球鐵件常見缺陷與合金成分的相關性

球化不良是指球化處理沒有達到預期的球化效果。球化不良越嚴重，組織中厚片狀石墨數量愈多。其原因主要與原鐵液中S含量過高有關，S是主要的反球化元素，其含量應嚴格控制在0.06%以內。其次S、O等元素與Mg和RE元素有很強的親和力， 容易造成球化元素含量不足，故殘鎂量應不小于0.03%，殘留稀土量不小于0.02%。再者熔體 中可能存在銻、鉛、鈦等 反球化元素，其含量超出允許范圍時，也會影響球化效果。添加微量稀土元素可以有效中和這些元素的反球化作用。

    　球化衰退的特征是爐前球化良好，在鑄件上球化不好；或者同一包鐵液，先澆注的鑄件球化 良好，后澆注的鑄件球化不好。其原因是隨著澆注時間的延長，S不斷與Mg、RE反應，導致鎂和稀土不斷消耗。

    　預防球化衰退的措施有降低原鐵液中的硫含量；縮短鐵液停置時間；進行強制冷卻和使用冷鐵等，使鐵液凝固時間小于2h；加強覆蓋與扒渣；適當增加球化劑的用量，以獲得較高的殘鎂量，使殘鎂量控制在0.04%-0.05%范圍內。

    石墨漂浮是一種在鑄件上表面發生大量開花狀石墨球聚集的現象。石墨漂浮與鐵液碳當量密切相關。對一般球鐵而言，碳當量通常在4.3%-4.7%，但對于厚大斷面球鐵，為避免石墨漂浮，碳當量要降至4.2%-4.4%。過低的碳當量會使石墨球數減少，縮孔縮松傾向增大，因此，碳當量以接近共晶點為宜。除碳當量之外，石墨漂浮還受到鑄件壁厚和澆注溫度的影響。石墨漂浮程度隨碳當量、鑄件壁厚和澆注溫度的增大而增大。

    　元素偏析

    　在厚大斷面球鐵中，正偏析元素如Mn、Cr、V等碳化物形成元素會偏析于奧氏體晶界，其偏析傾向與碳化物形成傾向相一致，而負偏析元素如Si、Ni、Cu等石墨化元素則會偏析于奧氏體中，顯著影響球鐵的組織和性能。

   　 反白口

    　球墨鑄鐵厚大斷面和熱節部位常常出現反白口現象，并伴生有縮松等缺陷。其原因在于，厚大斷面和熱節部位的鐵液凝固時間長，合金元素易產生嚴重的成分偏析。當碳化物形成元素如錳、殘留稀土等偏析于最后凝固區域時，將使該區域白口傾向增大，同時球鐵的糊狀凝固特性往往造成凝固后期冷卻速率增大，從而導致反白口組織的形成。嚴格控制硅、錳及殘余稀土含量，強化孕育效果，增加石墨球數，減小鑄件各區域的冷速差，進行高溫退火處理均可有效地預防反白口組織的產生。

    　畸形石墨

   　 因冷卻速率小，共晶凝固時間長，厚大斷面球鐵易產生畸形石墨。在各種畸形石墨中，碎塊狀石墨最為常見。碎塊狀石墨產生于厚壁球墨鑄鐵的熱集中區，出現在“灰斑”斷口的位置，具有年輪狀結構，沿0001面取向排列，最后形成許多石墨分枝角椎體碎塊，碎塊狀石墨是大角度分枝，角錐體間的間隙大量充填著奧氏體，而球狀石墨則是小角度分叉，角錐體間緊密接觸，奧氏體殼包圍石墨球速度越慢，石墨變質越嚴重。

    　歸納起來，對碎塊狀石墨的形成機制存在三種不同的說法，球狀石墨破碎說、奧氏體殼破碎 說及楔子理論。普遍認為，厚大斷面球鐵易形成碎塊狀石墨的根本原因在于凝固時間長，熱過冷度低。然而，最近的研究發現Mg和稀土元素在厚大斷面中心部位的嚴重偏聚將導致石 墨形態惡化，碎塊狀石墨增多，使用冷鐵可以有效預防碎塊狀石墨的產生。這說明除熱過冷因素之外，微量元素及其氧化物的偏聚對碎塊狀石墨的形成具有顯著的影響，有關碎塊狀石墨的形成機制還有待于做進一步深入研究。

    　除上述碎塊狀石墨以外，畸形石墨還包括不規則球狀石墨，主要與孕育不充分或碳當量過低有關；片狀石墨，往往出現成于大斷面球鐵中最后凝固的部位，形成原因主要與原材料雜質元素含量高、殘余鎂量不足等因素有關，在未加入鈰元素或者加入的鈰元素被中和的情況 下，各種微量雜質元素如鉛、鈦、鉍等會促使片狀石墨的生成。爆裂狀石墨與鈰元素含量過 高有關。一般殘余鎂量控制在0.04%-0.06%范圍為宜。

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                 2023年8月30日