表2.1-15抗磨白口鑄鐵牌號及化學(xué)成分(摘自GB/T8263-1999)

表2.1-16抗磨白口鑄鐵力學(xué)性能及應(yīng)用舉例(摘自GB/T8263-1999)

注：

1.牌號中的"DT"和" GT"，分別為“低碳”和“高碳”的拼音字母的首位字母，表示含碳全的高低。

2.鑄鐵的熱處理規(guī)范和金相組織，參見GB/T8263-1999。

3.鑄件在清理鑄件或處理鑄件缺陷過程中，不能采用火焰切割、電弧切割、電焊切割和補(bǔ)焊。

球鐵件除了會產(chǎn)生一般的鑄造不良外，還會發(fā)生一些特有的不良缺陷，如縮松、夾渣、皮下氣孔、球化不良及衰退等。為了降低這些不良，必須對其進(jìn)行分析，總結(jié)出各種影響因素，提出防止措施，才能有效降低缺陷的產(chǎn)生，提高鑄件的力學(xué)性能及生產(chǎn)效益。本篇將主要講解如何防止這些常見缺陷：縮孔、縮松、夾渣、皮下氣孔、石墨漂浮、球化不良及球化衰退。

      一、縮孔、縮松

      1、影響因素

      （1）碳當(dāng)量：提高碳量，增大了石墨化膨脹，可減少縮孔縮松。此外，提高碳當(dāng)量還可提高球鐵的流動性，有利于補(bǔ)縮。生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鑄件的經(jīng)驗公式為C%+1/7Si%>3 9%。但提高碳當(dāng)量時，不應(yīng)使鑄件產(chǎn)生石墨漂浮等其他缺陷。

      （2）磷：鐵液中含磷量偏高，使凝固范圍擴(kuò)大，同時低熔點(diǎn)磷共晶在凝固時得不到補(bǔ)給，以及使鑄件外殼變?nèi)?，因此有增大縮孔、縮松產(chǎn)生的傾向。一般工廠控制含磷量小于0.08%。

      （3）稀土和鎂：稀土殘余量過高會惡化石墨形狀，降低球化率，因此稀土含量不宜太高。而鎂又是一個強(qiáng)烈穩(wěn)定碳化物的元素，阻礙石墨化。由此可見，殘余鎂量及殘余稀土量會增加球鐵的白口傾向，使石墨膨脹減小，故當(dāng)它們的含量較高時，亦會增加縮孔、縮松傾向。

      （4）壁厚：當(dāng)鑄件表面形成硬殼以后，內(nèi)部的金屬液溫度越高，液態(tài)收縮就越大，則縮孔、縮松的容積不僅增加，其相對值也增加。另外，若壁厚變化太突然，孤立的厚斷面得不到補(bǔ)縮，使產(chǎn)生縮孔縮松傾向增大。

      （5）溫度：澆注溫度高，有利于補(bǔ)縮，但太高會增加液態(tài)收縮量，對縮孔、縮松不利，所以應(yīng)根據(jù)具體情況合理選擇澆注溫度，一般以1300～1350℃為宜。

      （6）砂型的緊實度：若砂型的緊實度太低或不均勻，以致澆注后在金屬靜壓力或膨脹力的作用下，產(chǎn)生型腔擴(kuò)大的現(xiàn)象，致使原來的金屬不夠補(bǔ)縮而導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松。

      （7）澆冒口及冷鐵：若澆注系統(tǒng)、冒口和冷鐵設(shè)置不當(dāng)，不能金屬液順序凝固；另外，冒口的數(shù)量、大小以及與鑄件的連接當(dāng)否，將影響冒口的補(bǔ)縮效果。

      2、防止措施

      （1）控制鐵液成分：保持較高的碳當(dāng)量（>3.9%）；盡量降低磷含量（<0.08%）；降低殘留鎂量（<0.07%）；采用稀土鎂合金來處理，稀土氧化物殘余量控制在0.02%～0.04%。

      （2）工藝設(shè)計要確保鑄件在凝固中能從冒口不斷地補(bǔ)充高溫金屬液，冒口的尺寸和數(shù)量要適當(dāng)，力求做到順序凝固。

      （3）必要時采用冷鐵與補(bǔ)貼來改變鑄件的溫度分布，以利于順序凝固。

      （4）澆注溫度應(yīng)在1300～1350℃，一包鐵液的澆注時間不應(yīng)超過25min，以免產(chǎn)生球化衰退。

      （5）提高砂型的緊實度，一般不低于90；撞砂均勻，含水率不宜過高，鑄型有足夠的剛度。

      二、夾渣

      1、影響因素

      （1）硅：硅的氧化物也是夾渣的主要組成部分，因此盡可能降低含硅量。

      （2）硫：鐵液中的硫化物是球鐵件形成夾渣缺陷的主要原因之一。硫化物的熔點(diǎn)比鐵液熔點(diǎn)低，在鐵液凝固過程中，硫化物將從鐵液中析出，增大了鐵液的粘度，使鐵液中的熔渣或金屬氧化物等不易上浮。因而鐵液中硫含量太高時，鑄件易產(chǎn)生夾渣。球墨鑄鐵原鐵液含硫量應(yīng)控制在0.06%以下，當(dāng)它在0.09%～0.135%時，鑄鐵夾渣缺陷會急劇增加。

      （3）稀土和鎂：近年來研究認(rèn)為夾渣主要是由于鎂、稀土等元素氧化而致，因此殘余鎂和稀土不應(yīng)太高。

      （4）澆注溫度：澆注溫度太低時，金屬液內(nèi)的金屬氧化物等因金屬液的粘度太高，不易上浮至表面而殘留在金屬液內(nèi)； 溫度太高時，金屬液表面的熔渣變得太稀薄，不易自液體表面去除，往往隨金屬液流入型內(nèi)。而實際生產(chǎn)中，澆注溫度太低是引起夾渣的主要原因之一。此外，澆注溫度的選取還應(yīng)考慮碳、硅含量的關(guān)系。

      （5）澆注系統(tǒng):澆注系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)合理,具有擋渣功能,使金屬液能平穩(wěn)地充填鑄型,力求避免飛濺及紊流。

      （6）型砂：若型砂表面粘附有多余的砂子或涂料，它們可與金屬液中的氧化物合成熔渣，導(dǎo)致夾渣產(chǎn)生；砂型的緊實度不均勻，緊實度低的型壁表面容易被金屬液侵蝕和形成低熔點(diǎn)的化合物，導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生夾渣。

        2、防止措施

      （1）控制鐵液成分：盡量降低鐵液中的含硫量(<0.06%)，適量加入稀土合金(0.1%～0.2%)以凈化鐵液，盡可能降低含硅量和殘鎂量。

      （2）熔煉工藝：要盡量提高金屬液的出爐溫度，適宜的，以利于非金屬夾雜物的上浮、聚集。扒干凈鐵液表面的渣子，鐵液表面應(yīng)放覆蓋劑(珍珠巖、草木灰等)，防止鐵液氧化。選擇合適的澆注溫度，不低于1350℃。

      （3）澆注系統(tǒng)要使鐵液流動平穩(wěn)，應(yīng)設(shè)有集渣包和擋渣裝置(如濾渣網(wǎng)等)，避免直澆道沖砂。

      （4）鑄型緊實度應(yīng)均勻，強(qiáng)度足夠；合箱時應(yīng)吹凈鑄型中的砂子。

      三、石墨漂浮

      1、碳當(dāng)量：碳當(dāng)量過高，以致鐵液在高溫時就析出大量石墨。由于石墨的密度比鐵液小，在鎂蒸汽的帶動下，使石墨漂浮到鑄件上部。碳當(dāng)量越高，石墨漂浮現(xiàn)象越嚴(yán)重。應(yīng)當(dāng)指出，碳當(dāng)量太高是產(chǎn)生石墨漂浮的主要原因，但不是原因，鑄件大小、壁厚也是影響石墨漂浮的重要因素。

      2、硅：在碳當(dāng)量不變的條件下，適當(dāng)降低含硅量，有助于降低產(chǎn)生石墨漂浮的傾向。

      3、稀土：稀土含量過少時，碳在鐵液中的溶解度會降低，鐵液將析出大量石墨，加重石墨漂浮。

      4、球化溫度與孕育溫度：為了提高鎂及稀土元素的吸收率，國內(nèi)試驗研究表明，球化處理時最適當(dāng)?shù)蔫F液溫度是1380～1450℃。在此溫度區(qū)間，隨著溫度升高，鎂和稀土的吸收率增加。

      5、澆注溫度：一般情況下，澆注溫度越高，出現(xiàn)石墨漂浮的傾向越大，這是因為鑄件長時間處于液態(tài)有利于石墨的析出。A.P.Druschitz與Ｗ.Ｗ.Ｃhaput,若縮短凝固時間，隨著澆注溫度升高，石墨漂浮傾向降低。

      6、滯留時間：孕育處理后至澆注完畢之間的停留時間太長，為石墨的析出提供了條件，一般這段時間應(yīng)控制在10min以內(nèi)。

鑄造涂料一般是由耐火骨料、粘結(jié)劑、懸浮劑、分散介質(zhì)等組成的。商品涂料從配制到使用需經(jīng)過較長時間，在此期間涂料均會發(fā)生沉淀現(xiàn)象，但好的砂型涂料在保質(zhì)期內(nèi)儲存不會結(jié)塊，沉降后在使用時也易于分散。因此，涂料在使用前應(yīng)經(jīng)過充分?jǐn)嚢?，一般宜采用低速攪拌，并避免在攪拌中卷入氣體從而影響涂層質(zhì)量。涂料攪拌好后應(yīng)根據(jù)具體情況對下述指標(biāo)進(jìn)行檢控。

      （1）密度 密度大小反映涂料中固體物質(zhì)含量的多少，并與每次涂刷時能形成的涂層厚度有直接關(guān)系。經(jīng)試驗比較，認(rèn)為醇基鋯英粉涂料的密度應(yīng)控制在2.0～2.3g/cm3；水基鋯英粉涂料的密度應(yīng)控制在2.1～2.3g/cm3。

（2）粘度 涂料粘度體現(xiàn)了涂料液體分子及固體顆粒阻礙涂料相對流動的程度。一般使用Φ6mm粘度杯進(jìn)行涂料的條件粘度（用流出時間s表示）檢測。經(jīng)試驗比較，認(rèn)為采用手工涂刷時涂料的條件粘度應(yīng)不低于25s為宜。

（3）懸浮性 涂料的懸浮性代表涂料抵抗固體耐火骨料分層和沉淀的能力，一般采用量筒法來判斷涂料的懸浮性。經(jīng)試驗比較，認(rèn)為醇基鋯英粉涂料的懸浮性應(yīng)＞92%（24h）；水基鋯英粉涂料的懸浮性應(yīng)＞96%（24h）。

3、涂料的涂刷

      （1）涂層厚度控制 涂層厚度是進(jìn)行涂料涂刷操作時必須控制的關(guān)鍵參數(shù)。在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)涂層過薄時，澆注的鑄鋼件表面上無涂層粘附，鑄件表面也可能無粘砂現(xiàn)象，但鑄件表面粗糙，此時處于臨界厚度，在涂層厚度合適時澆注的鑄鋼件表面有一定厚度的殘余涂層存在，鑄件表面光滑、美觀。

根據(jù)試驗比較，合適的涂層厚度應(yīng)根據(jù)鑄件大小、壁厚、鑄件具體部位來確定。一般薄壁鑄件控制在0.5～0.8mm；中型鑄件控制在0.8～1.2mm；厚大及大型鑄件控制在1.2～2.0mm；其中鑄件圓弧R部位、圓角部位、冒口根部位按上限控制。對涂層厚度的檢測，可采用局部劃切法和測厚法，前者更便于實際生產(chǎn)中操作使用。

（2）涂刷 涂料的刷涂性直接影響到涂料好不好使用，一般通過操作者的感受來綜合評價，認(rèn)為具有優(yōu)良涂刷性的涂料應(yīng)具有良好的流平性和抗流淌性。從膠體理論角度來看，涂料要具備上述良好的涂刷性，就必須具有良好的觸變性，即：涂料在靜止過程中具有較高的粘度，但在攪拌過程中能迅速變?。ㄕ扯冉档停?，在去除外力后又能迅速地恢復(fù)原來的結(jié)構(gòu)。要獲得表面光滑、平整、隨型的型芯表面涂層，不僅要求所使用涂料具有良好的涂刷性，而且操作者還應(yīng)正確地使用涂料。

在采用手工涂刷時，應(yīng)重點(diǎn)控制：①涂層厚度要均勻、表面光滑平整、無刷痕和流淌痕跡、無涂料堆積，在涂刷完一遍后才能進(jìn)行第二遍涂刷直至所需涂層厚度。②水基涂料：每次涂刷后自然干燥2～4h再刷下一遍涂料。③醇基涂料：每涂刷一定面積后要及時點(diǎn)燃以干燥已刷涂層，并注意安全以防止人員意外。