球墨铸铁（NodularCastIron）是一种具有（yǒu）优良力学性能的金（jīn）属（shǔ）材料，通过在铁液中加入球化剂（jì）和孕育剂，让石墨呈球状形核并长大而获得（dé）。20世纪40年代，现代球墨铸铁由（yóu）美（měi）国国际（jì）锡公司(INCO)青年科研人（rén）员K.D.Millis首（shǒu）先研（yán）究成功。球墨铸铁在力学性能、物理性能、工艺性能、使用性能上具有（yǒu）独（dú）特的优（yōu）势，生产工艺简单，成本（běn）低廉（lián），在机械（xiè）、冶金、矿（kuàng）山、纺织、汽车及船（chuán）舶等（děng）领域应（yīng）用广泛（fàn）。

生（shēng）产球墨（mò）铸铁时夹渣是zui常见（jiàn）的缺陷，其（qí）多出现在（zài）铸件（jiàn）浇注位（wèi）置的（de）上（shàng）平面或型芯上（shàng）表（biǎo）面部（bù）位。夹渣（zhā）缺陷严重影响铸件的力学性能，特别是（shì）韧性和屈服（fú）强度，导致承压部位发生渗漏。

笔（bǐ）者所在单（dān）位生产的一种发电设备铸件前期经（jīng）常出（chū）现铸件夹渣缺陷（xiàn）而报（bào）废，针对（duì）此缺（quē）陷进（jìn）行了改进（jìn）。

1.原工艺及缺陷状况

铸件重量为（wéi）4500kg，材（cái）料为（wéi）QT400-18，呋喃树脂（zhī）自（zì）硬（yìng）砂造型。采用15t/h工（gōng）频电炉熔炼（liàn），化学成（chéng）分为：wC＝3.5%~3.7%，wS＝2.2%~2.7%，wMn＝0.3%~0.47%，wP≤0.06%，wS≤0.2%，浇注温度为1350~1380℃。浇注系统采用半封（fēng）闭式（shì）、横浇道在（zài）分（fèn）型面的环形底注工艺，内浇道为4道φ35mm的陶瓷管，直浇道为φ80mm，横（héng）浇道截面（miàn）为（wéi）：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（rú）图1所示。这样设计出来的铸件缺陷主（zhǔ）要为夹渣（zhā），位置（zhì）在法（fǎ）兰（lán）背面和轴承上表面，形状不（bú）规（guī）则，无金属光泽，用渗透液或磁（cí）粉检测，有时用肉眼即可发现（xiàn），如图（tú）2所（suǒ）示。

图1 工（gōng）艺方案

图（tú）2 夹渣缺陷分布

2.缺陷原因分析

（1）熔炼或球（qiú）化（huà）处理后，加入的熔剂和形成的熔（róng）渣在（zài）浇注时随金（jīn）属液一起注入型腔（qiāng）。

（2）金属液在浇注过程中（zhōng）镁、稀土、硅、锰、铁等二次氧化，产生的金属氧化物和硫（liú）化物、游（yóu）离石墨（mò）等上浮到铸件（jiàn）上（shàng）表面或滞（zhì）留在铸件内的死角和砂芯下表面（miàn）等处。

原工艺该铸件（jiàn）的浇注压头为（wéi）2.5m，铁（tiě）液从浇口杯进入浇（jiāo）注系统后，直接由内浇道（dào）底（dǐ）返进入底（dǐ）法（fǎ）兰，进（jìn）流速度大，约0.7m/s，进入（rù）型腔的铁液紊流严重，且严重（chóng）卷气，因此（cǐ）铸（zhù）件表面出现大量的渣（zhā），造成（chéng）该产品（pǐn）的废品率（lǜ）超过10%。

（3）由于（yú）含硫量（liàng）过高，使金属液（yè）含有大量（liàng）硫化（huà）物，浇注后在铸件（jiàn）内部形成（chéng）渣。

（4）金属液中各组元（碳（tàn）、锰、硫、硅、铝、钛）之间或这些组元与氮（dàn）、氧之间发（fā）生化学反应，其氧化物与（yǔ）炉衬（chèn）、包衬（chèn）、砂型壁（bì）或涂料之间发生界面反应形成夹渣。

3.改进（jìn）方案

（1）熔炼时对原材料进行分拣，保证干燥、清洁、无（wú）锈蚀（shí）。

（2）提高（gāo）铁液出炉温（wēn）度和球化处理温（wēn）度，对浇包（bāo）进行充分烘烤（kǎo）。

（3）金（jīn）属（shǔ）液在浇（jiāo）包内应静置（zhì）一段时（shí）间，以利（lì）于渣上浮。

（4）降低原铁液（yè）含硫量（liàng），在保（bǎo）证球化（huà）前提下，尽可（kě）能减少球墨（mò）铸（zhù）铁的（de）残（cán）留（liú）镁含量。

（5）浇注系统改进。为保证铁液在充填型（xíng）腔的过程中平稳（wěn）、流畅，按大孔（kǒng）出流理论对（duì）浇注（zhù）系统进行了（le）改进，如（rú）图3所示。采用开放式浇注系统，通（tōng）过增（zēng）大（dà）进（jìn）流截面（miàn）降低进流速度。铸件整（zhěng）体分（fèn）散进流，快速充型，保（bǎo）证浇口杯、直浇（jiāo）道（dào）及时充满。

图（tú）3 改进后的浇注系统

该铸件（jiàn）重4500kg，浇注重量6000kg，根据相关公式计算（suàn）的浇注时间为60s，阻流截面积为52cm2，即设计的（de）开放（fàng）式浇（jiāo）注系（xì）统（tǒng）的直（zhí）浇道截面积为52cm2。按（àn）照（zhào）标准的陶（táo）瓷管，则选（xuǎn）择φ80mm的陶瓷管，截面积是50.24cm2，按（àn）照（zhào）推荐的浇注系（xì）统比（bǐ）例（lì），设（shè）计的横浇道截面形状是（shì）矩（jǔ）形（9cm×6cm），则面积是（shì）108cm2，内浇道是13道φ35mm的陶瓷管，截面积是125cm2，则（zé）zui终的（de）截面比是F直：F横：F内=1∶2.15∶2.49。

根据上面（miàn）计算（suàn）的参数计算得进流速度为（wéi）0.28m/s，进流速度降低很多，是（shì）原工（gōng）艺进流速度的40%。充型平稳（wěn），避免紊流，大（dà）大（dà）降低（dī）了铁液二（èr）次（cì）氧化的（de）机（jī）会，从（cóng）而可以减少夹渣缺陷。

4.改（gǎi）进后（hòu）验（yàn）证（zhèng）

采用以（yǐ）上措施连续生产15件，铸（zhù）件没有再出（chū）现法兰和轴承上表面（miàn）部位（wèi）夹（jiá）渣缺陷，改（gǎi）进有效。类似的方法在其（qí）他（tā）产品上运用（yòng），也有明显效果。

5.结语

大（dà）型球墨（mò）铸铁件易于在浇注位（wèi）置上表面以（yǐ）及铁液（yè）流动的一（yī）些死角（jiǎo）区域产生夹渣缺陷，这些（xiē）缺陷可（kě）以通（tōng）过熔（róng）炼（liàn）控（kòng）制和浇注系（xì）统的（de）改进来（lái）解决。浇注系统形式以及参数选择（zé）应能保（bǎo）证铁液平稳充型，为此浇注系（xì）统各组成部（bù）分面积（jī）、浇注时间需按照内浇（jiāo）道低速进流、铸件（jiàn）整体快速充满的（de）原则来计算。