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球墨铸铁凝固时长原因以及球化孕育处理(一)、球墨铸铁件凝固时长原因
球墨铸铁件具有良好的力学性能和较好的铸造性能，在整个铸件生产选材中占有优势地位。虽然球墨铸铁凝固过程中石墨的析出将带来体积膨胀，但由于其糊状凝固方式，及石墨膨胀力导致的铸型型壁变形和位移，所以收缩缺陷、尤其是缩松是球墨铸铁件最常见的缺陷，也是导致铸件报废的主要原因之一。
缩松缺陷分为宏观缩松和微观缩松。宏观缩松是铸件内部成片分散存在的细小孔洞群。肉眼不可见的晶间孔洞称作微观缩松。准确分析球墨铸铁件的缩松形成机理，依此进行工艺改进、铸件质量预测和降低废品率，可以产生明显的经济效益。
目前，关于球墨铸铁缩松形成机理的研究主要集中在球铁的凝固特点、凝固过程和生产工艺三个方面。旨在依此综述球墨铸铁的缩松缺陷形成机理研究的状况。
球墨铸铁呈“糊状”凝固。与灰铸铁相比，共晶凝固时间长，共晶团数多，凝固膨胀压力大。球墨铸铁这些特有的凝固特点是缩松形成的根本原因。球墨铸铁的成分在共晶点附近，凝固断面上液-固两相区宽，当包围石墨的奥氏体临近接触时，尚未凝固的液态金属被分割成一个个不连续的熔池，失去了补缩通道，呈现出糊状状态。糊状凝固是球墨铸铁的固有属性。
球墨铸铁共晶凝固时间长的原因是共晶凝固方式为非共生共长方式。当石墨长大进入共晶阶段后，奥氏体壳已经形成，碳原子由铁液通过固态的奥氏体壳扩散到石墨球上，同时铁原子从石墨-奥氏体界面处扩散出去，这一过程比碳原子在铁液中的扩散速度要慢得多。因此球墨铸铁的共晶凝固时间较长。球墨铸铁的导热系数比灰铸铁小20%~40%，散热慢，所以球墨铸铁的凝固时间要比灰铸铁长。
由于石墨比容大于铁的比容，石墨析出时会引起体积膨胀。石墨球在奥氏体壳包围下生长，奥氏体壳相互接触后，石墨长大引起的体积膨胀受到阻碍，产生膨胀压力。由于铁液的孕育处理，球墨铸铁的共晶团数量约为灰铸铁的100~200倍。所以球墨铸铁的凝固膨胀压力要比灰铸铁大得多。
球墨铸铁共晶结晶时，由于加镁处理的结果，石墨球核心在液相中长到一定尺寸时，即被奥氏体包围，由于奥氏体外壳阻碍碳原子自熔液向石墨球扩散而使石墨球生长速度减慢，共晶反应除了靠已有共晶团长大完成外，还靠新的晶核析出和长大完成，因而共晶转变在一个较宽的温度范围内进行，导致铸件在很宽断面上固、液两相共存，呈糊状凝固。由于球墨铸铁呈糊状凝固，使得球墨铸铁件在浇注后，外壳长时间内刚度不够，共晶团接触后产生的凝固膨胀力在使奥氏体枝晶间隙增大同时也使不很结实的铸件外壳向外胀大，从而使铸件最后凝固部分得不到足够液态金属的补缩，形成缩松。
(二)、球铁球化孕育处理发展
多年来，许多工程师和研究人员都在研究一种提高铸铁球化和孕育效果的办法。薄壁球墨铸铁和厚壁球墨铸铁的球化方法和孕育处理工艺受到较大的重视。型内孕育由于孕育剂在型内进行，铸件凝固时间短，球化和孕育的效果好，是目前球墨铸铁球化和孕育处理的新发展。这种工艺是在浇注系统中设计孕育处理室，把孕育剂直接放入型内反应室或者放入冒口颈、横浇道或铸件内浇口的上游型腔内进行处理，在充型过程中完成孕育处理，具有良好的球化和孕育效果。进行型内孕育时要注意的问题有，所加的合金必须完全溶解，而且要保证从浇注开始直到终了都具有适当的浓度均匀性；不允许将未溶的剩余合金带入铸件内部，同时浇注系统要设计集渣装置，防止反应熔渣进入铸件。为了满足这两个方面的基本要求，首先从孕育剂的物理形状出发，合金的物理形状有：单一块状、松散粒状、密集粒状或根据需要而具有的特殊形状；一般国外采用单一块状合金的孕育剂，其尺寸设计应能保证在浇注终了时，孕育剂反应完全。型内孕育处理工艺的优点为处理过程反应平稳、孕育剂吸收率高、孕育衰退倾向较小。
稀土硅与球化剂同时添加后，普通孕育与型内孕育方法可以分别获得铸态薄壁新型高强度球墨铸铁件和Y型铸态高强度球墨铸铁件。利用高纯生铁(3.9%C(质量分数，下同)、0.01%Si、0.05%Mn、0.01%P、0.006%S)、电解铁、Fei-Si、Fe-Mn、S-Fe及纯铜，用10kHz，20kW的高频电炉溶制最终目标组成为3.7%C(质量分数，下同)、2.5%Si、1.0%Mn、0.02%P、0.012%S及1%～2.5%Cu的球墨铸铁原铁水；铁水温度1773K时用Fe-Si-Mg-RE(5.95%Mg(质量分数，下同)、2.35%RE)球化剂浇包法球化处理，考虑原铁水S含量RE目标值为0.05%，不足的RE量用RE-Si补充(其中w(RE)=31.7%)，与球化剂同时加入。球化反应后用质量分数为0.4%的Fe-Si进行孕育处理，在1673K时浇入!10mm试样铸型，用!10mm铸件加工为!6mm标准拉伸试样，进行拉伸试验。结果表明：w(Cu)=2.5%的试样抗拉强度超过1200MPa、伸长率3%、硬度310HB。获得与奥贝球墨铸铁相匹敌的铸态新型高强度、低硬度球墨铸铁。观察显微组织发现：其组织为无渗碳体析出的全珠光体基体上分布有球化良好的小球径石墨，而且珠光体很细化。分析认为：通过添加与原铁水中S量相对应的RE量，在铁水中形成充当石墨核心的硫化物，当石墨核心数增加到临界白口石墨球数以上时，石墨化作用抑制了渗碳体形成的同时，使锰、铜加入量提高成为可能；二者分布在珠光体基体上，锰促进珠光体中渗碳体形成，而铜阻碍固溶于奥氏体中的碳原子向石墨球扩散从而形成细化的珠光体基体，可以铸态获得高强度球墨铸铁。
泊头市艺兴铸造厂(http://www.btyxzz.com)主要产品有搅拌机配件、灰铸铁件、减速机轴、机械加工、龙门铣床加工等业务。
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