。采用15t/h工频电炉熔炼，化学成分为（wéi）：wC＝3.5%~3.7%，wS＝2.2%~2.7%，wMn＝0.3%~0.47%，wP≤0.06%，wS≤0.2%，浇注温度为1350~1380℃。浇（jiāo）注系（xì）统采用半封闭式（shì）、横浇（jiāo）道在分（fèn）型（xíng）面的（de）环形底注工艺，内浇道为（wéi）4道φ35mm的陶瓷管，直浇道为φ80mm，横（héng）浇道截面为：70/80mm×100mm，截面比为：F直：F横：F内（nèi）=1∶2.99∶0.77，工艺方案（àn）如图1所示。这样设计出（chū）来（lái）的铸（zhù）件缺陷主要为夹渣，位（wèi）置在（zài）法兰背面（miàn）和轴承上表面，形状不（bú）规（guī）则，无金属光泽（zé），用渗透液或磁粉检测（cè），有（yǒu）时用肉眼即可（kě）发现，如图2所示。

图1 工艺方案

图2 夹渣缺陷分布（bù）

2.缺陷原因分析（xī）

（1）熔炼或球化处（chù）理（lǐ）后，加（jiā）入的熔剂和（hé）形成的熔（róng）渣（zhā）在浇注时随金属液一（yī）起注（zhù）入型腔。

（2）金属液在浇注过程中（zhōng）镁（měi）、稀土（tǔ）、硅、锰、铁等二次氧化，产生的金属氧化（huà）物和硫化物、游离石（shí）墨等上浮（fú）到铸件（jiàn）上表面或滞留在铸件内的死角和砂（shā）芯（xīn）下表面（miàn）等处。

原工（gōng）艺该铸件（jiàn）的浇注压头为（wéi）2.5m，铁液从浇（jiāo）口杯进（jìn）入浇（jiāo）注系统（tǒng）后，直（zhí）接由内（nèi）浇道底返进（jìn）入底（dǐ）法兰，进流（liú）速度大，约0.7m/s，进入型腔的铁（tiě）液（yè）紊流严重，且严重卷气，因此铸件（jiàn）表面出现大量的渣，造成该（gāi）产品的废品率超过10%。

（3）由于含硫量过高，使（shǐ）金属（shǔ）液含有（yǒu）大量硫化物（wù），浇注后在铸件内部（bù）形（xíng）成渣。

（4）金属液中各组（zǔ）元（碳、锰、硫、硅、铝、钛）之间或这（zhè）些组元与氮（dàn）、氧之间发生（shēng）化学反应，其氧化物与炉衬（chèn）、包衬、砂型（xíng）壁或（huò）涂料之间发生（shēng）界面反应（yīng）形成夹（jiá）渣。

3.改进（jìn）方案

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

（2）提高（gāo）铁液出炉温度和球化处理（lǐ）温度，对浇包进行充分烘烤（kǎo）。

（3）金属（shǔ）液在浇（jiāo）包内应静置（zhì）一段时间，以（yǐ）利于渣上浮。

（4）降低原铁液含硫量（liàng），在保证球化前提下，尽可能减（jiǎn）少球墨铸（zhù）铁的残留（liú）镁含（hán）量。

（5）浇注系统改进。为保（bǎo）证铁液在充填型腔的过程中平稳、流畅，按大孔出流理（lǐ）论对浇注系统进（jìn）行了改（gǎi）进，如图3所示。采用开放式浇（jiāo）注（zhù）系统，通过增（zēng）大进流截面降低进流（liú）速度（dù）。铸件（jiàn）整体分散进流（liú），快速充（chōng）型，保证浇口杯、直浇（jiāo）道及（jí）时充满。

图3 改进后的浇注系统

该（gāi）铸件（jiàn）重4500kg，浇注重量6000kg，根据相关公式计算的浇注时间（jiān）为60s，阻流截面积为52cm2，即设计的开放式浇注系统的直（zhí）浇（jiāo）道（dào）截面积为52cm2。按照标准的陶瓷管，则选择φ80mm的（de）陶瓷管，截面（miàn）积是50.24cm2，按照推荐的浇注系统比例，设计的横浇道截面形状是矩形（9cm×6cm），则（zé）面积是108cm2，内浇道是13道φ35mm的陶瓷管，截（jié）面积是（shì）125cm2，则zui终的（de）截（jié）面比（bǐ）是F直：F横：F内=1∶2.15∶2.49。

根据上（shàng）面计（jì）算（suàn）的（de）参数计算得进（jìn）流速度为（wéi）0.28m/s，进流速度降低很多，是原工艺进流（liú）速度（dù）的40%。充型平稳，避免紊流，大大（dà）降（jiàng）低了铁液二次氧化的机会，从而可以（yǐ）减少（shǎo）夹渣缺陷。

4.改进后验证

采用（yòng）以上措施连（lián）续（xù）生产15件，铸（zhù）件（jiàn）没有再出现法（fǎ）兰和轴承（chéng）上表面部位夹渣缺陷，改进有效。类似的方法在其他产品（pǐn）上运用，也有明显（xiǎn）效果。

5.结语

大型球墨铸（zhù）铁件（jiàn）易于在浇注位置上表面以及铁液流（liú）动的（de）一些死角区域产生夹渣（zhā）缺（quē）陷（xiàn），这些（xiē）缺陷可（kě）以（yǐ）通过熔炼（liàn）控制（zhì）和（hé）浇注系统的改进来解决。浇注系统（tǒng）形式以及参（cān）数选择应能（néng）保（bǎo）证铁（tiě）液平稳充型，为此浇注系（xì）统各组成部分（fèn）面积、浇注时间需按照内浇道低速进流（liú）、铸件（jiàn）整（zhěng）体快速充满的原则来计算。