PDF《灰铸铁中常见的冶金缺陷》

在电炉熔炼当中,则是使用了质 量差的氮含量高的增碳剂;

在制芯和造型中使用树脂粘结剂也可能导致但在铸件的局部累 积,特别是在潜在的热节处. 一般情况下应把薄壁铸件中 N 的含量限制在 120ppm 以内,中厚壁的含量限制在 80ppm 以内,在没有芯子的铸件截面附近一般不会出现 N 气孔,此外,对认真的选择原材料也能 减少 N 气孔的出现.Ti 和Zr 能够中和 N 的有害作用,但是使用 Ti 是要小心,因为如前面 讨论的那样,在较高的 Al 含量和水的含量下,Ti 的存在易使铸件产生氢气孔.提高浇注温 度和增加碳当量有助于减少氮气孔缺陷的发生几率. 一般情况下,很难区分出氢气孔和氮气孔,分析缺陷试样有助于显示控制元素的是否在 合理的范围之内,然而有时也会出现具有氢气孔和氮气孔特征的,在这种情况下,这些元素 对形成氢气孔和氮气孔起了共同的作用, 因此必须采取严密的控制措施来检查缺陷的发生原 因. 一氧化碳气孔 CO 气孔是灰铸铁中第三种常见的气孔缺陷,图3显示了典型的 CO 气孔缺陷的例子, 这种缺陷经常能够在铸件皮下看见. 像这儿描述的 CO 气孔直径有几个 mm, 在的铸件中, 大的 CO 气孔可以塞进一只拳头, 其内部常有渣或者硫化锰渣,在其内部也能发现伸进内壁的突出物. Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 灰铸铁中的表面渣孔 聚集的渣的特写 图3一氧化碳气孔 造成这种缺陷最普通的原因就是铁水包和出铁口内的铁液没有清理干净, 这将导致较低的浇 注温度和 MnS 渣或者氧化物渣在下一包中铁水的聚集.最终这些渣多到一定量就会发生下 面的反应: MeO + C = Me = CO 这种缺陷归因于铁液中过量的 Mn 和S,Mn 和S的关系应根据下式来计算 %Mn = %S + 0.3 通过完全清理浇包和出铁口,使用干净的浇包和阻止渣在铁液中的累积,增加浇注温度 也会对减少 CO 气孔会有所帮助. 收缩缺陷 缺陷的简图 显示了金属表面和内部枝晶的缩孔特写 图4:热节收缩缺陷 Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 图4显示的例子是典型的收缩缺陷,缩孔的内壁表面有点型的树枝张枝晶,但是内壁没有 石墨膜, 石墨膜的出现一般与铸件的气孔缺陷有关. 如图描述的收缩缺陷出现在铸件热节的 中心, 该处铸件较小的圆角和不良的浇注系统设计促使形成了此缺陷, 此外热节周围松软的 砂型对此缺陷的形成也起了一定的作用. 实际上,在铸件上发现的大部分的收缩缺陷的原因都归因于松软的砂型,除此之外,还 有几种收缩形成的原因: ? 厚壁处的铸件补缩不良或内浇口不够 ? C 低或者碳当量低, 从而造成在凝固过程中没有足够的较低密度的石墨析出来抵消凝固 过程中的收缩. ? 铸型没有夹紧或者压铁重量不够造成抬箱 ? 孕育不足和过量孕育也能导致收缩缺陷. 前一种情况导致了没有足够的石墨析出, 而后 一种情况导致了过多的共晶团,太多的共晶团也能导致共晶团之间的缩松. ? 含硫量超过 0.1%也能促进缩松缩孔的形成,较高的浇注温度也一样. 晶间碳化物 图5:晶界附近的碳化物 现在的铸造产业必须面临所使用的废钢质量下降的问题. 现在铸造厂所使用的废钢的微量元 素含量比以前更高了, 这就导致了出现晶间碳化物发生几率的增加. 在厚壁铸件中应特别注 意这种情况,厚壁处较长的凝固时间使有害元素如 Mo、V、Ti、Cr、Mn 在晶界上析出和聚 集. 在某种情况下, 增加孕育剂使用量和使用强效孕育剂可以冲淡碳化物成元素, 从而避免碳化 物的形成, 但是应注意到碳化物元素形成碳化物的效果是累加的. 另外对于有些碳化物形成 的碳化物,如Cr 和Mo,是不能通过随后的热处理来消除这些碳化物的. Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 通过控制原材料特别是废钢以及优化孕育剂的加入方法可以避免晶间碳化物的产生. 增加碳 当量也有助于稀释有害的微量元素. 魏氏体石墨: 图6显示了经典的魏氏体石墨组织.这种组织-有时也被称作短棒状石墨-当微量元素如 pb、 Bi、Sb 的含量高时易在铸铁组织中发现. 特别是铸件的壁厚比较大时,在有氢的存在条件下,Sb 促进魏氏体石墨的形成.Bi 和Sb 的作用一样.产生这种石墨的普通原因就是 Pb,当铅的含量为 0.0005%时就有可能促进 魏氏体石墨的形成. 魏氏体石墨组织图 魏氏体石墨的特写 图6:魏氏体石墨的组织照片 一般情况下铅来自于废钢种的易切钢,被油污染的废料、带有搪瓷的废钢,镀锌铁板、或被 轴承合金污染的废钢,使用废弃的含铅汽油发动机作为回炉料也是铅的一个来源. 魏氏体石墨对灰铸铁的力学性能有着灾难性的影响, 石墨上的尖钉起着裂纹的作用, 极大的 降低了灰铸铁的抗拉强度. 用电炉熔炼时铅的含量会上升, 而用冲天炉熔炼时则很少出现这种状况, 因为铅在加入的批 料中铸件消失了. 一般铅在灰铸铁中的含量超标以后, 很少有有效的措施来减少铅的含量, 除非使用含有稀土 的孕育剂或者是预处理剂来将铅从灰铸铁中清除出来. Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 斯氏体 厚壁件中的斯氏体 薄壁件中的斯氏体 图7:灰铸铁中的磷共晶 斯氏体-一般叫做磷共晶-实际上是一种磷化铁的析出物.除非铸铁中含有过量的磷共晶或者 在晶界上磷共晶被发现,一般情况下,这不被被认为是一种铸造缺陷. 当铸铁中的磷在合适的范围之内,磷能够提高铁液的流动性和铸件的耐磨性,少于的 0.04% 的可能导致铸件渗漏,大于 0.04 的磷会使在晶界上析出连续的斯氏体,这会使铸铁产生收 缩缺陷和使铸铁变脆. 除了降低原材料中磷的含量之外, 还可以通过加大孕育量和冷却速率来减少铸铁中斯氏体的 含量. 应该仔细检查废钢和原材料避免家庭供暖用铸件作为炉料,还应该对生铁的磷含量作分析, 因为有些品牌的生铁磷含量比较高. 渣 灰铸铁中的夹渣 显示了多相的夹渣特写 图8夹渣缺陷 Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 夹渣也有可能像在这儿描述的一样在铸件表面被发现, 也有可能在铸件内部发现夹渣. 砂粒 周围没有脱碳层并且夹渣是多相共存的,可以通过这种特征来识别夹渣. 在熔炼和浇注过程中扒渣不充分或者由于渣在在浇包和出铁口的累积是造成夹渣的主要原 因-这一部分已经 CO 气孔那一部分介绍过.在浇注系统中设置集渣包或过滤器有助于除渣, 但却对解决夹渣的跟没原因没有帮助, 因为这是不能代替良好的除渣行为的. 当铁水的压头 过大或者浇注系统中存在着紊流就有可能导致渣的产生. 花费时间来仔细检查浇注系统的设 计和熔炼的除渣措施对消除渣的产生是值得的. 夹砂 本为讨论的最后一个缺陷是与砂子有关的. 如图