球墨（mò）铸铁（tiě）（NodularCastIron）是一种具有优（yōu）良力学（xué）性能的（de）金属材料，通（tōng）过在铁液中（zhōng）加入球化剂和孕育（yù）剂，让石墨呈球（qiú）状形核并长（zhǎng）大而（ér）获得。20世纪40年（nián）代，现代球墨铸铁由美国国际锡公司(INCO)青年（nián）科研人员K.D.Millis首先研（yán）究（jiū）成功。球墨（mò）铸铁（tiě）在力学性（xìng）能（néng）、物理性能、工艺（yì）性（xìng）能、使用（yòng）性能上具有独特的优势，生产工艺（yì）简（jiǎn）单，成本低廉，在机械、冶金、矿山（shān）、纺织、汽车及船舶等领域应（yīng）用广泛。

生产球墨（mò）铸铁时夹渣是zui常见的（de）缺陷，其多出（chū）现在（zài）铸件浇注（zhù）位置的上平面或型芯上表面部位。夹渣缺陷严（yán）重（chóng）影响（xiǎng）铸件的力（lì）学性能（néng），特别（bié）是韧（rèn）性（xìng）和屈服强度（dù），导（dǎo）致承压（yā）部位发（fā）生渗漏（lòu）。

笔者所在单位生（shēng）产（chǎn）的一种（zhǒng）发电设备铸（zhù）件前期（qī）经常出（chū）现铸（zhù）件（jiàn）夹渣缺陷而报（bào）废，针对此缺（quē）陷进行了改进。

1.原（yuán）工艺（yì）及缺陷状况

铸件重量为4500kg，材料为QT400-18，呋（fū）喃树脂自硬砂（shā）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（jiāo）注（zhù）温度（dù）为1350~1380℃。浇注系（xì）统采用半封闭式、横浇道在分型面的（de）环（huán）形（xíng）底注工（gōng）艺，内浇道为4道（dào）φ35mm的陶瓷管，直浇道为φ80mm，横浇道截面为：70/80mm×100mm，截面（miàn）比为（wéi）：F直：F横：F内=1∶2.99∶0.77，工艺方案（àn）如图1所示。这样设计出（chū）来的铸件缺陷主要为夹（jiá）渣，位置在法兰背面和（hé）轴承上表面，形状不规则，无金（jīn）属（shǔ）光泽（zé），用渗透液或磁粉（fěn）检测（cè），有时用肉眼即（jí）可（kě）发（fā）现，如图2所示。

图（tú）1 工艺方案

图（tú）2 夹（jiá）渣缺（quē）陷分布（bù）

2.缺陷原因分析

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

（2）金属液在浇注过程中镁（měi）、稀（xī）土、硅、锰、铁等二（èr）次氧化，产生（shēng）的金属氧化物（wù）和硫化物、游离石墨等上（shàng）浮到铸件（jiàn）上（shàng）表面或滞（zhì）留在铸（zhù）件内的死角和砂芯下表面等处。

原工艺该铸（zhù）件（jiàn）的浇注压头为（wéi）2.5m，铁液从浇口杯进入（rù）浇注系统后，直接（jiē）由内浇道底返进（jìn）入底法（fǎ）兰，进流速度大，约0.7m/s，进入型（xíng）腔的铁液紊流严重，且（qiě）严重卷气（qì），因此铸件表（biǎo）面出现大量的渣，造成该产品的废品率超过10%。

（3）由（yóu）于含硫量过高（gāo），使金属液含有大量（liàng）硫（liú）化物，浇注后在铸（zhù）件内部形成渣。

（4）金（jīn）属液中各组元（碳、锰、硫、硅、铝、钛（tài））之间或这些组元与（yǔ）氮、氧（yǎng）之（zhī）间发生（shēng）化学反（fǎn）应（yīng），其（qí）氧化物与炉衬（chèn）、包（bāo）衬、砂型壁或涂（tú）料（liào）之间发生界面反（fǎn）应形成夹渣。

3.改（gǎi）进方案

（1）熔炼时对原（yuán）材料进行分（fèn）拣，保（bǎo）证干燥、清洁、无锈蚀。

（2）提高铁液出炉温度和（hé）球化处理温度，对浇包进行充分烘（hōng）烤。

（3）金属液在浇包内应（yīng）静置一段时间，以利于渣上浮。

（4）降低（dī）原铁（tiě）液（yè）含硫量，在保证球化前提下，尽可能（néng）减少球墨铸（zhù）铁的残留镁含量。

（5）浇注系统（tǒng）改进。为（wéi）保证铁液在充填（tián）型（xíng）腔的过程（chéng）中平稳、流畅，按大孔（kǒng）出流（liú）理论（lùn）对浇注（zhù）系统进行了（le）改进，如图3所示。采用开放式（shì）浇（jiāo）注系统（tǒng），通过增大进流（liú）截（jié）面降低（dī）进流（liú）速（sù）度（dù）。铸件整体分散进流，快速充型，保（bǎo）证浇口杯（bēi）、直（zhí）浇道及时充满。

图3 改进后的浇（jiāo）注系（xì）统

该（gāi）铸件重4500kg，浇（jiāo）注重量6000kg，根据相关公式计算的浇注时（shí）间（jiān）为60s，阻流截（jié）面积为52cm2，即（jí）设计的开（kāi）放式浇（jiāo）注（zhù）系统的直浇道截面积为（wéi）52cm2。按照标准的陶瓷管，则选择φ80mm的陶瓷管，截（jié）面积是50.24cm2，按照推荐的浇注系（xì）统比（bǐ）例，设计的（de）横浇道截（jié）面（miàn）形状是矩形（9cm×6cm），则面积是108cm2，内浇道是（shì）13道φ35mm的陶瓷管（guǎn），截面积是125cm2，则（zé）zui终的截面比是（shì）F直：F横：F内（nèi）=1∶2.15∶2.49。

根据上面（miàn）计算的（de）参数计算得进流速度为0.28m/s，进流速度降低很多（duō），是（shì）原工艺进流速度（dù）的40%。充型平稳，避免紊流，大大降（jiàng）低了铁液二次氧化的机（jī）会，从（cóng）而可以减少夹渣缺陷。

4.改进后验证

采用以上（shàng）措施连续生产（chǎn）15件，铸件没有（yǒu）再出现法（fǎ）兰和轴承上表面部位夹渣缺陷，改进有效。类似的方法在其（qí）他（tā）产品（pǐn）上运用（yòng），也有（yǒu）明显效果。

5.结（jié）语

大型球墨铸铁（tiě）件易于在浇注（zhù）位（wèi）置上表面以及铁液流动的一些死角区域产（chǎn）生夹渣缺陷，这些缺陷可以（yǐ）通过熔（róng）炼（liàn）控制和浇注系统的改进来解决。浇注（zhù）系统形（xíng）式以及参数选择应能（néng）保证铁液（yè）平（píng）稳充型，为此浇注（zhù）系（xì）统各组成（chéng）部分面（miàn）积、浇注（zhù）时间需按照内（nèi）浇道低速进流、铸件整体快速充满的原则来计算。