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1、 适用技术 球墨铸铁反 白口缺陷的形成及预防措施 郑州 工学院 林县汽车附件厂 郭振廷 郭万昌郭双成 王石锁王 向东郭保才 “ 反白口 ” 组织是球墨铸铁生产 中的一种隐患性的 铸造缺陷 。 研究它的特征 、 形成原因及预防措施对生 产具有极大的指导意义 。 一 、 反白口的形态和特征 球墨铸铁生产 中的反白口缺陷 , 就在零件局部为 白口铁 。 它主要表现为零件局部有硬点 , 切 削表面比 正常部位亮 , 周围伴有缩松缺陷 。 众所周知 , 白口铁 中的碳是以碳化物的形式存在 , 断口呈银白色 。 由于 生产条件的不同 , 渗碳体的形态有针状 、 条状 、 无规 则分布的块状及网状结构 。
2、本文主要讨论的是呈针状 的反白口组织 。 观察产生反白口的零件 、 发现反 白口出现在正对 内浇道前方的热 节处 , 由此可以推想 , 反白口出现在 铸件最后凝固而凝固速度最快的部位 。 这 主 要是 , 在 内浇道前方的热 节处 , 浇注 过程 中使周 围型砂 被加 热 、 热 节处开始冷却速度较慢 , 且能对其它部位进行 补缩当其它部位还没 有凝固结束时 , 热节部位便开 始进行凝固 , 最后瞬间 , 整个断面快速以糊状方式同 时凝固 . 熔体过冷 加大 , 使最后凝固的熔体按介稳定 系进行 , 导致 渗碳体共晶的形成 , 出现白口组织 。 二 、 反白口的危害 ! . 反白口对铸件机械性
3、能的影响 反白口的出现导致了铸件成分 、 性能的不均匀 性 。 白口部分 、 韧性大大降低 , 延伸率下降使局部硬 而脆 。 成分上 , 白口区碳 、 硅稍偏高 , 而锰和稀土元 素大大超过正常区含量 。 2 . 反 白口对加工性能的影响 反白口区硬而脆 、 很难进行机械加工 , 且易打 刀 、 既使采用合金刀具能进行加工 , 但由于局部小区 域硬 , 造成加工 _精 度下降而使另件报废 。 渗碳体虽然可以通过高温 退火的方法进行消除 , 但由于反 白口是局部缺陷 , 并且是在加工后发现的 , 当为了消除局部缺陷而整体进行热处理 时 , 会造成铸 体表面的氧化 , 另件的变形 , 降低质量 ,
4、 甚至报废 。 热处理温度低 , 可以防止氧 化 , 减 少变形 , 但温 度 低 , 渗碳体又不能分解 。 所以仅为局部反白口进行高 温热处理既不经济 , 又不能保证铸件质量 , 因此 , 在 铸态下消除反白口组织在工艺上是合理的 。 总之 , 出现反白口组织 , 直接影响球墨铸铁的性 能 影响企业的经济效益 , 因此分析反白口产生的原 因 , 制定出预防措施是工 厂急 需解决的技术问题 。 三 、 产生反白口的原 因 反白口的形成与铸铁的化学成分铁水孕育效 果的 好坏 , 球化处理时的铁水温度以及球化剂的性能等许 多因素有关 。 1 . 球墨铸铁的化学成分 影响球墨铸铁反白口形成的因素主要
5、是锰 、 稀土 以及镁和含量 。 锰在铸铁 中的作用有二 二 其一是起合 金化作用 , 增加球墨铸铁的强度 、 硬度;其二是 中和 硫的有 害作用 。 在球铁中 , 球化剂 中镁和稀土与硫的 亲合力大于锰与硫的亲合力 , 硫以镁和稀土的硫化物 形式而除去 , 硫被降到很低的程度 。 所以 , 球墨铸铁 中只需少量的锰就能起 到合金化的作用 。 另外 , 锰又 是阻碍石墨化的元素 , 并且具有严重的偏析倾向 , 球 墨铸铁凝固时 , 锰便 富集于未凝固的金属熔体中 , 使 最后凝固的铁水含锰量增高 、 白口倾向增大 。 经电子 探针分析 . 最后凝固的晶界处锰 的含 量比晶 内高出 3一4 倍
6、. 所以 , 最后凝固的部位锰的偏 析最 严重 , 易 形成白口 。 采用稀土硅铁镁合金球化 剂时 , 镁起主要球化作 用 口 又因镁沸点低 、 在铁水温 度下镁熔化 、 汽化使铁 水沸腾 , 达到搅拌铁水的作用 . 加速稀土元素与铁水 糖溶液煮沸 2 分钟 , 而后浸泡2 4小 时 。 由于水分外 渗 , 糖液浓度降至 40% 以 下 , 次日将糖液倒 出 , 在 锅内浓缩到4 0% , 再倒入果坯浸泡2 4小时 , 如此反 复儿次 , 每次使糖浓度提高1 0 % , 经过 5一6 天 , 最 终使 糖浓度达到6 0% 以上 , 而后捞出烘干这样 制 成的产品 、 质量并不次于用机器生产的
7、, 缺点是时间 长 . 不易大批生产 。 中杂质元素的 反应 , 并且使反应产物充分上浮 , 达到 了脱硫 、 去气净化铁水的 目的 , 另夕卜稀土还起辅助 球化作用 。 但是 , 镁和稀土元素 , 特别是稀土元素又 是阻碍石 墨化的元 素 , 使白口倾向增大 , 还有稀土元 素偏析严重 , 在最后凝固的部位 , 稀土元素的含量比 正常区高 l倍 , 晶界处更高 , 甚至高达几倍 , 因而在 晶界 处易导致局部析出少量的碳化物 、 形成反白口 。 2 孕育效果差 、 浇注时间长 对球化处理后的铁水进行孕育处理有以下作用 : j消除球 化元素所 造 成的白口倾向;店减 轻成 分偏 析 . 消除反
8、白口组织; , 提高球化率 、 提高石墨球园 整度 , 细化石 墨球等 口 铁水温 度低时 , 球化剂容易 “ 冻结 ” 在包底 , 或在 铁水表面产 生一层 油皮 。 冻结 ” 在包底者造成铁水 包上半部铁水含球化剂少 , 造成球化不良 , 而下部又 含有较多的球化剂 , 增 大了铁 水的 白口倾向 。 产生 “ 油皮 ” 者实质上是镁和稀土元素的氧化物 、 硫化物 、 浮在铁水表面 . 难以清 除 , 浇注时 , 卷人铁水 , 造成 局部镁和稀土含量过高 , 产生反白口 。 粉状球化剂过多时 , 球化剂之间空隙少 , 一遇铁 水 , 球化剂上表面易 “ 结壳 ”, 铁水混和不均匀 , 造成
9、 局部铁水中稀土和镁的残留量过高 , 凝固时形成反 白 口组织 。 综合以 上分 析 , 铸件的热节 部位 , 凝固时间较 长 , 产生较大的成分偏析 、 特别是锰 、 残 留稀土 , 镁 的偏聚较大 , 白口倾向增加 。 再者 , 球墨铸铁的糊状 凝固特点 , 造成热节处凝固速度加快 , 促使形成反白 口组织 。 四 、 预 防反白口产生的措施 防止球墨铸铁体中反 白口缺陷的产生可采取如下 措施: 1 . 合理选择球墨铸铁的化学成分 化学成分的选择上主要是限制含锰量 , 以减少晶 界偏析 , 对铁素体韧性球墨铸铁 , M n l 。 2 . 加强孕育处理二 球 化处理以后 , 采用高效孕育剂
10、 或高效孕育方 法 , 尽量缩短孕育后铁水的停留时间 , 使铁水始终处 于最佳孕育状态 。 3 . 提高铁水温度 , 搭配使用粉状球化剂 避免使用低温 铁水处 理球墨铸铁 、 防止球 化剂 “ 冻结 ” 于包底 , 一般要达到 138 0一142 0以上 , 最好控制在14 0 0一146 0以上 。 避免使用粉状太 多 的球化剂 , 防止球化剂 “ 结壳 ” 。 4 . 扒渣要干净 球化处理和孕育处理时 , 各种元素 , 主 要是镁和 稀土元 素与硫 、 氧发生反应生成硫化物 、 氧化物 浮于 铁水表面 , 应将其扒除干净 , 避免浇注过程中卷人铁 水 。 经金相分析说明 , 改进工艺后石墨
11、细小 、 园整 、 分布均匀 , 不仅 消除了反白口缺陷 , 而 且提高了球墨 铸铁的综合 性能 , 简化了生产工艺 , 缩短了生 产周 期 。 益 蕴旧坚 砍岛 、二 丁1 卫 l 、 l j l汀J、介J 日飞 钊 通l .卜 一一 一一一 一一- - - 一州口., 孕育有闲喻司 图一孕育后停 留时 间对孕育效果的影响 孕育处理后的铁水中 . 形成了许多微观的浓度起 伏和温度起伏 , 从而造成了许多石墨 的结晶核心 , 改 善了石墨结晶条件 。 但是 , 这种作用只有孕育剂加人 铁水后的极 短时 间内(0 . 5一3 分钟)表现最为 强烈 , 随着时间的延长 , 孕育作用会逐渐衰退 ,
12、表现为石墨 球数随孕育后时间的延 长而减少 , 白口倾向增大 , 如 图所示 。 这是因为原子热运动的存在 , 浓度起伏 、 温 度起伏随时间的延长而逐渐消失 , 已析出的石墨质点 重新熔化 , 因 而使核心减 少 , 表现为孕育效果 的衰 退 。 孕 育后的停留时间长 、 或铸件凝固的热节部 位 、 由于孕育后至凝固的时 间长 . 孕育衰退比较显著 。 再 者 , 由于元 素的偏析 , 阻碍石墨化的元素含量也 高 , 导致熔体按介稳定系进行结晶形成渗碳体共晶 , 即 白口组织 。 因 而孕育效果差 , 浇注时 间长的铸体在其 最后凝固的热节部位 、 易产生白口组织 。 3铁水温度低 、 粉状球化剂多