如何避免球化不良与衰退？

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：大型球墨铸铁曲轴，因壁厚、质量大及冷却速度较缓慢等特点，较易产生球化不良与球化衰退缺陷，使球化等级和力学性能达不到技术要求。但不能过多地加入球化剂，以免产生其他的不良影响。生产大型球墨铸铁曲轴时，可根据实际条件，适当添加部分或全部采用钇基重稀土镁复合球化剂，减缓球化衰退，有利于保证曲轴厚断面中心部位球化良好。

大型球墨铸铁曲轴，因壁厚、质量大及冷却速度较缓慢等特点，较易产生球化不良与球化衰退缺陷，使球化等级和力学性能达不到技术要求。

一、球化不良

球化不良的金相组织中只有部分球状、团絮状石墨，其余为片状、厚片状、蠕虫状及碎块状石墨等。产生球化不良缺陷的主要原因及主要预防措施如下。

1.球化元素的残余量低

为了使石墨球化良好，根据铸件特性及原铁液中化学成分等情况，必须加入适量的球化剂，保证有一定量的残余球化元素——镁和稀土。对于稀土镁球墨铸铁，残余镁量一般大于0.03%，残余稀土量为0.02%～0.03%。

2.原铁液中含硫量高

硫是强烈的反球化元素。含硫量越高，球化剂的消耗量越大，从而会严重影响石墨球化。因此，必须相应提高球化剂的加入量。

为保证球化顺利进行，要合理选择各种原材料，严格控制熔炼过程，并采取有效的脱硫措施，使原铁液中硫的质量分数分别达到：电炉，＜0.02%；冲天炉，＜0.03%。

3.呋喃树脂砂中的含硫量高

大中型球墨铸铁曲轴普遍采用呋喃树脂砂造型，用二钾苯磺酸作硬化剂。旧砂经多次反复使用，使含硫量逐渐提高。铸型表层型砂中的硫渗入铸件表层，并与表层中的球化剂镁作用，生成MgS，结果是使镁失去球化作用，从而使铸件表层产生局部球化不良缺陷，小型铸件的深度可达1～4mm，大型厚壁铸件甚至可达4～8mm。

防止这种局部球化不良缺陷的根本措施，是尽量降低呋喃树脂砂中的含硫量。例如：靠近铸件表层不用或少用旧砂，尽量用新砂；适当降低树脂、固化剂的加入量，并严格控制其质量；在铸型表面涂刷优质的阻硫涂料；适当加快铸件的冷却速度等。

4.铁液氧化

原材料的严重锈蚀、熔化及过热中的过度氧化，使得铁液中的FeO含量增加。导致在球化处理过程中，要消耗更多的镁，使残余镁量不足。

5.球化处理温度过高

如果球化处理温度过高，会使球化反应过于激烈，镁的氧化烧损将急剧增加，致使残余镁量过低。

根据铸件特性，在能保证所需的浇注温度的前提下，宜取较低的球化处理温度，这样可以提高镁的吸收率。

6.球化剂覆盖不当

采用冲入法时，若稀土镁球化剂的块度及覆盖措施（如覆盖材料种类、数量及紧实度等）等不当，会使球化剂上浮、过早全部熔化或部分呈熔融状凝结在凹坑底部而未熔化等，这些情况会影响球化元素的吸收率，导致球化元素的残余量不足。

为此，要严格采取有效的覆盖措施，使球化剂在预设时间内进行球化反应，达到全部熔化，以保持正常所需的残余量。采用喂线法即可避免这些问题的产生。

7.炉料中含有微量反球化元素

铸造生铁、废钢及废铸铁等炉料中，可能含有微量的反球化元素，如钛、铅等。当其含量超过允许范围时，就会影响球化效果。

为此，要加强对炉料的监管，禁止使用含有微量反球化元素的炉料。稀土具有中和反球化元素的能力，故须保持一定的残余稀土量。

8.孕育效果差

由于孕育处理（如孕育剂的材料、数量及处理方法等）不当，影响到孕育效能；或者由于孕育处理后的停留时间过长而引起孕育衰退等，均会使石墨球的数量减少和石墨球不圆整，严重时甚至会使部分石墨由球状变成厚片状或片状。即使铁液中球化元素的残余量较高，球状石墨也会遭到破坏，而且“白口”倾向大，基体组织中将出现较多的游离渗碳体。因此，要进行大孕育量、多频次的孕育处理，如炉前孕育、随流孕育、型内孕育和添加其他微量元素强化孕育等，以提高孕育效能。

二、球化衰退

球化衰退的主要特征是在炉前检验时球化良好，而在铸件上不好；或铸件表层的球化好，而中心区域不好等。特别是在大型球墨铸铁曲轴厚断面的中心部位，容易出现球化衰退现象。

球化衰退的基本原因是球化元素镁、稀土与氧的亲和力大于与硫的亲和力，所以不断地生成MgS、Re₂S₂，它们又不断地被空气中的氧所氧化，硫又重新从浮渣进入铁液中，循环进行。致使镁量和稀土量随着铁液停留时间的延长而发生衰减，使残余量不足而出现球化衰退。

减少球化衰退的主要措施如下：

1）铁液经球化、孕育处理后，尽量缩短停留时间。尤其是大型曲轴，因铁液量多，从球化处理到浇注全过程工序繁多，应在10～15min内结束。

2）降低原铁液中的含硫量。如果原铁液中的含硫量高，则球化剂的消耗量多，并生成较多的硫化物渣，将更加速球化衰退。因此，应尽量降低原铁液中硫的质量分数（小于0.02%）。

3）适当增加球化剂用量。当原铁液中的含硫量偏高时，应适当增加球化剂的加入量。但不能过多地加入球化剂，以免产生其他的不良影响。

4）加强覆盖与除渣。在球化、孕育处理过程中，应采用珍珠岩粉、冰晶石粉等稀渣、除渣剂，加强覆盖和反复多次扒渣，以减少与空气接触所造成的氧化程度和熔渣量。

5）适当采用钇基重稀土镁复合球化剂。稀土铈、钇的沸点比镁高，在一般的铁液温度下，不会产生气化。此外它们的氧化物、硫化物的熔点较高、密度较大，上浮速度较慢。所以，铈、钇的衰减速度比镁慢。生产大型球墨铸铁曲轴时，可根据实际条件，适当添加部分或全部采用钇基重稀土镁复合球化剂，减缓球化衰退，有利于保证曲轴厚断面中心部位球化良好。

6）适当加快铸件的冷却速度。大型曲轴的铁液量多、壁厚、冷却速度较缓慢，尤其是厚断面的中心部位，最易出现球化衰退。所以，必须采取措施适当加快曲轴整体，特别是肥厚部位的冷却速度。如采用砂衬金属型、设置冷铁和浇注竖箱后，立即向铸型喷水等，可减少或消除球化衰退。

如何避免球化不良与衰退？

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