球墨（mò）铸铁（NodularCastIron）是（shì）一种具有优良力学性能的金属材料，通过在铁液中加入球化剂（jì）和孕育剂，让石墨（mò）呈（chéng）球状形核并长大而获得。20世（shì）纪40年（nián）代（dài），现代球墨（mò）铸铁由美国国际（jì）锡公司(INCO)青年科研人（rén）员K.D.Millis首先（xiān）研究成功。球墨铸（zhù）铁（tiě）在力学性能、物理性能、工艺（yì）性能、使用性（xìng）能上具有独特（tè）的优势，生产工艺简单，成本低廉，在机械、冶（yě）金（jīn）、矿山、纺织、汽车及船舶等领域应用广泛。

生产球墨铸铁时夹渣是zui常见的缺陷，其多出现在（zài）铸件浇注位置（zhì）的上平面（miàn）或型芯上表（biǎo）面部位。夹（jiá）渣缺陷严重影响铸（zhù）件的力学性能，特别是韧（rèn）性（xìng）和屈服强度，导致承压部位发生渗漏。

笔者所（suǒ）在单（dān）位生产的一种发电（diàn）设备铸（zhù）件前期（qī）经常出现铸件夹（jiá）渣缺陷而报废，针（zhēn）对此缺陷进行（háng）了（le）改进。

1.原工艺及缺陷状（zhuàng）况

铸件重量（liàng）为4500kg，材（cái）料为（wéi）QT400-18，呋（fū）喃树脂（zhī）自硬砂造型。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%，浇注温度为1350~1380℃。浇注系统采用半封（fēng）闭式（shì）、横浇道（dào）在分（fèn）型面的环形底注工艺，内浇（jiāo）道为4道φ35mm的陶（táo）瓷管，直浇道为φ80mm，横浇道截面（miàn）为：70/80mm×100mm，截面比为：F直：F横（héng）：F内=1∶2.99∶0.77，工艺方案如图1所示。这样设计出来的铸件（jiàn）缺（quē）陷主（zhǔ）要为（wéi）夹渣，位置在（zài）法兰背面和轴承上表面，形状不规则，无金属光泽，用渗透液或磁（cí）粉检（jiǎn）测，有时用肉（ròu）眼即（jí）可发现，如图2所示。

图（tú）1 工艺方案（àn）

图2 夹渣（zhā）缺陷分布（bù）

2.缺陷原因分析

（1）熔炼或球（qiú）化处理后，加入的熔剂和形成的熔渣在浇（jiāo）注时随金属液一（yī）起（qǐ）注入型（xíng）腔。

（2）金属液在浇注过程中镁、稀（xī）土、硅（guī）、锰、铁等二次氧（yǎng）化，产生的金属（shǔ）氧化物和硫化物、游离石墨（mò）等上（shàng）浮到铸件上表面或滞留在铸（zhù）件内的死角和砂芯下表面等处。

原工艺该铸（zhù）件的浇注压头（tóu）为（wéi）2.5m，铁液从浇（jiāo）口杯进入（rù）浇注系统后，直接由内浇道底返进入底（dǐ）法兰，进流速度大，约0.7m/s，进入（rù）型腔的（de）铁液（yè）紊流严重，且严重卷气，因（yīn）此铸件表（biǎo）面出现（xiàn）大量的渣，造成该产（chǎn）品（pǐn）的（de）废品率超过10%。

（3）由于含硫量过高（gāo），使金属（shǔ）液（yè）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（gè）组元（yuán）（碳、锰、硫（liú）、硅、铝（lǚ）、钛）之间或这些组元与氮（dàn）、氧（yǎng）之间发（fā）生化学反应（yīng），其氧化物与炉衬（chèn）、包衬、砂型壁或涂料之（zhī）间发（fā）生界面（miàn）反（fǎn）应（yīng）形成夹（jiá）渣。

3.改进方案

（1）熔炼时对原材料（liào）进行（háng）分拣，保证干燥、清（qīng）洁、无锈蚀（shí）。

（2）提高铁液出炉温度和球化（huà）处理（lǐ）温度，对浇包（bāo）进行充分烘烤（kǎo）。

（3）金属液在浇包内应静置一段时间（jiān），以利于渣（zhā）上浮。

（4）降低原铁液含硫量，在保（bǎo）证球（qiú）化前提下，尽可能（néng）减少球墨（mò）铸铁的（de）残留镁含量。

（5）浇（jiāo）注系统（tǒng）改进。为（wéi）保证铁液在充（chōng）填型（xíng）腔（qiāng）的过程中平（píng）稳、流畅，按大（dà）孔出流理论对浇注系统进（jìn）行了（le）改进，如图3所示。采用开放式浇（jiāo）注系（xì）统，通过增大进流截面降低（dī）进（jìn）流速度（dù）。铸件整体分散（sàn）进流（liú），快速充（chōng）型，保证（zhèng）浇口（kǒu）杯、直（zhí）浇（jiāo）道及时充满。

图3 改进后的浇注（zhù）系（xì）统

该铸件（jiàn）重4500kg，浇注（zhù）重量（liàng）6000kg，根据相关公式计（jì）算的浇注时间为60s，阻（zǔ）流截面积为（wéi）52cm2，即设计的开放式浇注系统的（de）直浇道截面积为52cm2。按照（zhào）标（biāo）准的陶瓷管（guǎn），则选择φ80mm的陶（táo）瓷管，截（jié）面积是50.24cm2，按照推荐的浇注系统比例（lì），设（shè）计的横浇道截面形状是矩形（9cm×6cm），则（zé）面积是108cm2，内浇道是（shì）13道φ35mm的陶瓷管，截面积是125cm2，则（zé）zui终的（de）截面比（bǐ）是F直（zhí）：F横：F内=1∶2.15∶2.49。

根（gēn）据上面计算的参数（shù）计算（suàn）得进（jìn）流速度为0.28m/s，进（jìn）流速度降低很多，是原工艺进流速度的（de）40%。充型（xíng）平稳，避免（miǎn）紊流，大大降低了铁（tiě）液（yè）二次氧化的机会，从而（ér）可以减少夹渣缺陷。

4.改进（jìn）后验证

采用（yòng）以上措施连（lián）续（xù）生（shēng）产15件，铸件没（méi）有（yǒu）再（zài）出（chū）现（xiàn）法（fǎ）兰（lán）和轴承上表面部位（wèi）夹渣缺陷，改进有效。类似（sì）的方法在其他产（chǎn）品（pǐn）上运用（yòng），也有明显效（xiào）果（guǒ）。

5.结语

大型球墨铸铁件易于在浇注位置上表面以及铁液流动的一些（xiē）死角区域产生夹（jiá）渣缺陷，这些缺陷可以通过熔炼（liàn）控制和浇注系统的改进来解（jiě）决。浇注系（xì）统形式以及参数选（xuǎn）择应能保证铁液平（píng）稳充型，为此浇注系（xì）统各组成部（bù）分面积、浇（jiāo）注时间需（xū）按（àn）照内浇道低速进流（liú）、铸（zhù）件整体快速充满的（de）原则来计（jì）算。