球墨铸铁（NodularCastIron）是（shì）一（yī）种具（jù）有（yǒu）优（yōu）良力（lì）学性能的（de）金属材料，通过在铁液中加入球（qiú）化剂和孕（yùn）育剂（jì），让石墨呈球状形核并长大而获得。20世纪40年（nián）代，现代球墨（mò）铸铁由美国国际锡公司(INCO)青年（nián）科研人员K.D.Millis首先研究成功。球（qiú）墨铸铁在（zài）力学（xué）性（xìng）能、物理性（xìng）能、工（gōng）艺性能、使（shǐ）用性能（néng）上具有独特的（de）优势，生产工艺简（jiǎn）单，成本低廉，在机械、冶金、矿（kuàng）山、纺（fǎng）织、汽车（chē）及（jí）船舶等领域应用（yòng）广泛。

生（shēng）产球墨铸铁时夹（jiá）渣是zui常见的（de）缺（quē）陷，其（qí）多（duō）出现在铸件浇注位置的上平面或型（xíng）芯上表面部位（wèi）。夹渣缺陷严重影响铸件的力学（xué）性能（néng），特别是（shì）韧性和屈服（fú）强度，导致（zhì）承压（yā）部位发生（shēng）渗漏。

笔（bǐ）者所在单位生产的（de）一种发（fā）电（diàn）设备铸件前（qián）期经常出现铸件夹（jiá）渣（zhā）缺陷而报废，针对此缺陷（xiàn）进行了（le）改进。

1.原工艺及缺陷状况

铸件重量为（wéi）4500kg，材料为QT400-18，呋（fū）喃（nán）树脂自硬砂造型。采用15t/h工频电炉熔炼，化学成分为：wC＝3.5%~3.7%，wS＝2.2%~2.7%，wMn＝0.3%~0.47%，wP≤0.06%，wS≤0.2%，浇注温（wēn）度为1350~1380℃。浇注系统采用（yòng）半（bàn）封闭式、横浇道（dào）在分型面的环（huán）形底注工艺，内浇（jiāo）道为4道φ35mm的陶（táo）瓷管，直（zhí）浇道为φ80mm，横浇道（dào）截（jié）面为（wéi）：70/80mm×100mm，截面比为：F直（zhí）：F横：F内=1∶2.99∶0.77，工艺方案如图1所（suǒ）示（shì）。这样设计出来的（de）铸件缺陷（xiàn）主要为夹渣，位置在法（fǎ）兰背面（miàn）和轴承上表面，形（xíng）状不（bú）规则，无金属光泽，用（yòng）渗透液或磁（cí）粉检测，有时（shí）用肉（ròu）眼即可发现，如（rú）图2所示。

图1 工（gōng）艺方案（àn）

图2 夹渣缺陷分布

2.缺陷（xiàn）原因分析

（1）熔炼或球化处理后，加入的熔剂和形成的（de）熔渣在（zài）浇注（zhù）时随金属液一起注入型腔。

（2）金属液在浇注过程中镁、稀土、硅、锰、铁等（děng）二次氧（yǎng）化，产生（shēng）的金属氧（yǎng）化物和（hé）硫化物、游离石墨（mò）等上（shàng）浮（fú）到铸件上（shàng）表（biǎo）面（miàn）或滞留在铸（zhù）件内的死角和砂芯下表面等处。

原工艺该铸件的（de）浇注压头为2.5m，铁液从浇口杯进入浇（jiāo）注系统后，直接由内浇道底返（fǎn）进入底法兰，进流速度大，约0.7m/s，进入型腔的（de）铁液紊流（liú）严重（chóng），且严（yán）重卷气，因此铸件表面出现大量的渣，造（zào）成该（gāi）产品（pǐn）的（de）废品率超过（guò）10%。

（3）由于含硫（liú）量过高，使金属液含有大量硫化物，浇注后在（zài）铸件内部形成渣（zhā）。

（4）金（jīn）属液中各组元（yuán）（碳（tàn）、锰、硫、硅、铝、钛（tài））之（zhī）间或这些组元与（yǔ）氮、氧之间发生（shēng）化学反应，其氧化物与炉衬、包衬、砂型壁（bì）或涂料之间发生界面反应形成（chéng）夹（jiá）渣。

3.改（gǎi）进（jìn）方案（àn）

（1）熔炼时对原材料进行分拣，保证干燥、清洁（jié）、无锈蚀。

（2）提高（gāo）铁液出（chū）炉温（wēn）度和球化处理温度（dù），对浇包进行充分烘烤。

（3）金属液（yè）在浇包内应（yīng）静（jìng）置一段时间，以利于（yú）渣上浮。

（4）降（jiàng）低原铁（tiě）液含（hán）硫量，在保证球化前提下，尽可能减少（shǎo）球墨铸铁（tiě）的残留镁（měi）含量（liàng）。

（5）浇注系（xì）统改（gǎi）进。为保证（zhèng）铁液在充填型（xíng）腔的过程中平稳、流畅，按大孔（kǒng）出流理论对浇注系统进行了改（gǎi）进（jìn），如（rú）图3所（suǒ）示。采用开放式浇注系统，通过增大进流（liú）截面降低进流速度。铸件（jiàn）整体分散（sàn）进流，快速充型，保证浇口杯（bēi）、直浇（jiāo）道及（jí）时（shí）充（chōng）满。

图3 改（gǎi）进后的浇注（zhù）系统

该铸件（jiàn）重4500kg，浇注（zhù）重量6000kg，根据（jù）相关公（gōng）式（shì）计（jì）算的浇注时（shí）间为60s，阻流截面积为52cm2，即设计（jì）的开（kāi）放（fàng）式浇（jiāo）注系统的直浇道截面积为52cm2。按照标准的陶瓷（cí）管，则选择φ80mm的陶瓷管，截面积是50.24cm2，按（àn）照推荐的浇注系统比例，设（shè）计的横浇道（dào）截面形状是矩（jǔ）形（9cm×6cm），则面积是108cm2，内浇（jiāo）道是13道φ35mm的陶（táo）瓷管，截面（miàn）积是（shì）125cm2，则（zé）zui终的（de）截面比是F直：F横：F内=1∶2.15∶2.49。

根据（jù）上面计算的（de）参数（shù）计算得进流（liú）速度（dù）为0.28m/s，进流速度降低很（hěn）多，是原（yuán）工（gōng）艺（yì）进流速度的40%。充型平稳，避免紊流，大大降低了（le）铁液二（èr）次氧化的（de）机会（huì），从而可以减少夹（jiá）渣缺陷。

4.改进（jìn）后验证（zhèng）

采用以上（shàng）措施连（lián）续生产15件，铸件没有再出现法兰和（hé）轴承上表（biǎo）面部位夹渣缺陷，改（gǎi）进有效。类似的方法在其他（tā）产品上运用，也（yě）有明显效果。

5.结语

大型球墨铸铁件（jiàn）易于（yú）在（zài）浇（jiāo）注（zhù）位置上表（biǎo）面以及（jí）铁（tiě）液流动（dòng）的一些死（sǐ）角区域（yù）产生夹渣缺陷，这些缺陷可以（yǐ）通过熔炼控制和浇注（zhù）系统的改进来（lái）解（jiě）决（jué）。浇注系统形式以及参数选（xuǎn）择应能保证铁液平稳（wěn）充（chōng）型，为此（cǐ）浇注系（xì）统各组成部分（fèn）面积、浇注（zhù）时间需按照内浇道低（dī）速进流、铸件整体（tǐ）快（kuài）速充满的原则来计（jì）算。