1、存在問題

通過金相，發(fā)現(xiàn)鑄件表面球化不良，異常組織為片狀石墨層，厚度在3～5mm，而且在片狀石墨與球形石墨之間存在一極薄蠕蟲狀石墨過渡區(qū)，如圖1所示。通過資料，發(fā)現(xiàn)許多文獻對采用樹脂自硬砂工藝生產(chǎn)的球鐵件表面出現(xiàn)的片狀石墨缺陷進行了報道，說明這種缺陷是一種普遍現(xiàn)象。

2、原因分析

       一般情況下,球鐵中出現(xiàn)片狀石墨的主要原因是鐵液凝固時球化元素不足（Mg）,或存在干擾元素，如S等。 我廠采用的樹脂為XY86-A呋喃樹脂，其技術(shù)指標如表1所示,加入量為1.0%(占砂) ；固化劑為SQ-A和SQ-B，加入量為30～50%（占樹脂）。SQ-A和SQ-B均為磺酸固化劑，都含有S元素，其技術(shù)指標如表2所示。通過實驗發(fā)現(xiàn)再生砂中的S元素含量較高，一般為0.1%左右，而球化后的鐵液中S元素含量則較低，小于0.02%。高溫下，砂型和鐵液組成的固/液界面之間，存在S元素的濃度梯度，S元素由砂型向鐵液中傳遞，差值越大，擴散能力越強。

   

    在高溫狀態(tài)下，S元素以SO2氣體形式或者S2-、SO32-離子形式通過涂料層，進入鐵液中，增加了表層鐵液中干擾元素的含量。S元素與鐵液中的Mg元素反應，生成MgO、MgSO3以及 MgS等Mg的氧化物和硫化物，降低鑄件表層的殘余Mg含量，使鑄件表層球化不良，出現(xiàn)片狀石墨組織。

3、 防止措施  

    由以上分析，可知鑄件表層球化不良的主要原因是，高溫下型砂中的S元素進入鐵液，降低了鑄件表層的殘余Mg含量。要防止球鐵鑄件表層出現(xiàn)異常組織，必須阻止型砂中的S在高溫下進入金屬液。可以從三個方面解決這個問題：一是降低型砂中S元素的含量，減少傳遞源；二是采取措施，阻止S元素由型砂向鐵液的傳遞，從傳遞過程上解決；第三則是增加鐵水中殘余Mg含量，抵消S 的影響。具體有以下幾種方法： 

    3．1減少傳遞源  

        (1)降低再生砂的灼燒減量 

    再生砂中的硫元素與再生砂的灼燒減量有一定的比例關(guān)系。當灼燒減量高時，再生砂中S元素含量也高，在磺酸固化劑加入量以及型號不變的情況下，型砂中的S元素含量也會升高。高溫下，S元素在砂型與鐵液界面處濃度梯度隨之增大，型砂中的S元素向鐵液中擴散的動力也會增大，進入鐵液中的S增多，滲入深度加深，表面球化不良加重。降低再生砂的灼燒減量不僅能降低型砂中的硫含量，還能降低型砂的發(fā)氣量，降低鑄件產(chǎn)生氣孔的幾率。 

          (2)采用低硫磺酸固化劑   

    型砂中的硫元素，主要來自于磺酸固化劑。有研究表明，型砂中的S元素很難通過一般機械再生的方法降下來，控制源頭是最好的方法。在再生能力一定的條件下，采用低S固化劑，能有效降低鑄型和再生砂中的硫含量，從而從根本上解決表面層球化不良現(xiàn)象。 

    (3)降低固化劑的加入量  

    固化劑的加入量直接影響著型砂的硬化速度。在滿足初始強度要求的條件下，應盡可能的降低固化劑的加入量，不僅能降低鑄型和再生砂中的硫含量，還能降低成本。降低固化劑的加入量，型砂硬化速度變慢，鑄型的終強度能得到一定程度的提高。但是固化劑加入量不能太低，否則較短的時間內(nèi)很難將其混勻，使得型砂強度分布不均勻，表面穩(wěn)定性也差。 

         (4)降低砂鐵比以及吃砂量

    在相同的澆注溫度下，鑄型采用較低的砂鐵比以及吃砂量，型砂中的樹脂固化劑能得到較多的燒損，再生砂的灼燒減量以及S含量都會變低。采用較低的砂鐵比以及吃砂量，不僅能降低S元素在鑄型與金屬液界面的傳遞動力，還能降低型砂、樹脂和固化劑的使用量以及再生系統(tǒng)的工作量。 

         (5)使用不含硫元素的固化劑  

    磷酸等為無機固化劑，不含S元素，能從根本上解決鑄件表層球化不良問題。磷酸高溫下潰散性差，再生砂中的磷酸鹽易沉積，反復使用時，鑄件表面會出現(xiàn)磷共晶組織，樹脂砂強度也會下降，一般只用于一次性使用的自硬砂中。  

   （6）加入新砂

    新砂中不含S元素，在再生砂中加入新砂，能降低型砂中S元素的含量，應避免使用100%的再生砂。但是新砂加入量不能太高，否則會增加樹脂固化劑的加入量，反而增加型砂中S元素的含量。

    3．2 截斷傳遞途徑

   （1）阻硫涂料   

    這里的阻硫是指在涂料中添加其他物質(zhì)，如MgO。當硫元素以SO2、SO2-和SO32-的形式通過含有MgO的涂料層進入鐵液時，能被涂料層中的MgO所吸收。

  SO2+MgO→ MgSO3

     SO23-  +Mg2+  →  MgSO3

      S2-   +Mg2+  → MgS

       （2）提高鑄件的冷卻速度

    冷卻速度越慢, 鐵液保持液態(tài)的時間也就越長，對砂型熱作用時間長，使固化劑受熱分解量增加，同時增加了硫元素的擴散時間，球化衰退加劇。提高鑄件的冷卻速度，能有效的減少硫元素的擴散時間，降低球化衰退效果。在使用冷鐵提高冷卻速度的情況下，鐵液不與樹脂砂接觸, 而與冷鐵接觸, 凝固加速, 形成硬殼, 也在一定程度上避免了硫元素的滲入。 

   （3）降低澆注溫度

    在保證不出現(xiàn)其他缺陷的情況下，盡可能降低澆注溫度。降低澆注溫度, 能減少硫元素與液態(tài)金屬的接觸時間，減少硫元素的擴散，消弱球化衰退效果。

     3．3 抵消S 的影響 

    （1）增加鐵液殘余Mg含量

     提高稀土鎂球化劑的加入量，增加鐵液殘余Mg含量，消耗擴散到鐵液表層的干擾元素S。這樣做并不能完全消除擴散到表層的S元素，所以增加鐵液殘余Mg含量。只能使表層片狀石墨區(qū)減薄，并不能完全消除。殘余Mg含量不能過高，否則鑄件會出現(xiàn)渣眼、 縮松、 氣孔等缺陷，嚴重時鑄件出現(xiàn)滲碳體組織，惡化鑄件機械性能。

    3.4 采取的措施 

    通過以上分析，結(jié)合我廠的實際情況，我們采取了以下措施：

   （1）增加灼燒減量和再生系統(tǒng)的檢測、檢修力度，將灼燒減量降至2%以下。此時再生砂中的S含量約在0.05%左右，在很大程度上降低了型砂與鐵液界面S元素的擴散動力。       

   （2）降低澆注溫度，將澆注溫度降至1350℃以下，減少S元素與液態(tài)金屬的接觸時間, 減少硫元素的擴散。 

   （3）提高殘余Mg含量，將殘余Mg由0.03～0.04%增加到0.04～0.06%。

    采取這些措施以后，我們將片狀石墨層厚度控制在了1mm以下如圖2所示，滿足了客戶的使用要求。

4、結(jié)論  

有機磺酸固化劑的使用，使樹脂砂再生砂中含有較高的S元素。采用樹脂砂工藝生產(chǎn)球 墨鑄鐵時，鑄件表層易因球化衰退而出現(xiàn)片狀石墨，通過降低灼燒減量、降低澆注溫度、提高殘余Mg含量等措施使這種缺陷得到很好的控制。

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