球墨铸（zhù）铁（tiě）（NodularCastIron）是（shì）一种具有（yǒu）优良力学性能（néng）的（de）金属材料，通过在（zài）铁液中加入球化剂（jì）和孕（yùn）育（yù）剂（jì），让石（shí）墨呈球（qiú）状形核并长大而获得。20世（shì）纪40年代（dài），现代球墨铸铁（tiě）由美国国际锡公（gōng）司(INCO)青年科研（yán）人员（yuán）K.D.Millis首先研究成（chéng）功。球墨铸铁在力学性能、物理性能、工艺性能（néng）、使用性（xìng）能上具有独特的（de）优（yōu）势（shì），生产工（gōng）艺简单（dān），成本低（dī）廉（lián），在（zài）机械、冶金（jīn）、矿山、纺织（zhī）、汽车及（jí）船舶等领（lǐng）域应用广泛。

生产（chǎn）球墨铸（zhù）铁时（shí）夹渣是zui常见的缺陷，其（qí）多出现在铸件浇注位置的上（shàng）平面或型芯上（shàng）表面部位（wèi）。夹渣缺陷严重（chóng）影响铸件的力学性能，特别是韧性和屈服（fú）强度，导致承压部位发（fā）生渗（shèn）漏。

笔者所在单（dān）位生产的一种发（fā）电设（shè）备铸件前期经常出现铸件夹渣缺（quē）陷而报废，针对此缺（quē）陷进行了改（gǎi）进。

1.原工艺（yì）及缺陷状况

铸件重量为4500kg，材料为（wéi）QT400-18，呋喃树脂自硬砂造型。采用15t/h工（gōng）频（pín）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%，浇注温度为1350~1380℃。浇注（zhù）系统采用（yòng）半封闭（bì）式、横浇道在分型面的环形底（dǐ）注工艺（yì），内浇（jiāo）道为4道φ35mm的陶瓷管，直浇道为φ80mm，横（héng）浇道截面（miàn）为：70/80mm×100mm，截面比（bǐ）为：F直（zhí）：F横：F内=1∶2.99∶0.77，工艺方案如图1所示。这样设计出（chū）来（lái）的铸件缺陷（xiàn）主要为夹渣，位置（zhì）在法兰（lán）背面和轴承上表（biǎo）面，形状不（bú）规则，无金（jīn）属光泽（zé），用渗透液或（huò）磁（cí）粉检测，有时用肉眼即（jí）可发现，如图2所示。

图1 工艺方案（àn）

图（tú）2 夹渣缺（quē）陷分布

2.缺陷原因分（fèn）析

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

（2）金属液（yè）在浇注（zhù）过程中镁、稀土、硅、锰、铁（tiě）等二次氧（yǎng）化（huà），产生的（de）金属氧（yǎng）化（huà）物和硫化（huà）物（wù）、游离石墨（mò）等上浮到铸（zhù）件上表面或滞留在铸件内的死（sǐ）角和砂芯下表面等处。

原工艺该铸件的浇（jiāo）注压头为2.5m，铁液从浇口杯进入浇（jiāo）注系统后，直接（jiē）由内浇道底（dǐ）返进（jìn）入底法兰（lán），进流（liú）速度大，约（yuē）0.7m/s，进入型（xíng）腔的铁（tiě）液紊流严重，且严重（chóng）卷气，因此铸件表面出（chū）现大量的渣，造成该产品的废品率超过10%。

（3）由（yóu）于含硫量过高，使（shǐ）金属液含（hán）有（yǒu）大量硫化物，浇注后在铸件内部（bù）形成渣。

（4）金属（shǔ）液中各组元（碳、锰、硫、硅、铝、钛）之间或这些（xiē）组元与氮、氧之间发生化学反应，其氧（yǎng）化物与炉衬、包（bāo）衬、砂型壁或涂料之间发生界面反应形成夹渣。

3.改（gǎi）进（jìn）方案

（1）熔炼时（shí）对原材料进行分拣，保证干燥、清洁、无锈蚀。

（2）提高铁液出炉温度和球化处理温度，对浇包进行充分烘烤。

（3）金属液在浇包内应静置一段时间，以利于渣（zhā）上浮。

（4）降低原（yuán）铁液含硫量，在保证球（qiú）化前提下，尽（jìn）可能减少球墨（mò）铸铁的残留镁含量。

（5）浇注系统改进。为保证铁液（yè）在充（chōng）填型腔的过程中平稳、流畅，按大（dà）孔出流（liú）理（lǐ）论对浇注（zhù）系统（tǒng）进行了改进，如图3所（suǒ）示（shì）。采用开放式浇注系统，通过增大进流截面降低（dī）进流速度（dù）。铸（zhù）件整体分散进流，快速充型，保（bǎo）证浇口杯、直浇道及时充满。

图3 改进后的浇注系统

该铸（zhù）件重4500kg，浇注重量6000kg，根（gēn）据相关公式计算的浇注时间为60s，阻（zǔ）流截面积为52cm2，即设计的开放式浇（jiāo）注（zhù）系统（tǒng）的直浇（jiāo）道截面（miàn）积为52cm2。按照标准的陶瓷管，则选择（zé）φ80mm的陶瓷管，截面积是50.24cm2，按照推荐的（de）浇（jiāo）注系统比例（lì），设计的横浇道（dào）截面形状是（shì）矩形（9cm×6cm），则面积是108cm2，内（nèi）浇道是13道φ35mm的陶瓷管，截面积是125cm2，则zui终的（de）截面（miàn）比是F直：F横：F内=1∶2.15∶2.49。

根据上面计（jì）算（suàn）的（de）参数计（jì）算得进流（liú）速度为（wéi）0.28m/s，进流速度降低很多（duō），是原工（gōng）艺进流速度（dù）的40%。充型平稳，避免紊流，大大降低了铁液二（èr）次氧（yǎng）化的机会，从而可以（yǐ）减少夹渣缺（quē）陷。

4.改进后验证

采用以上（shàng）措施连续生产（chǎn）15件，铸（zhù）件没（méi）有（yǒu）再出现（xiàn）法兰和轴承上表面部位夹渣缺（quē）陷，改进有效。类似（sì）的方（fāng）法（fǎ）在（zài）其（qí）他产品上运（yùn）用，也有明显效果（guǒ）。

5.结语

大型球墨铸铁（tiě）件易于在浇注位置上表（biǎo）面以及铁（tiě）液流动的一些死角（jiǎo）区域（yù）产（chǎn）生夹渣（zhā）缺陷，这些（xiē）缺陷（xiàn）可以（yǐ）通过熔炼（liàn）控制（zhì）和浇（jiāo）注系（xì）统的（de）改进（jìn）来解决（jué）。浇注系统（tǒng）形式以（yǐ）及参（cān）数选（xuǎn）择应能保证铁液平稳（wěn）充（chōng）型，为（wéi）此浇注系统（tǒng）各组成部分面积、浇注时（shí）间需按照内浇道低速进流、铸件整（zhěng）体快速充满的原则来计算。