對球墨鑄鐵反白口缺陷的再認(rèn)識

陳樹平

（丹陽中核蘇閥蝶閥有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

對球鐵鑄件的質(zhì)量要求為：球鐵鑄件內(nèi)部和鑄件外部無縮孔，無縮松，無夾渣，無砂孔，無氣孔，鑄件本體各部位的強度，硬度，基體組織趨向一致，機加工性能良好。

目前在鑄造行業(yè)中，存在著對球鐵鑄件本體健全性能不重視的狀況；只注重試樣的性能，往往忽視了球鐵鑄件本體的綜合性能。有些工廠簡單的認(rèn)為：球鐵的試塊樣件合格了，相關(guān)的鑄件產(chǎn)品就認(rèn)定為合格了?；蛘哒J(rèn)為；球鐵鑄件某部位本體輔助試樣合格了，球鐵鑄件整體的綜合性能就全部合格了。而在生產(chǎn)現(xiàn)場的實際情況卻是復(fù)雜多變的。

1 鑄件在砂箱中的位置對球化率的影響

2009年作者在廊坊某鑄造廠（做技術(shù)服務(wù)工作）時，發(fā)現(xiàn)了這樣一個新的現(xiàn)象，在為法國圣哥班公司生產(chǎn)的DN1400mm閥門的閥芯時，材質(zhì)為GGG50（1400mm，單重920 kg，壁厚50mm～140mm）.外方要求鑄件本體的金相組織中的球化率≥85%，且檢測金相的位置是在鑄件本體的下箱某部位鑄出。

當(dāng)時認(rèn)為，金相位置在下箱鑄出，下箱的鐵水冷卻速度比上箱快，較早冷卻位置的球化率要高于較晚冷卻位置的球化率，就同意了這種檢測方法。

鑄件如圖1所示，為了便于鑄件本體的金相檢驗，在鑄件的上表面預(yù)鑄出了4個凸臺，鑄件的下表面預(yù)鑄出了4個凸臺，凸臺高出鑄件本體5mm.金相檢驗時將凸臺磨平到鑄件本體表面（減輕表層對金相檢驗的影響）。

圖1 鑄件圖

檢測結(jié)果：下箱鑄件表面球化率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于上箱的球化率。針對這種現(xiàn)象又對補縮冒口根部進行了金相檢測，檢測的結(jié)果是冒口根部的球化率良好，如圖2.

基于上述現(xiàn)象，對其他球鐵鑄件產(chǎn)品也進行了本體不同部位的金相檢測，其結(jié)果同樣證實了上述現(xiàn)象的存在。

這種現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)是對過去多年認(rèn)識球鐵生產(chǎn)過程的一個修正和補充（以前的認(rèn)識是球鐵鑄件最早冷卻部位的球化率最好，而最晚冷卻的水冒口部位球化率最差）。

對此進行了實驗。在下箱鑄件的金相指定位置上加上了相應(yīng)的冷鐵，其結(jié)果是只有冷鐵處的球化率結(jié)果好于未加冷鐵的同一平面的附近位置球化率，但其球化率仍然比鑄件上表面的球化率差。

2 “現(xiàn)象”分析

通過對不同重量不同型號不同規(guī)格的閥門產(chǎn)品：如閥體，閥蓋，閥芯等其他部件進行了對比性的檢驗。同時還對非閥門產(chǎn)品的球鐵鑄件進行了同樣的對比性檢驗，其結(jié)果都證實了鑄件上表面球化率高于下表面。

這種現(xiàn)象初步分析認(rèn)為：球鐵溶液未結(jié)晶之前，含有一定數(shù)量的鎂元素和稀土元素會在鑄件整體未結(jié)晶之前而且溫度條件允許的條件下移動，從相對未結(jié)晶的溶液低溫部位向相對溫度高的空間部位運動。為了驗證分析結(jié)果，做了相應(yīng)的實驗。

首先將一部分球鐵鑄件的過熱補縮冒口件進行中心鉆孔試驗，結(jié)果是：有絕大部分冒口中心鉆不動，出現(xiàn)了硬質(zhì)點（反白口），而與其相連的鑄件在加工過程中則沒有出現(xiàn)這種情況。

圖3球鐵鑄件是依照美國材質(zhì)ASTM-A53660-45-12技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的蝶閥閥體鑄件?，F(xiàn)場中發(fā)紅的鑄件和冒口，比較清晰的反應(yīng)了鑄件的冷卻過程，鑄件在冷卻后進行機加工沒有問題，可是過熱冒口在冷卻后，其心部卻鉆不動孔，鋸開后發(fā)現(xiàn)中心有白硬點。

圖2 檢測結(jié)果

圖3 蝶閥閥體鑄件實物照片（紅色冒口）

通過現(xiàn)場檢驗對比認(rèn)為：

1）過熱冒口心部硬的狀況，符合含有一定數(shù)量的鎂元素和稀土元素，會在溫度允許的條件下，從未結(jié)晶的溶液相對溫度較低的部位向相對溫度較高的空間部位運動，當(dāng)聚集的鎂和稀土元素足以使其產(chǎn)生較多的碳化物后便出現(xiàn)了硬質(zhì)點即反白口現(xiàn)象。

2）閥門鑄件較厚部位的心部：符合含有一定數(shù)量的鎂元素和稀土元素，聚集的鎂和稀土元素的數(shù)值尚不足使其產(chǎn)生過多碳化物的情況，所以沒有出現(xiàn)硬質(zhì)點，機加工沒問題，但鑄件與冒口連接的部位的球化率較高。

3）鑄件薄壁部位：由于球鐵溶液各部位的快速冷卻快速結(jié)晶凝固，使鎂和稀土元素移動聚集的時間短，被分散結(jié)晶在鑄件的各部位，而各部位的鎂和稀土元素的數(shù)量適中，所以也不會出現(xiàn)反白口缺陷的問題，鑄件的機加工性能良好。

將圖3中過熱補縮冒口件鋸開后，觀察中間的金相結(jié)果發(fā)現(xiàn)：冒口外圍的球化率好于鑄件的其他部位，冒口中心部位有白色亮點，亮點的硬度非常高。

通過上述觀察和試驗，對球鐵鑄鐵中的反白口現(xiàn)象又多了一些假想。

1）這些反白口聚集物有可能是鎂和稀土元素聚集量過多促成的。

2）這些碳化物聚集在球墨鑄鐵最后凝固的中心部位。

3）鎂和稀土兩元素是促成碳化物產(chǎn)生的主要因素，鎂元素的作用更強。

4）鑄件本體的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，厚薄不均會使鎂元素向較厚部位偏析也是造成球墨鑄鐵產(chǎn)生反白口缺陷的一種因素。

碳化物產(chǎn)生的前期條件：

1）存在著促進碳化物生成的元素(鎂和稀土過飽和的質(zhì)量).

2）溶液結(jié)晶凝固完畢之前，具有使鎂和稀土元素可以移動的溫差條件。

3）在溶液從初次結(jié)晶至完全凝固過程中，有鎂和稀土元素移動的充分時間。

4）在溶液從初次結(jié)晶至完全凝固過程中，具備鎂和稀土元素進行過多聚集的空位條件。

參照“現(xiàn)象的存在”，結(jié)合閥門類球鐵鑄件在鑄造生產(chǎn)過程中的特點，對本公司球鐵生產(chǎn)工藝過程進行了較大改動。

由于球墨鑄鐵中的球化率與鎂元素和稀土元素的加入量有很大關(guān)系。如何在球墨鑄鐵的生產(chǎn)過程中即滿足鑄件本體的機械性能，又能在加入合金原素量的精確上保證穩(wěn)定，這確實是一件較難做到的事。

在目前的綜合生產(chǎn)條件下，對于大多數(shù)企業(yè)來講，第一要素就是球鐵鑄鐵的機械性能是不能降低的。在這一基礎(chǔ)上再考慮其他方案，用以補償生產(chǎn)過程中的不足之處。

3 結(jié) 論

在滿足材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，我們參照“現(xiàn)象的存在”和企業(yè)的實際情況，通過大量的試驗，總結(jié)出了一整套的工藝文件和操作文件，徹底地解決了多種球鐵鑄件在機加工部位出現(xiàn)的硬質(zhì)點即反白口問題。同時也徹底地解決了球鐵鑄件整體機械性能不均衡的狀況。

在每年生產(chǎn)2000t多出口歐美的閥門鑄件毛坯中，球鐵產(chǎn)量占90%?；诣F產(chǎn)量占10%的產(chǎn)品，企業(yè)的樹脂砂內(nèi)廢品率低于2%，黏土砂的內(nèi)廢品率低于4%，機加工后的外廢率低于1%.