灰铸铁缺陷产生的原因分析报告及预防要求措施

1、灰铸铁缺陷产生的原因分析及预防措施一、影响灰铸铁力学性能的主要因素：化学成分（C、Si、Mn、P、S合金元素）灰铸铁的力学性能二金相组织二I石墨的形状、大小、分布工艺因素和冶金因素和数量以及基体组织 -工艺、冶金因素：主要有冷却速度，铁液的过热处理、孕育处理、炉料特性等（1） 关于冷却速度的影响铸铁是一种对冷却速度敏感性很大的材料，同一铸件的厚壁和薄壁部分，部和外表都可能获得相差悬殊的组织，俗称为组织的 不均匀性。因为石墨化过程在很大程度上取决于冷却速度。影响铸件冷却速度 的因素较多：铸件壁厚和重量、铸型材料的种类、浇冒口和重量等等。由于铸 件的壁厚、重量和结构取决于工作条件，不能随意改变，故

2、在选择化学成分时 应考虑到它们对组织的影响。（2）关于铁液孕育处理的影响 孕育处理就是在铁液进入铸件型腔前，把孕育 剂附加到铁液中以改变铁液的冶金状态，从而可改善铸铁的显微组织和性能。对灰铸铁而言，进行孕育处理是为了获得 A型石墨、珠光体基体、细小共 晶团的组织，以及减少铸件薄壁或边角处的白口倾向和对铸件壁厚的敏感性； 对可锻铸铁而言，是为了缩短短退火周期，增大铸件的允许壁厚和改善组织的 结构；对球墨铸铁而言，是为了减少铸件白口倾向，提高球化率和改善石墨的 圆整性。（3）关于铁液过热处理的影响。提高铁液过热温度可以：增加化合碳含量和 相应减少石墨碳含量，细化石墨，并使枝晶石墨的形成，消除铸铁的

3、“遗 传性”提高铸件断面上组织的均匀性，有利于铸件的补缩。同样，铁液保实用标准文档 温也有铁液过热的类似作用。（4 ）关于炉料特性的影响 实际生产中往往发现改变金属炉料（例如采用 不同产地的生铁或改变炉料的配比等 ） 而化学成分似乎无变化的情况下铸铁具有 不同的组织和性能，这说明原材料的性质直接影响着用它熔炼出来的铸铁的性 质，称为铸铁的：“遗传性”为此，采用提高铁液温度和使用多种铁料配料可消 除这种“遗传性”，并改善铸铁的组织和性能。综上所述，铸铁的工艺因素和冶金因素对铸铁的力学性能有着很大的影响， 因此，不应忽视对这些影响因素的控制。二、灰铸铁不可用热处理的方法来达到牌号要求 一般说来，热

4、处理能在很大程度上改善铸造合金的组织和性能，但在灰铸 铁条件下，热处理所能发挥的作用相对较小。在灰铸铁中，石墨对铸铁性能的 影响很大，而任何的热处理方法都不能改变石墨的形态和分布，故不可通过热 处理来有效地提高灰铸铁的性能使之达到牌号要求。但是，提高灰铸铁力学性能的方法很多，如合理选配化学成分、改变炉料 组成、过热处理铁液、孕育处理、微量或低合金化等，都可取得很好效果。三、生产高牌号灰铸铁（孕育铸铁）的注意事项生产产高牌号灰铸铁 （一般指 HT200 以上 ）时，为了获得高的力学性能， 必须 尽可能地减少石墨的数量、减小石墨的长度。传统的方法就是降低铁液的碳、 硅含量、提高铁液的冷凝速度，但幅

5、度稍大时就会出现 D 型过冷石墨及白口， 反而降低灰铸铁的力学性能。在炉前或在浇注前往铁液中添加适量的、以硅铁为主的铁合金碎粒被称作孕育处理。孕育处理在铁液中提供大量的、石墨借以生核的生核质点。有效的 孕育将促进石墨的析出，从而消除白口、细化片状石墨并使过冷石墨转变为无 方向性均布石墨（A型石墨），不但可大幅度地提咼综合力学性能，同时还提咼铸 态组织的均一性，减小铸件由于壁厚不均、边角与心部的冷速不同而造成的力 学性能差别，因此对铁液进行孕育处理是一项生产高牌号灰铸铁（孕育铸铁）必不 可少的技术。为使孕育有效，需满足孕育对原铁液的要求，即，原铁液应具有较低的碳、 硅含量，或原铁液应具有较低的碳

6、当量，碳当量愈低，孕育效果愈好，灰铸铁 件强度愈高；相反，碳当量高，孕育效果差。由于硅可以用加入孕育剂的方法 来调整，故考虑原铁液碳当量时总是把碳维持在 2.8%3.2%左右，把硅维持在 稍低于能显著促进石墨化的临界值，然后加入孕育剂使硅量超过临界值，获得 孕育处理的效果。此外，铸件壁厚及冷却速度也同样影响到孕育铸铁件的组织， 在选择化学成分时也要加以考虑，一般厚件的碳、硅量取下限，薄件则取上限。锰在高牌号灰铸铁（孕育铸铁）中的作用，除中和硫的影响外，尚有一个特殊 的要求，即借助于它使灰铸铁能得到珠光体组织，故高牌号灰铸铁（孕育铸铁）的锰含量一般较高，为 切皿0.8% 1.0%左右，如为厚件则

7、常为切伽1.0% 1.2%，最高 可达1.3%1.5%。硫能削弱孕育剂的石墨化作用，因此常将硫限制在0.12%以下。近几年来，也有人认为为了得到好的孕育效果，原铁液的硫量不能太低C 不低于0.06%）。因此，在以后铁液中的硫含量逐渐降低的情况下，对于孕育铸铁中的 硫量究竟应如何确定，看来是一个值得注意的问题。磷含量一般从力学性能的要求出发，常限制在0.15%以下，但有些机床灰铸铁件（常由孕育铸铁制造）需要耐磨，磷含量则可提高至 0.4%0.5%左右或更高。四、用孕育剂进行灰铸铁孕育处理时禁止的四则灰铸铁用的孕育剂可以按功能、主要元素、形状等进行分类，在使用孕育剂进行灰铸铁孕育处理时应禁忌四则：

8、一则，禁止使用未烘干的孕育剂未烘干的孕育剂加入金属液中，会因其中的水分与金属液中的金属元素在高温下反应生成金属氧化物及氢，生成的初 生氢溶人金属液会导致铸件皮下气孔等缺陷。因此，孕育剂在使用前必须烘干。二则，禁止使用纯硅或纯硅铁作孕育剂纯硅或不含钙、锶、钡、铝的硅铁不可用作孕育剂，其原因在于石墨靠铁液中析出的二氧化硅异质生核，而二 氧化硅靠钙锶钡的硫氧化物异质生核，才能防止铁液的过冷和白口倾向。应采 用至少含-1%2%、含ZQA*0.05%0.5%的、含砂乩为75%的硅铁作孕 育剂，或采用硅一锆系、硅一钙系、硅一铈系、硅一钡系等高效孕育剂。三则，孕育剂不可草率加入，要讲究方法孕育剂若飘浮在金属

9、液面上会很快氧化而难以被金属液吸收，因此采用冲人法时，应准确地加到铁液流与液 面接触处或与浇槽接触处。由于孕育方法对孕育效果有直接影响，因此还可采 用浇口杯孕育、硅铁棒孕育、大块浮硅孕育、孕育丝孕育、铁液流孕育以及型 孕育等。四则，孕育剂的粒度不宜过粗或过细若粒度过粗则不能较迅速地为铁液所溶化吸收，残余的未溶孕育剂颗粒混入铸件将恶化性能或导致报废。粒度亦 不宜过细，粉末状的孕育剂极易氧化烧损、失去孕育作用，而且会造成铸件夹 渣。五、灰铸铁件可能出现的缺陷在灰铸铁件生产中，常见的铸件缺陷有：气孔、成分与性能不合格、热裂 与冷裂、缩孔与缩松、渣眼与铁豆、冷隔与浇不足、砂眼与夹砂、多肉与错辐、 变形

10、等。通常，产生这些缺陷的原因不单是造型制芯问题，有时还有熔炼浇注、 配砂质量、落砂清理等许多生产工序的问题，因此必须具体分析，以便采取相 应的合理措施加以解决。下面就按以下四个阶段对灰铸铁主要缺陷产生的原因 分析与预防措施：（一）灰铸铁件由于熔炼浇注造成的主要缺陷，产生的原因分析及预防措施序号缺陷名称特征及发现发方法原因分析防止方法1气孔筛状气孔：比当铁液中，气含量较多，并且浇1 炉料应进行妥善管理。对锈较均匀地分布于注温度过低，析出的气体来不及蚀严重或表面油脂物多的炉料，要铸件的整个或大上浮和逸出铸件时产生经过清理或处理后，方可使用部分断面上1 炉料本身气含量高，或锈2 对本身气含量高的炉料

11、，应皮下气孔：离铸蚀严重，表面油脂物多经重熔再生后，方可使用件表面 13mm2 皮下针孔主要是由氢气造3 炉前可加入适量的稀土，以处，出现密布的细成。硅可减少氧在铸铁中的含便去气小气孔量，去卩可增加氢的含量，故高硅4 .控制合适的铁液出炉温度及用外观检查，机铸铁易出现氢气孔。炉料中含有浇注温度械加工，抛丸清理铝或氧化铝时，也易产生针孔5 炉缸、前炉和铁液包均需烘或磁力探伤可发3 .铁液包不干干现4.孕育剂不干6 浇注时，要避免断流7 .孕育剂应充分预热8 .浇注时，必须点火引气2成分、材质太硬或太1 .碳硅当里偏低时，使材质1 .正确配料，并防止操作时窜组织及软偏硬，碳硅当里偏高时，则偏软料性

12、能不铸件断面的宏2 .铁液过热不适当2 .控制合适的过热温度合格观组织和微观组3.孕育处理不足3 .遵守操作规程及正确处理炉织不符合标准或前孕育技术条件用断面观察，化学分析，金相检验，硬度试验等可以发现3缩松在铸件部有许1 .磷含量偏咼时，使凝固区间1 .3F 般控制在0.15%d多分散小缩孔，其扩大；冋时，低熔点磷共晶体在以下,并控制铁液化学成分稳定表面粗糙，水压试最后凝固时，得不到补足，造成2 .浇注时，适当慢浇，以利充验时渗水显微缩孔。尤其对于高牌号铸铁分补缩用机械加工或（碳含量较低）,体收缩率较大，磁力探伤可以发更应注意现2 .浇注速度太快，使需要补缩的部位来不及补充足够的铁液4缩孔在

13、铸件热节处1 .由于体收缩率较大，铁液化1 .正确控制铁液的化学成分。尽产生形状不规则，学成分不符合技术要求，尤其是量使S低，一般在0.12%以下表面粗糙的集中高牌号低碳铸铁2 .控制适宜的浇注温度孔洞2 .浇注温度过高，增加了液3 .对于大件，可在冒口处补浇用外观检查，机械加工或磁力探伤可以发现体收缩值铁液4适当增加孕育量5热裂裂纹处，带有暗1 铁液化学成分不合要求，使1 控制合理的化学成分，尽量使色或几乎是黑色固体收缩值较大，如碳低，硫咼。原铁液中硫含量低的氧化表面2 铸件中含有低熔点夹渣物，2 浇注时，避免熔渣进人型腔用外观检查，透降低了高温强度（因为热裂产生光法，磁力探伤，在凝固将近结

14、束时，主要在铸件打压试验，煤油渗热节处收缩受机械阻碍而产生）透等方法发现6冷裂裂纹处，较十净1 铁液化学成分不合要求，1 控制合理的化学成分或略带暗红色轻使固体收缩值较大2 .一般铁液中应在0.15%微的氧化表面2 .铁液中磷含量过高，增加以下发现方法与热了脆性，从而降低铸铁的抗拉强裂相同度（因为冷裂产生在铸件冷却以后，主要在铸件厚、薄交界的应力集中处，由于热应力而产生 ）7渣眼在铸件外部或1 .铁液中熔渣多或铁液包中的1 适当提高铁液温度，并在铁液部的孔穴中有熔渣未除净，浇注时，又未注意挡包加入少量干砂，以利聚渣撇除。渣渣用办打去硫时，应加石灰 （或草灰）用外观检查，机2浇注时，由于断流而带

15、人聚渣，以免硫重新转入铁液械加工或磁力探的熔渣2 .预先除净铁液包中的残渣伤可以发现3 浇注时，注意挡渣，并不发生断流8铁豆气孔中有小铁由于铁液浇注温度过低，当铁1 .适宜的浇注温度珠液飞溅后产生的铁豆，不能再被2.浇注时，不可断流用铸件断面检铁液熔化，结果与外人气体一块查，机械加工可以包人铸件中；或者此铁豆由于表发现面被氧化，并与铁液中的碳作用：FeO+C Fe+CO f生成的CO与铁豆一块包入铸件中9冷隔与铸件上有未完1 铁液温度太低，降低了铁液1 .适当提高铁液的浇注温度浇不足全融合的缝隙或的流动性2.控制合适的铁液化学成分，局部缺肉，周围呈2 .铁液中，碳、硅含量较低，尽量降低硫含量圆

16、边硫含量较高时，同样也使铁液流3 .一次浇满，避免补浇。并且用外观检查可动性降低在浇注时，不可断流以发现3浇注时，发生断流或一次铁液量不足，进行二次补浇时，易产生冷隔1过硬在铸件边缘和1 .碳硅当量偏低1.正确配料0薄壁处出现白口2 .孕育处理不足2 .适当增加孕育量铁组织断面观察，硬度试验，机械加工可以发现（二）灰铸铁件由子造型制芯时造成的主要缺陷，产生的原因分析及预防措施序号缺陷名称特征及发现发方法原因分析防止方法1气孔局部气孔：1 .浇注系统设置不合理，1 浇注系统的设置应考虑型腔排气铸件的局部地使排气不畅通或产生涡流，卷畅通及平稳流入铸型方，出现的孔穴表入气体2 .砂型紧实度要求均匀，

17、不宜过紧面较干净光滑的2 .砂型紧实度过高，降低3 .砂芯排气要求畅通。合箱时，注单个气孔或蜂窝了透气性意封死芯头间隙，以免铁液钻人，堵状气孔3 砂芯排气不良，或通气塞通气道用外观检查，机道堵塞4 在铸件的最高处，可设置出气孔械加工或磁力探或出气片等伤可以发现5 起模和修型时，不宜刷水过多6对于大平面铸件，可采用倾斜浇注，出气孔处稍高，以利排气7 芯撑和冷铁必须干净，无锈2砂眼铸件的孔穴含1 .浇注系统位置不合适，如1 浇注系统位置和大小合适有砂粒直对砂芯，或浇口太小，铁液2 .合理选择起模斜度和圆角，手用外观检查，机冲刷力大，破坏局部砂型工造型时，可压出圆角。成批生产中，械加工或磁力探2.由

18、于模型结构设计不够模样应涂刷分型剂，以免粘模，并注伤可以发现好，发生粘模，而砂型又未修意修理好损坏部位理好，或对铸件拐弯处未捣圆3 缩短湿型在浇注前的停留时间角4 合理选用芯头和芯座之间的间3 .湿型在浇注前的停留时 间过长，使干燥部分或凸出部 位脱落4 造型和合箱时的落砂， 未清砂干净隙，以免合箱时压碎5 合箱前，必须将型落砂清扫干 净，仔细合箱，并及时盖住浇冒口， 以免重新掉人砂粒3夹砂在铸件表面上，铁液进入砂型后，使型面层1 砂型紧实度不宜过紧，要求均匀，一层铁和铸件之的水分向迁移，在离型面3并加强透气间夹有一层型砂5mm处形成咼水分带，该处2 手工造型时，局部薄弱处，可用外观检查或强度

19、大大降低，易引起铁液潜插钉子加强机械加工可以发入，或由于硅砂粒咼温膨胀的3.尽量使大平面朝下或置于侧面，现应力使表面层鼓起，铁液钻减少铁液对上平面的烘烤面积和烘人，形成夹砂烤时间1 砂型紧实度过硬或紧实4 对大平面铸件，浇注系统可分不均匀散布置，并适当加大浇口截面，缩短2 .浇注位置不当；对于水浇注时间或倾斜浇注平浇注的大平面铸件，有时由于铁液断续覆盖太平面的某处而产生夹砂4粘砂铸件表面铁液与1 .砂型紧实度不均匀或太寸1 适当提高砂型紧实度，减小砂粒砂粘在一起，形成2 .涂料刷得太薄间隙（保证透气性要求），并捣实均匀粗糙的表面2 选用适当的涂料（多为石墨粉水涂用外观检查可料），并刷以一定的厚

20、度，既能提高耐以发现火性，又可以防止铁液钻人砂粒5热裂裂纹处，带有暗 色或几乎是黑色 的氧化表面用外观检查，透 光法，磁力探伤， 打压试验，煤油渗 透等方法发现1 .砂芯和砂型的退让性差， 铸件收缩受到阻碍2 .芯骨吃砂量太小或砂箱 箱带离铸件太近，阻碍铸件收 缩3 浇道设置过分集中，局 部过热，增加应力4 .铸件的飞边过大，飞边 处的裂纹，延伸到铸件上1 砂型紧实度要求适宜，并在型砂 中可加人话量的锯末2 .改用较小的芯骨，使吃砂量适宜， 并选用合理的砂箱3 浇道布置应适当分散4 .在铸件厚、薄交界处，可增设收 缩肋5 正确选择分型面位置，并使合箱 时，尽量密合6变形长的或扁平类 铸件在靠近

21、壁厚 的一方凹入，成弯 曲形用外观检查，划 线等方法发现由于铸件壁厚不均匀，冷却有 先后，从而产生热应力，当其 值大于该材质的屈服极限时， 则产生变形和弯曲1 .厚壁处设置冷铁或浇口在薄壁处， 创造同时凝固条件2 模样上留出预变形曲率或增设 加强肋3 改善铸件结构7错箱铸件沿分型面发生相对的位移用外观检查或 划线测量可以发 现1 .模样尺寸不对或变形2 .砂箱或分型板定位不准确3 .合箱不准4 .模样在模板上的位置偏移1 检查并修整模样2 检查、修理或改换砂箱及分型板3 注意准确地合箱4 检查并调整模样在型板上的位置8多肉铸件上有形状不规则的毛刺、披缝或凸出部分由于铁液的压力作用，使型腔 局部

22、胀大造成。多半出现在下 型适当提高砂型紧实度， 并要求均匀捣 实用外观检查发现如砂型紧实度不够或不均匀，局部太松等9缩孔在铸件热节处1 铸件补缩不足1 适当加大冒口尺寸产生形状不规则，2 .冷铁设置不当2 在厚壁处，设置冷铁，创造同时表面粗糙的集中3 .浇口位置不当凝固条件或与冒口配合使用时，创造孔洞4 砂型紧实度不够，胀型后顺序凝固条件用外观检查，机产生3.正确选择浇注位置和浇注系统，械加工或磁力探以造成冋时凝固或顺序凝固伤可以发现4 要求砂型紧实度合适1抬箱铸件外形与阻样1 .压箱重量不够1 足够的压箱重量或用螺栓均匀紧0不符2 夹箱紧固时受力不均匀或固用外观检查发现太松2 分型面应平整，

23、合箱时要注意密合，以免铁液漏出1铁豆气孔中有小铁珠1 砂型潮湿1 .修型时刷水不宜过多1用铸件断面检查，2 浇道离铸件最低处太咼，2 合理确定浇注系统位置机械加工可以发浇注时，造成铁液飞溅，形成3 加强砂芯的通气现铁豆，铁液充满后，又未能把铁豆熔化，使其与气体一块包人铸件中3 砂芯透气性差1渣眼在铸件外部或部浇注系统挡渣差合理选用浇注系统，并加强挡渣措施2的孔穴中有熔渣用外观检查，机械加工或磁力探伤可以发现1冷隔与铸件上有未完全1 .浇注系统设置不当，或浇1 适当加大浇注系统尺寸3浇不足融合的缝隙或局口截面太小2.对于长形铸件可采用两头浇注；部缺肉，周围呈圆2 .铸件局部壁太薄对于高大件可采用

24、阶梯浇注或分散边3 冷铁位置选择不当浇口等用外观检查可4 .吊芯，合型时错位使铸3 .浇道不宜离铸件薄壁处太远，以发现件部分壁太薄，甚至完全没有或可适当增加薄壁处的厚度壁厚4 .吊芯时，随时检查尺寸，并注意合型准确（三）灰铸铁件由于配砂时的质量问题造成的主要缺陷，产生的原因分析及预防措施序号缺陷名称特征及发现发方法原因分析防止方法1气孔局部气孔：1.型砂和芯砂发气性大，1 .适当减少型砂中的水分。并控制铸件的局部地方，出本身透气性又差时，易产适量的煤粉或重油等发气性物质，以现的孔穴表面较干净生气孔便在铸件周围形成气体隔层，使铸件光滑的单个气孔或蜂2 .型砂中水含量过多表面光洁，但要求型砂的透气

25、性良好窝状气孔时，还易产生细小的针孔2 适当减少粘结剂，并可附加一些用外观检查，机械加增加透气性的物质，如木屑工或磁力探伤可以发3 可选用圆形砂粒，以增加透气性现2粘砂铸件表面铁液与砂1 型砂中含灰分及杂质1 定时去掉部分旧砂，加入部分新粘在一起，形成粗糙的表面用外观检查可以发现过多，使型砂耐火度降低2 湿型中煤粉或重油加 入量过少3 涂料质量不好砂，以提高其耐火度，并不用过粗的砂粒作面砂2 .根据煤粉和重油的质量，加入适量的煤粉和重油3 .采用优质石墨或部分鳞片石墨3夹砂在铸件表面上，一层铁铁液进入砂型后，使型面1 .原砂粒度不应过分集中和铸件之间夹有一层层的水分向迁移，在离型2 .正确控制

26、湿型的冰含量，并在膨型砂面35mm 处形成咼水润土中加 Na 2CO3（苏打）进行活化，用外观检查或机械分带，该处强度大大降降低水分对强度的敏感性加工可以发现低，易引起铁液潜入，或3.用于中、大件的活化湿型砂，应由于硅砂粒高温膨胀的选用粒度较粗的砂，并适量加入减少应力使表面层鼓起，铁液应力的附加物，如木屑、焦炭粉等，钻人，形成夹砂以增加其耐火度、透气性、湿压强度1 .原砂粒度过于集中，和退让或水分过高4 .对原材料，如膨润土等，应进行2 型砂退让性差化学分析，并妥善管理3 .煤粉和重油加入量5 .控制适量的煤粉和重油含量，太少使铁液浇入后，在型腔表面能生成气4 .型砂中有夹杂物体隔层4砂眼铸件的孔穴含有砂1 .型砂中灰分过多1 .定期对旧砂进行去灰处理粒2 .型砂或芯砂的表面强2 .适当增加粘土含量或其他芯砂粘用外观检查，机械加度不够结剂工或磁力探伤可以发3 .对于中、大件可采用活化湿型砂，现即型砂中加入一定量苏打，并刷涂料,表面烘干，提高其湿压强度5铁豆气孔中有小铁