球墨鑄件球化不良、石墨漂浮和夾渣的金相缺陷分析在球鐵生產中，往往因處理工藝及原材料等原因，會使鑄件產生各種缺陷，從而影響鑄件的內在質量，降低鑄件的力學性能。筆者就多年來在球鐵金相分析中所觀察到的球化不良、石墨漂浮和夾渣三種缺陷作一分析，提出防止缺陷產生的辦法，以減少廢品，提高球墨鑄件合格率。2　球化不良(1)宏觀特征　球化不良表現在鑄件斷面上出現芝麻點的黑斑，愈接近鑄件中心，黑色斑點愈密集，隨著球化不良的嚴重程度增加，黑點的直徑也隨之增大，數量也在增加。(2)微觀特征　金相觀察為集中分布的厚片狀石墨，極少量的球狀石墨，且球狀石墨特別圓，見圖1。在厚片狀石墨周圍出現鐵素體組織，這種組織使球鐵的力學性能急劇下降。(3)原因分析　形成球化不良的主要原因是球化反應時中間合金數量不夠所造成①合金加入量少;②球化劑數量合適，但鐵水中含硫量高;③鐵水被氧化致使鎂量燒損而造成球化劑含量不足等原因。(4)生產中防止球化不良應采取的措施　①球化劑要有足夠的加入量;②在球化處理時，應盡量防止鎂的燒損，提高球化劑吸收率;③嚴格控制原鐵水含硫量，應選用低硫生鐵;④鐵水溫度應控制在工藝要求范圍內，鐵水溫度過高會產生球化劑燒損過多，溫度過低合金易“結死”，均會產生球化不良。3石墨漂浮(1)宏觀特征　石墨漂浮常出現于鑄件上表面、試塊邊緣及冒口底部，在斷口上表面出現一層界限明顯且平整的黑斑。(2)微觀特征　其石墨聚集，呈開花狀和枝荔狀，有的完全爆裂，見圖2。這種組織嚴重削弱了球鐵的力學性能，使材料的強韌性指標明顯下降。(3)原因分析　產生石墨漂浮的主要原因為碳硅當量過高(碳當量 4.55%)。當碳硅當量超過共晶成分，因澆鑄溫度高，鐵水在凝固前就析出石墨，若液態停留一段時間，此時石墨長大并聚集，由于石墨的密度遠比鐵水輕，聚集石墨易上浮，有時夾雜物也被帶到鑄件的上表面，從而在鑄件上表面產生石墨漂浮;在同等條件下(碳當量相同)，鑄件愈大，澆鑄溫度愈高，冷卻速度越慢，則鐵水在鑄型內保持高溫液態時間長，石墨有足夠的上浮時間，因而石墨漂浮愈嚴重。(4)防止石墨漂浮應采取的措施　①嚴格控制碳硅當量，碳不應超過4%，硅不應超過3%，厚大鑄件的碳硅量應更低;②提高冷卻速度，在壁厚處放置冷鐵等;③加入少量強烈阻止石墨化的元素，如加入鉬可防止石墨漂浮;④嚴格控制稀土元素殘留量。4夾渣(1)宏觀特征　夾渣分布于球墨鑄件上表面及鑄件的死角處，夾渣在斷面上呈斷續的暗黑色區域或斑點，無金屬光澤。(2)微觀特征　有硫化物(MgS，FeS)及氧化物(MgO，SiO2，FeO，Al2O3)，在夾渣區除有球狀石墨外，還有類片狀石墨，見圖3。夾渣的出現大大的降低了球鐵的力學性能，特別是伸長率及沖擊韌性下降更明顯。(3)原因分析　鐵水中硫含量和殘余鎂量過高，加之澆鑄溫度過低，形成了夾渣缺陷。(4)防止產生夾渣的措施　可采用降低鐵水中硫含量(硫含量應控制在0.03%～0.04%)及殘留鎂量≤0.05%;控制足夠的稀土量、提高澆鑄溫度(≥1300℃)，使熔渣易于上浮，減少夾渣;球化處理后須多次扒渣，以免非金屬夾渣物留在鐵水中造成夾渣。此外，在澆鑄時，減少鐵液在空氣中停留的時間，以免鐵液流在澆鑄時產生氧化而生成二次渣的機會。5結論對上述生產中出現的球化不良、石墨漂浮和夾渣三種球鐵金相缺陷，通過采取相應地措施，控制各種缺陷的產生，減少廢品，提高了球墨鑄件的內在質量。球墨鑄鐵以其優良的性能，在使用中有時可以代替昂貴的鑄鋼和鍛鋼，在機械制造工業中得到廣泛應用。國際冶金行業過去一直認為球墨鑄鐵是英國人于1947年發明的。西方某些學者甚至聲稱，沒有現代科技手段，發明球墨鑄鐵是不可想象的。1981年，我國球鐵專家采用現代科學手段，對出土的513件古漢魏鐵器進行研究，通過大量的數據斷定漢代我國就出現了球狀石墨鑄鐵。有關論文在第18屆世界科技史大會上宣讀，轟動了國際鑄造界和科技史界。國際冶金史專家于1987年對此進行驗證后認為：古代中國已經摸索到了用鑄鐵柔化術制造球墨鑄鐵的規律，這對世界冶金史作重新分期劃代具有重要意義。鑄鐵件在凝固和以后的冷卻過程中要發生體積收縮或膨脹，這種體積變化往往受到外界和鑄件各部分之間的約束而不能自由地進行，于是便產生了鑄造應力。如果產生應力的原因消除后，鑄造應力隨之消除，這種應力叫做臨時鑄造應力。如果產生應力的原因消除后鑄造應力仍然存在，這種應力叫做鑄造殘留應力。鑄件在凝固和隨后的冷卻過程中，由于壁厚不同，冷卻條件不同，其各部分的溫度和相變程度都會有所不同，因而造成鑄件各部分體積變化量不同。如果此時鑄造合金已經處于彈性狀態，鑄件各部分之間便會產生相互制約。鑄造殘留應力往往是這種由于溫度不同和相變程度不同而產生的應力。研究表明，鑄造殘留應力與鑄件冷卻過程中各部分的溫差及鑄造合金的彈性模量成正比。過去很長的時期里，人們認為鑄造合金在冷卻過程中存在著彈塑性轉變溫度，并認為鑄鐵的彈塑性轉變溫度為400℃左右。基于這種認識，去應力退火的加熱溫度應是400℃。但是，實踐證明這個加熱溫度并不理想。近期的研究表明，合金材料不存在彈塑性轉變溫度，即使處于固液共存狀態的合金仍具有彈性。為了正確選擇去應力退火的加熱溫度，首先讓我們看看鑄鐵在冷卻過程中應力的變化情況。圖1是用應力框測定的灰鑄鐵冷卻過程中粗桿內應力的變化曲線。在a點前灰鑄鐵細桿已凝固完畢，粗桿處于共晶轉變期，粗桿石墨化所產生的膨脹受到細桿的阻礙，產生壓應力，到達a點時，粗桿的共晶轉變結束，應力達到極大值。從a點開始，粗桿冷卻速度超過細桿，二者溫差逐漸減小，應力隨之減小，到達b點時應力降為零。此后由于粗桿的線收縮仍然大于細桿，加上細桿進入共析轉變后石墨析出引起的膨脹，粗桿中的應力轉變為拉應力。到達c點時粗桿共析轉變開始，細桿共析轉變結束，兩桿溫差再次增大，粗桿受到的拉應力減小。到達d點時，粗桿受到的拉應力降為零，粗桿所受到的應力又開始轉變為壓應力。從e點開始，粗桿的冷卻速度再次大于細桿，兩桿的溫差再次減小，粗桿受到的壓應力開始減小。到達f點時，應力再度為零。此時兩桿仍然存在溫差，粗桿的收縮速度仍然大于細桿，在隨后的冷卻過程中，粗桿所受到的拉應力繼續增大。從上述分析可以看出，灰鑄鐵在冷卻過程中有三次完全卸載（即應力等于零）狀態。如果在其最后一次完全卸載（即f點）時，對鑄件保溫，消除兩桿的溫差，然后使其緩慢冷卻，就會使兩桿間的應力降到最小。對灰鑄鐵冷卻過程中的應力測定表明，灰鑄鐵最后一次完全卸載溫度在550～600℃。這與實際生產中灰鑄鐵的退火溫度相近。為了提高去應力退火的實際效果，加熱溫度最好能達到鑄件最后一次完全卸載溫度。在低于最后一次完全卸載溫度時，加熱溫度越高，應力消除越充分。但是，加熱溫度過高，會引起鑄件組織發生變化，從而影響鑄件的性能。灰鑄鐵件，加熱溫度過高，會使共析滲碳體石墨化，使鑄件強度和硬度降低。對于白口鑄鐵件，加熱溫度過高，也會使共析滲碳體分解，使鑄件的硬度和耐磨性大幅度降低。普通灰鑄鐵去應力退火的加熱溫度為550℃。當鑄鐵中含有穩定基體組織的合金元素時，可適當提高去應力退火溫度。低合金灰口鑄鐵為600℃，高合金灰口鑄鐵可提高到650℃。加熱速度一般為60～100℃/h。保溫時間可按以下經驗公式計算：H＝鑄件厚度/25＋H"，式中鑄件厚度的單位是毫米，保溫時間的單位是小時，H"在2～8范圍里選擇。形狀復雜和要求充分消除應力的鑄件應取較大的H"值。隨爐冷卻速度應控制在30℃/h以下，一般鑄件冷至150～200℃出爐，形狀復雜的鑄件冷至100℃出爐。表1為一些灰鑄鐵件的去應力退火規范，供參考。網址:www.btjlx.comhttp://www.jlxzz.com/