淺談球墨鑄鐵皮下氣孔形成機(jī)理及防治方法

【摘要】 球墨鑄鐵是一種高強(qiáng)度鑄鐵材料，其綜合性能接近于鋼，某些條件下能滿足制造有一定強(qiáng)度、韌性、耐磨性及受力復(fù)雜要求的零件。當(dāng)然球墨鑄鐵件在生產(chǎn)中也存在著諸如球化不良和球化衰退、縮孔和縮松、皮下氣孔等缺陷。皮下氣孔影響鑄件的表面質(zhì)量，并且在出現(xiàn)皮下氣孔的部位，往往伴隨有片狀石墨，因而惡化了改部分的力學(xué)性能，嚴(yán)重的皮下氣孔會(huì)使鑄件報(bào)廢。

【關(guān)鍵詞】 球墨鑄鐵 皮下氣孔 形成機(jī)理 防治措施

鑄鐵是含碳量大于2.11%的鐵碳合金，經(jīng)過(guò)高溫熔融和鑄造成型而得到，石墨呈球狀時(shí)的鑄鐵就叫球墨鑄鐵。球墨鑄鐵是一種高強(qiáng)度鑄鐵材料，其綜合性能接近于鋼，某些條件下能滿足制造有一定強(qiáng)度、韌性、耐磨性及受力復(fù)雜要求的零件。皮下氣孔影響鑄件的表面質(zhì)量，并且在出現(xiàn)皮下氣孔的部位，往往伴隨有片狀石墨，因而惡化了改部分的力學(xué)性能，嚴(yán)重的皮下氣孔會(huì)使鑄件報(bào)廢，下面就皮下氣孔缺陷進(jìn)行探討。一般對(duì)于中等壁厚度的球墨鑄鐵件來(lái)講，容易出現(xiàn)皮下氣孔的壁厚范圍主要是在8～15mm，

一、目視特征

皮下氣孔大多數(shù)情況下是由多個(gè)直徑為1～3mm的小氣孔，成串橫列于鑄件表面以下1～3mm處。氣孔內(nèi)壁光滑，呈均勻分布在鑄件上表面或遠(yuǎn)離內(nèi)澆道的部位，但在鑄件側(cè)面和底部也偶爾存在。一般為圓球形、團(tuán)球形、淚滴形、長(zhǎng)針形。在鑄態(tài)時(shí)，皮下氣孔不易被發(fā)現(xiàn)；但是，鑄件經(jīng)熱處理后，或是經(jīng)機(jī)械加工后則顯露。

二、形成機(jī)理

球墨鑄鐵鐵液澆入濕型后，金屬與鑄型界面的水氣會(huì)被Fe、Al、Mg還原，產(chǎn)生原子態(tài)的氫（H）。

2Al+3H2O→Al2O3+6H↑

Mg+H2O→MgO+2H↑

界面的鐵液層富氫，凝固時(shí)可以形成氫氣核，繼而長(zhǎng)大形成氫氣泡由于氫是從被包封的液態(tài)中析出，所以最后形成的氣孔呈球形或者淚滴形。由于中等壁厚的球墨鑄鐵件使界面的化學(xué)反應(yīng)速度、界面鐵液層氫氣核形成、長(zhǎng)大速度及凝固速度易于匹配，再加上球墨鑄鐵中的Mg能使界面水氣強(qiáng)烈的被還原，因此球墨鑄鐵產(chǎn)生皮下氣孔的傾向較大。

三、防治措施

3.1控制鐵液質(zhì)量

1、殘留鋁量 濕型球墨鑄鐵件的危險(xiǎn)殘留鋁量為0.03%～0.05%，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)皮下氣孔，小于0.03%時(shí)，一般不會(huì)出現(xiàn)。在不影響金相組織的前提下，澆注前添加0.2%以上的鋁，就可以消除皮下氣孔。但是鑄鐵中的鋁主要來(lái)自孕育劑，濕型孕育的球墨鑄鐵件，在鐵液中加入過(guò)多的硅鐵孕育劑時(shí)，則是鑄件產(chǎn)生皮下氣孔的原因之一。2、殘留鈦量 鑄鐵中殘留鋁和殘留鈦都有時(shí)，過(guò)量的殘留鈦會(huì)使鑄鐵產(chǎn)生嚴(yán)重的皮下氣孔。球墨鑄鐵件殘留鋁量小于0.03%時(shí)，一般不出現(xiàn)皮下氣孔，若此時(shí)殘留鈦含量超過(guò)0.01%時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生皮下氣孔。鈦鋁共同作用下，加劇界面水氣還原，使得界面鐵液含氫量更高，更易形成皮下氣孔。殘留鈦主要來(lái)自熔煉爐料生鐵錠，應(yīng)注意生鐵錠的含鈦量，含鈦量高的與低的搭配使用，控制鈦量。3、錳、硫 對(duì)于濕型球墨鑄鐵件，從防止皮下氣孔的角度來(lái)講，硫元素是有害元素。當(dāng)硫元素含量超過(guò)0.094%時(shí)容易產(chǎn)生皮下氣孔，硫含量越高，出現(xiàn)缺陷的情況越嚴(yán)重。除此之外，產(chǎn)生的H2S可能會(huì)使缺陷更加嚴(yán)重。球化處理之后產(chǎn)生的氧化物、硫化物渣，清理干凈。否則產(chǎn)生在界面處產(chǎn)生H2S氣體也會(huì)形成皮下氣孔，這種皮下氣孔周圍的石墨球化不良。4、添加稀土元素 加入稀土元素能夠脫氧、脫硫，提高鑄鐵液態(tài)的表面張力，能夠有效的防止皮下氣孔的產(chǎn)生。球墨鑄鐵一般用稀土鎂硅鐵合金做球化劑，澆注前鐵液中加碲（Te）0.002%（20ppm），加入量很少就可以起到明顯的效果。5、澆注溫度 為防止球墨鑄鐵件產(chǎn)生皮下氣孔，選擇正確的澆注溫度，避免落入危險(xiǎn)的澆注溫度范圍。6、控制鐵液原始含氫量 實(shí)踐證明當(dāng)鐵液含氫量到4～5ppm，此時(shí)易產(chǎn)生皮下氣孔，一般原始鐵液含氫量控制在2～2.5ppm以下，開(kāi)爐后1.5～3.5小時(shí)內(nèi)，含氫量較高不適宜澆注。

3.2鑄型因素的控制

1、濕型型砂的水分、死粘土和附加物 水分應(yīng)少于5%，當(dāng)水分從4.5%到6.5%時(shí)，球墨鑄鐵的皮下氣孔出現(xiàn)的幾率會(huì)增加7～10倍。在砂型中添加煤粉（4%～6%）、赤鐵礦粉（2%）、二氟化銨（2%～2.5%）等各種附加物都有利于防止皮下氣孔。2、流水線生產(chǎn)時(shí)，對(duì)于皮下氣孔非常敏感的的球墨鑄鐵，不能用冒熱氣溫度超過(guò)35℃的熱砂造型，否則極易在鑄件過(guò)熱部位出現(xiàn)皮下氣孔，不解決熱型砂造型問(wèn)題，其他防治措施的效果不理想。因此在砂處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)上舊砂回用的砂冷卻裝置，容量足夠的貯砂斗等設(shè)備設(shè)施，工藝上定時(shí)添加新砂及合理的濕型型砂壁厚度等，保證生產(chǎn)制造時(shí)不出現(xiàn)熱型砂造型的問(wèn)題。3、型腔表面抖敷熔劑粉 常用的熔劑粉是冰晶石粉或者氟化鈉粉，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，抖敷的氟化鈉粉的同不抖敷的相比較，可使球墨鑄鐵皮下氣孔產(chǎn)生的缺陷由25%降至5%，有利的減少皮下氣孔。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]郝石堅(jiān)，宋緒丁. 《球墨鑄鐵》. 化學(xué)工業(yè)出版社， 2015.2.1

[2]吳德海 .《灰鑄鐵球墨鑄鐵及其熔煉》.中國(guó)水利水電出版社， 2006.3.1

[3]小林俊郎 野口. 《球墨鑄鐵的強(qiáng)度評(píng)價(jià)》. 東北大學(xué)出版社 ，2002.1.1