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【铸造技术】怎样通过控制碳当量来避免球墨铸铁薄壁件出现白口?
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  如今,薄壁的生产需求在逐年增加。壁厚要求越来越薄,2毫米至3毫米间的薄壁件也非常普遍了。所以,普及薄壁铸造件,研究薄壁铸造件技术,就非常有必要了。

  避免薄壁球墨铸铁件出现白口的措施是选用合适的化学成分和提高铁水孕育效果。其中选择提高铸件碳当量是最主要的方法。提高碳当量能增加铁水的碳活度,减少铁水共晶转变过冷度,保证石墨形核。薄壁铸件的碳当量应高于一般球墨铸铁。根据科研试验数据和现场生产试验结果,为了避免碳化物,壁厚2.5---3毫米球墨铸铁件的碳当量不宜低于4.6%。

  判断碳当量是否合适除了化验外,还可以观察浇注薄壁件的铁水凝固后产生的石墨球数来判断碳当量是否适合。这是一项非常实用和有效的方法。薄壁球墨铸铁件碳化物的生成与该铸件石墨球数之间存在着一定关系。增加球数可以减少碳化物生成。球状石墨数量不但能判断铸件碳当量是否合适,而且是铁水孕育处理效果、铸件冷却速度、铁水过热程度和浇注温度等诸多因素的综合反映。

  下图所示曲线显示1.0---1.5毫米球墨铸铁试样的石墨球数。这些数据来自浇注的薄片试样检测结果。图中各黑点均表明相应断面厚度的临界石墨球数。凡球数超过曲线所示临界值时,断面内不出现共晶碳经物。相反地,球数少于临界值的断面中将有可能存在共晶碳化物。而且球数与临界值相差越多,碳化物的生成量也越多。

  另一项试验指出球墨铸铁的石墨球数对碳当量变化的影响。下面这张图显示化学成分为碳等于3.65%,硅等于2.4%---3.4%,锰小于101%,镁等于0.03%--0.045%,稀土等于0.005---0.009的铁水经过出铁槽75硅铁孕育及二次瞬时孕育后,2毫米存试样上碳当量和球数的关系。图中空白点成分的试样无碳化物生成,黑点成分试样的碳化物体积分数大于1%。回归分析导出的数据形成图中的实践,此实线为厚度2毫米铸壁不出现碳化物的临界数值。由此图可见,碳当量低于4.6%(4.4%---4.6%)或石墨球密度低于每平方毫米700个时,2毫米试样内存在碳化物的概率很高。

  硅的质量分数对临界石墨球数也有影响。碳当量相同时,含硅较高可增加球数。基体中铁素体含量相同时,含硅较高也可增加球数,都能消减铸件中的共晶碳化物。上术经过实验验证的数据显:薄壁球墨铸铁件都存在一个可以避免共晶碳化物出现的最低球数。

  除碳硅含量外,铁水中存在碳经物形成元素(锰、铬、钼、钒等)也促进薄壁铸件产生白口。有人曾以碳当量等于4.65%的球墨铸铁水,浇注3毫米厚、长度为100毫米球墨铸铁试样,组织中发现晶间碳化物。试验表明:薄壁球墨铸铁是否出现晶间碳化物与铁水同碳化物形成元素分数有关。锰促使碳化物生成,磷会形成磷共晶。必须严格限制这两种元素的含量。如果没有降低含硅的特殊要求,薄壁球铁件的含锰量不应超过0.2%。一般在01%--0.2%之间。含磷量也应尽可能低。含磷量超过0.06%,即可在金相组织中看到磷共晶存在。铸态使用的薄壁球墨铸铁中,磷的质量分数不宜超过0.03%。

  铬、钼、钒、钛等碳化物形成元素大多数来源于炉料。生铁或回炉料中可能含有这些元素。因此,熔炼前应检查炉料中这些元素的总量,一般不要超过0.25%。

  除了常存元素和合金元素外,还应注意残余镁量。球化处理时加入球化剂过多或镁的吸收率超过预期都能致铸件残余镁量过多,而使薄壁球铸铁件产生白口。采用稀土镁球化剂时,残余镁量为0.04%即可使2.5---3.0毫米断面中出现碳化物。

  铸造壁厚小于或等于3毫米薄壁球墨铸铁件一般应采用过共晶成分铁水,建议在下列范围内选取铸件化学成分:

  稀土等于:4.6%--4.85%

  硅等于2.4%---2.7%

  锰等于0.1%---0.2%

  磷等于或小于0.03%

  硫小于或等于0.02%

  镁等于0.045---0.4%