鑄件皮下缺陷分析

成 易(貴州省機電研究設(shè)計院，貴州 貴陽 550003)

0 概述

某鑄鐵廠生產(chǎn)支架產(chǎn)品，采用球磨鑄鐵鑄件，超聲波檢測發(fā)現(xiàn)皮下有缺陷，對缺陷性質(zhì)及原因進行分析。

送檢試塊宏觀形貌見圖1所示。鋸開斷面發(fā)現(xiàn)皮下有四處氣孔。對送檢試樣切取約15 mm一段，切開面同樣觀察到皮下氣孔形態(tài)。可見氣孔為廣泛存在缺陷。

圖1 送檢試樣形貌

1 試驗分析

1.1 掃描電鏡及能譜分析

對新鋸開斷面氣孔進行掃描電鏡分析，掃描電鏡結(jié)果如圖2、圖3所示。從掃描電鏡觀測到氣孔大致有兩個類型。第一種為內(nèi)壁自由晶結(jié)晶表面，其間有疏松孔洞，見圖2(a)、圖2(b)。能譜顯示主要為Fe、O元素，見圖2(c)、圖2(d)。

圖2 第一種氣孔形貌與能譜圖

第二種為內(nèi)壁有許多凸起物型，見圖3(a)，凸起物密集分布，其空余部位為少量較平坦黑色區(qū)，見圖3(b)，凸起物呈“多層花朵式”自由生長模式，見圖3(c)。從圖3(d)可以看出平坦區(qū)主要元素為C、Mg、Fe，從圖3(e)可以看出凸起物處主要為元素C、O、Fe。

圖3 第二種氣孔形貌與能譜分析圖

1.2 金相組織分析

對試樣拋光后在顯微鏡下觀察其形貌，微觀形貌見圖4所示，發(fā)現(xiàn)氣孔大小不等，氣孔顯現(xiàn)多達十余個，均在鑄件表面皮下分布。氣孔主要為兩種，第一種為光孔，孔壁即為基體組織，見圖4(a)、圖4(e)、圖4(f)；第二種為氧化物層覆蓋的孔，氧化層厚度約20 μm，見圖4(b)、圖4(c)、圖4(d)、圖4(g)。此外，鑄件表面噴丸處理層，可見基體金屬的塑性變形，見圖4(h)。

圖4 氣孔內(nèi)壁(a～d)

試驗結(jié)果表明，氣孔為皮下氣孔。

2 討論與分析

2.1 皮下氣孔

鑄件為球墨鑄鐵件。鑄件皮下缺陷為皮下氣孔，氣孔內(nèi)壁有氧化層。皮下氣孔的產(chǎn)生可能與充型過程中鐵液表層氧化結(jié)皮有關(guān)。氧化所產(chǎn)生的氧化物成為氣泡的氣核和部分氣源，而氧化皮則使氣泡被阻留在鑄件表層，因而形成皮下氣孔。高溫鐵液要冷卻到一定溫度才會氧化結(jié)皮，結(jié)皮溫度取決于其化學(xué)成分，因而與原鐵液成分、球化劑、孕育劑的成分和加入量有關(guān)。提高澆注溫度，使鐵液溫度在充型過程中始終高于結(jié)皮溫度，是防止鐵液氧化結(jié)皮引起皮下氣孔的有效方法。

2.2 鎂元素的作用

氧化層氣孔內(nèi)壁檢測到Mg元素，鎂在球鐵中是以球化劑的形式加入的，鎂對皮下氣孔的影響是雙重性的。有利影響是，加鎂處理可以清除鐵液中的氣體，加鎂可以提高液體表面張力，使其不會產(chǎn)生氣孔。不利影響是，高溫下析出鎂蒸汽，成為皮下氣孔的氣源，增大鐵液從潮濕的澆包砂型吸收氫氣的傾向，提高鐵液結(jié)皮溫度，使鐵液容易氧化結(jié)皮，阻礙氣泡溢出。當鎂加入量過多時會促進皮下氣孔形成。

3 結(jié)論

通過對球墨鑄鐵件缺陷處掃描電鏡及能譜分析、組織分析，確定鑄件缺陷為皮下氣孔，皮下氣孔產(chǎn)生的原因系鐵液氧化結(jié)皮所致。

對生產(chǎn)廠家的建議：1) 檢查生產(chǎn)工藝是否有變動，尤其是澆注溫度及速度。適當提高澆注溫度，使鐵液溫度在充型過程中始終高于結(jié)皮溫度，是防止鐵液氧化結(jié)皮引起皮下氣孔的有效方法。2) 檢查球化劑和孕育劑成分，有效控制鐵液中鎂含量。鎂加入量過多時會促進皮下氣孔形成。