球墨鑄鐵的案例
球墨鑄鐵的鑄造性能與鑄造工藝特點(diǎn)
球墨鑄鐵由于石墨球在長(zhǎng)大后期被奧氏體殼包圍，其長(zhǎng)大需要通過(guò)碳原子的擴(kuò)散進(jìn)行，因而凝固過(guò)程進(jìn)行較慢，以至于要求在更大的過(guò)冷度下通過(guò)在新的石墨異質(zhì)核心上形成新的石墨晶核來(lái)維持共晶凝固的進(jìn)行。因此，球墨鑄鐵在凝固過(guò)程中在斷面上存在較寬的液固共存區(qū)域，其凝固方式具有粥狀凝固的特性。這使球墨鑄鐵凝固過(guò)程中的補(bǔ)縮變得困難。
（2）球墨鑄鐵的石墨核心多。經(jīng)過(guò)球化和孕育處理，球墨鑄鐵的石墨核心較之灰鑄鐵多很多，因而其共晶團(tuán)尺寸也比灰鑄鐵細(xì)得多。
（3）球墨鑄鐵具有較大的共晶膨脹力。由于在球墨鑄鐵共晶凝固過(guò)程中石墨很快被奧氏體殼包圍，石墨長(zhǎng)大過(guò)程中因體積增大所引起的膨脹不能傳遞到鐵液中，從而產(chǎn)生較大的共晶膨脹力。當(dāng)鑄型剛度不高時(shí)，由此產(chǎn)生的共晶膨脹將引起縮松缺陷。
（4）在凝固過(guò)程中球墨鑄鐵的體積變化可以分為三個(gè)階段:鐵液澆入鑄型后至冷卻到共晶溫度過(guò)程中的液態(tài)收縮，共晶凝固過(guò)程中由于石墨球的析出引起的體積膨脹，鐵液凝固后冷卻過(guò)程中的體收縮。
由于上述凝固特性，從補(bǔ)縮的角度考慮，球墨鑄鐵在鑄造工藝上有以下特點(diǎn)：
（1）鑄型要有高的緊實(shí)度，以使鑄型有足夠的剛度以抵抗球墨鑄鐵共晶凝固時(shí)的共晶膨脹力。需要指出的是，此時(shí)要特別注意采取適當(dāng)?shù)拇胧┨岣哞T型的透氣性，同時(shí)要盡可能地降低型砂中的水份，以防止出現(xiàn)“嗆火”。
（2）合理設(shè)置澆冒口。球墨鑄鐵的冒口與普通鋼及白口鐵不同，球墨鑄鐵冒口設(shè)置的合理性在于它能夠充分補(bǔ)充鐵液的液態(tài)收縮，而當(dāng)鐵液進(jìn)入共晶膨脹階段時(shí)，澆注系統(tǒng)和冒口頸及時(shí)冷凍，使鑄件利用石墨析出的膨脹進(jìn)行自補(bǔ)縮。
（3）砂箱應(yīng)有足夠的剛度，上箱和下箱之間應(yīng)有牢固的緊固裝置。
展開(kāi) 球墨鑄鐵件的6項(xiàng)黃金選擇原則， 每個(gè)鑄造人的入門功課
球墨鑄鐵化學(xué)成分主要包括碳、硅、錳、硫、磷5大常見(jiàn)元素。對(duì)于一些對(duì)組織及性能有特殊要求的鑄件，還包括少量的合金元素。同普通灰鑄鐵不同的是，為保證石墨球化，球墨鑄鐵中還須含有微量的殘留球化元素。
1.碳及碳當(dāng)量的選擇原則
碳是球墨鑄鐵的基本元素，碳高有助于石墨化。由于石墨呈球狀后石墨對(duì)機(jī)械性能的影響已減小到最低程度，球墨鑄鐵的含碳量一般較高，在3.5%～3.9%之間，碳當(dāng)量在4.1%～4.7%之間。鑄件壁薄、球化元素殘留量大或孕育不充分時(shí)取上限；反之，取下限。將碳當(dāng)量選擇在共晶點(diǎn)附近不僅可以改善鐵液的流動(dòng)性，對(duì)于球墨鑄鐵而言，碳當(dāng)量的提高還會(huì)由于提高了鑄鐵凝固時(shí)的石墨化膨脹提高鐵液的自補(bǔ)縮能力。碳含量過(guò)高，會(huì)引起石墨漂浮。因此，球墨鑄鐵中碳當(dāng)量的上限以不出現(xiàn)石墨漂浮為原則。
2.硅的選擇原則
硅是強(qiáng)石墨化元素。在球墨鑄鐵中，硅不僅可以有效地減小白口傾向，增加鐵素體量，而且具有細(xì)化共晶團(tuán)，提高石墨球圓整度的作用。硅提高鑄鐵的韌脆性轉(zhuǎn)變溫度，降低沖擊韌性，因此硅含量不宜過(guò)高，尤其是當(dāng)鑄鐵中錳和磷含量較高時(shí)，更需要嚴(yán)格控制硅的含量。球墨鑄鐵中終硅量一般在1.4%～3.0%。選定碳當(dāng)量后，一般采取高碳低硅強(qiáng)化孕育的原則。硅的下限以不出現(xiàn)自由滲碳體為原則。
球墨鑄鐵中碳硅含量確定以后，成分設(shè)計(jì)基本合適。如果高于最佳區(qū)域，則容易出現(xiàn)石墨漂浮現(xiàn)象。如果低于最佳區(qū)域，則容易出現(xiàn)縮松缺陷和自由碳化物。
3.錳的選擇原則
由于球墨鑄鐵中硫的含量已經(jīng)很低，不需要過(guò)多的錳來(lái)中和硫，球墨鑄鐵中錳的作用就主要表現(xiàn)在增加珠光體的穩(wěn)定性，促進(jìn)形成(Fe、Mn)3C。這些碳化物偏析于晶界，對(duì)球墨鑄鐵的韌性影響很大。
展開(kāi) 灰鑄鐵和球墨鑄鐵凝固：?jiǎn)栴}描述之鑄鐵的共晶轉(zhuǎn)變和生核
實(shí)際上，在灰鑄鐵中，Al對(duì)石墨的析出和成長(zhǎng)有重要的作用，可以使共晶轉(zhuǎn)變的過(guò)冷度降低，共晶團(tuán)數(shù)增加，且有利于A型石墨的形成。通常，宜將Al含量控制在0.005～0.01％之間。保持這樣的Al含量，既可以有上述正面作用，又不至于誘發(fā)針孔缺陷。
因此，孕育劑中有一定的Ca、Al含量，是至關(guān)重要的。
3、球墨鑄鐵的共晶轉(zhuǎn)變
球墨鑄鐵的共晶轉(zhuǎn)變，雖然也是先析出石墨，隨即析出奧氏體，但是，石墨在共晶凝固過(guò)程中的主導(dǎo)作用不如灰鑄鐵中那樣明顯，石墨球與奧氏體也不像灰鑄鐵中那樣，在共同與液相接觸的條件下共生、共長(zhǎng)。
球墨鑄鐵的共晶轉(zhuǎn)變過(guò)程中，石墨球自接近共晶成分的液相中生核，而且有一個(gè)長(zhǎng)大的過(guò)程。石墨球長(zhǎng)大到一定的尺寸，周圍的液相中的碳當(dāng)量很低，從而奧氏體在石墨的表面上生核、長(zhǎng)大，逐漸形成一個(gè)包圍石墨球的‘暈圈’，阻斷了石墨與液相的接觸。石墨的長(zhǎng)大只能由石墨-奧氏體界面處鐵原子向外擴(kuò)散、碳原子通過(guò)奧氏體暈圈向石墨擴(kuò)散，長(zhǎng)大的速度比灰鑄鐵中的石墨片低得多。
由于石墨球脫離了與液相的接觸，不具備與奧氏體協(xié)同生長(zhǎng)的條件，不能是說(shuō)是正常的共晶轉(zhuǎn)變，而球墨鑄鐵又是在共晶溫度附近由液相析出石墨和奧氏體，所以，通常都將其稱之為“離異共晶（Divorced eutectic）”，其共晶轉(zhuǎn)變的過(guò)程參見(jiàn)圖5。
圖5 球墨鑄鐵共晶轉(zhuǎn)變過(guò)程的示意圖
大連理工大學(xué)的周繼揚(yáng)教授，用彩色金相技術(shù)，對(duì)球墨鑄鐵的離異共晶進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)的研究，提出了另一種觀點(diǎn)，認(rèn)為：石墨和奧氏體可以自液相中于不同的位置、在不同的時(shí)間分別析出，因而，球墨鑄鐵的共晶轉(zhuǎn)變可能有多種形態(tài)。
共晶轉(zhuǎn)變時(shí)，奧氏體可以在石墨球界面上生核、長(zhǎng)大，也可以在石墨球的界面外依托其它的異質(zhì)晶核生核、長(zhǎng)大。
有一個(gè)石墨球和奧氏體組成的共晶晶粒，也有包圍幾個(gè)石墨球的奧氏體晶粒。
展開(kāi) 鑄造人的必修功課：球墨鑄鐵件的6項(xiàng)黃金選擇原則
球墨鑄鐵化學(xué)成分主要包括碳、硅、錳、硫、磷5大常見(jiàn)元素。對(duì)于一些對(duì)組織及性能有特殊要求的鑄件，還包括少量的合金元素。同普通灰鑄鐵不同的是，為保證石墨球化，球墨鑄鐵中還須含有微量的殘留球化元素。
1.碳及碳當(dāng)量的選擇原則
碳是球墨鑄鐵的基本元素，碳高有助于石墨化。由于石墨呈球狀后石墨對(duì)機(jī)械性能的影響已減小到最低程度，球墨鑄鐵的含碳量一般較高，在3.5%～3.9%之間，碳當(dāng)量在4.1%～4.7%之間。鑄件壁薄、球化元素殘留量大或孕育不充分時(shí)取上限；反之，取下限。將碳當(dāng)量選擇在共晶點(diǎn)附近不僅可以改善鐵液的流動(dòng)性，對(duì)于球墨鑄鐵而言，碳當(dāng)量的提高還會(huì)由于提高了鑄鐵凝固時(shí)的石墨化膨脹提高鐵液的自補(bǔ)縮能力。碳含量過(guò)高，會(huì)引起石墨漂浮。因此，球墨鑄鐵中碳當(dāng)量的上限以不出現(xiàn)石墨漂浮為原則。
2.硅的選擇原則
硅是強(qiáng)石墨化元素。在球墨鑄鐵中，硅不僅可以有效地減小白口傾向，增加鐵素體量，而且具有細(xì)化共晶團(tuán)，提高石墨球圓整度的作用。硅提高鑄鐵的韌脆性轉(zhuǎn)變溫度，降低沖擊韌性，因此硅含量不宜過(guò)高，尤其是當(dāng)鑄鐵中錳和磷含量較高時(shí)，更需要嚴(yán)格控制硅的含量。球墨鑄鐵中終硅量一般在1.4%～3.0%。選定碳當(dāng)量后，一般采取高碳低硅強(qiáng)化孕育的原則。硅的下限以不出現(xiàn)自由滲碳體為原則。
球墨鑄鐵中碳硅含量確定以后，成分設(shè)計(jì)基本合適。如果高于最佳區(qū)域，則容易出現(xiàn)石墨漂浮現(xiàn)象。如果低于最佳區(qū)域，則容易出現(xiàn)縮松缺陷和自由碳化物。
3.錳的選擇原則
由于球墨鑄鐵中硫的含量已經(jīng)很低，不需要過(guò)多的錳來(lái)中和硫，球墨鑄鐵中錳的作用就主要表現(xiàn)在增加珠光體的穩(wěn)定性，促進(jìn)形成(Fe、Mn)3C。這些碳化物偏析于晶界，對(duì)球墨鑄鐵的韌性影響很大。
展開(kāi) 
鑄造人的入門功課：球墨鑄鐵件的6項(xiàng)黃金選擇原則
球墨鑄鐵化學(xué)成分主要包括碳、硅、錳、硫、磷5大常見(jiàn)元素。對(duì)于一些對(duì)組織及性能有特殊要求的鑄件，還包括少量的合金元素。同普通灰鑄鐵不同的是，為保證石墨球化，球墨鑄鐵中還須含有微量的殘留球化元素。
1.碳及碳當(dāng)量的選擇原則
碳是球墨鑄鐵的基本元素，碳高有助于石墨化。由于石墨呈球狀后石墨對(duì)機(jī)械性能的影響已減小到最低程度，球墨鑄鐵的含碳量一般較高，在3.5%～3.9%之間，碳當(dāng)量在4.1%～4.7%之間。鑄件壁薄、球化元素殘留量大或孕育不充分時(shí)取上限；反之，取下限。將碳當(dāng)量選擇在共晶點(diǎn)附近不僅可以改善鐵液的流動(dòng)性，對(duì)于球墨鑄鐵而言，碳當(dāng)量的提高還會(huì)由于提高了鑄鐵凝固時(shí)的石墨化膨脹提高鐵液的自補(bǔ)縮能力。碳含量過(guò)高，會(huì)引起石墨漂浮。因此，球墨鑄鐵中碳當(dāng)量的上限以不出現(xiàn)石墨漂浮為原則。
2.硅的選擇原則
硅是強(qiáng)石墨化元素。在球墨鑄鐵中，硅不僅可以有效地減小白口傾向，增加鐵素體量，而且具有細(xì)化共晶團(tuán)，提高石墨球圓整度的作用。硅提高鑄鐵的韌脆性轉(zhuǎn)變溫度，降低沖擊韌性，因此硅含量不宜過(guò)高，尤其是當(dāng)鑄鐵中錳和磷含量較高時(shí)，更需要嚴(yán)格控制硅的含量。球墨鑄鐵中終硅量一般在1.4%～3.0%。選定碳當(dāng)量后，一般采取高碳低硅強(qiáng)化孕育的原則。硅的下限以不出現(xiàn)自由滲碳體為原則。
球墨鑄鐵中碳硅含量確定以后，成分設(shè)計(jì)基本合適。如果高于最佳區(qū)域，則容易出現(xiàn)石墨漂浮現(xiàn)象。如果低于最佳區(qū)域，則容易出現(xiàn)縮松缺陷和自由碳化物。
3.錳的選擇原則
由于球墨鑄鐵中硫的含量已經(jīng)很低，不需要過(guò)多的錳來(lái)中和硫，球墨鑄鐵中錳的作用就主要表現(xiàn)在增加珠光體的穩(wěn)定性，促進(jìn)形成(Fe、Mn)3C。這些碳化物偏析于晶界，對(duì)球墨鑄鐵的韌性影響很大。
展開(kāi) 試驗(yàn)+實(shí)踐驗(yàn)證，6種添加劑對(duì)提高球墨鑄鐵性能提升的最優(yōu)選擇
研究球墨鑄鐵的微觀組織、白口傾向和機(jī)械性能的變化，并評(píng)估了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。只在用加入添加劑之后增加了球墨粒數(shù)并改善了白口情況的球墨鑄鐵澆注的試樣上進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)。
拋光的微觀組織的圖像分析數(shù)據(jù)表明，從加入0.3%的SiC的球墨鑄鐵中獲得了最多的石墨分離數(shù)量和最合適的形核形態(tài)，該添加劑滿足圖形分析條件，使形核數(shù)量增加了64%（如圖1）。加入混合物Y之后，球墨粒數(shù)增加了15%。加入0.05%的SiCa或0.1%的結(jié)晶石墨使球墨粒數(shù)分別增加了3.5%和2.5%。混合物X和FeS對(duì)球墨粒數(shù)有消極的影響，使其減少了19%。
此外，SiC對(duì)形核特征有積極的影響；0.3%的SiC添加劑使球化率提高了21%，球形度提高了2.4%，圓度提高了2.4%。0.1%的結(jié)晶石墨對(duì)球化率和圓度來(lái)說(shuō)無(wú)關(guān)緊要，但是混合物X和FeS 對(duì)形核特征有不利影響。
單獨(dú)的SiC或與75硅鐵混合的SiC，可以改善石墨球的大小分布，增加小石墨球（4-16微米）的數(shù)量，減小大石墨球（16-64微米）的數(shù)量。之前刊登的研究結(jié)果表明，石墨球大小的偏態(tài)分布、尺寸小且形核晚的石墨球的數(shù)量的減小對(duì)球墨鑄鐵的性能有積極影響；大的球墨粒數(shù)對(duì)球墨鑄鐵的性能有害，會(huì)加大縮孔縮松趨勢(shì)。
對(duì)蝕顯后的微觀組織的檢查結(jié)果表明參考球墨鑄鐵試樣中的鐵素體和珠光體平均含量是32%和58%。結(jié)論是；混有75硅鐵的SiC添加劑，對(duì)鐵素體的生成是最有利的，其次是結(jié)晶石墨添加劑。分別可以使其增加20%和14%。單獨(dú)的SiC可以在原鐵中增加3%的鐵素體。
對(duì)激冷楔塊的分析（如圖2）表明,加入SiC、混合物Y和結(jié)晶石墨之后試樣中的碳化物減少，而加入SiC、FeS和混合物X之后試樣中碳化物含量增加。
避免過(guò)冷和復(fù)輝
熱分析數(shù)據(jù)表明，鑄鐵的初始狀態(tài)隨熱量變化而變化，并呈現(xiàn)出不同的過(guò)冷度。
展開(kāi) 大口徑球墨鑄鐵管件消失模鑄造工藝
球墨鑄鐵管及管件具有三個(gè)功能：
⑴ 對(duì)管線實(shí)現(xiàn)小口徑大流量；
⑵ 對(duì)管線實(shí)現(xiàn)高壓遠(yuǎn)距離輸送；
⑶ 防止管線爆管；出口球墨鑄鐵管件要求表面質(zhì)量高；幾何尺寸嚴(yán)；單件水壓試驗(yàn)達(dá)2.5MPa；
消失模鑄造球墨鑄鐵管件生產(chǎn)工藝具有生產(chǎn)周期短、工藝先進(jìn)、表面質(zhì)量好（其管件表面粗糙度達(dá)12.5μm）等特點(diǎn)。同時(shí)，消失模鑄造投資少，見(jiàn)效快，應(yīng)用范圍廣泛。消失模鑄造是一種幾乎沒(méi)有加工余量，且能精確成型的鑄造工藝。容易實(shí)現(xiàn)清潔、批量化生產(chǎn)，特別是球墨鑄鐵管件因規(guī)格品種多、供貨周期短,交貨期急,更適合采用消失模鑄造工藝生產(chǎn)。本文通過(guò)在生產(chǎn)實(shí)踐中對(duì)大口徑球墨鑄鐵管件泡沫原材料選型、發(fā)泡成型控制、泡沫模樣組裝、泡沫模樣涂掛、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì),輔助支撐設(shè)計(jì)、熔煉澆注等控制確保產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量符合技術(shù)要求。
1消失模鑄造大口徑球墨鑄鐵管件的一般工藝流程
（1）制作泡塑白模，組合澆注系統(tǒng)，氣化模表面刷、噴特制涂料并烘干；
（2）將特制砂箱置于振動(dòng)工作臺(tái)上，填入底砂（干砂）振實(shí)，刮平，將烘干的泡沫模樣放于底砂上，填滿干砂（邊填砂邊振實(shí)）；
（3）用農(nóng)用塑料薄膜覆蓋，放上澆口杯，接真空系統(tǒng)抽真空，干砂緊固成型后，進(jìn)行澆注，泡沫模樣氣化，金屬液取代其位置；
（4）繼續(xù)抽真空，待鑄件冷凝后翻箱，從松散的干砂中取出鑄件；
（5）落砂,拋丸,切割澆冒口；
（6）清理打磨,加工,水壓檢驗(yàn)；
（7）內(nèi)外防腐；
（8）包裝堆放。
2大口徑球墨鑄鐵管件消失模鑄造工藝參數(shù)選定
2.1 泡沫模樣
泡沫模樣材料采用普通的EPS發(fā)泡成型。為保證泡沫模樣尺寸精度與剛性，減少多次拼接造成誤差和變形的原則，大口徑球墨鑄鐵管件的泡沫模樣一般由四個(gè)部位組成（承口部位、插口部位、管體部位、法蘭部位），用冷膠粘結(jié)成形。
展開(kāi) 試驗(yàn)+實(shí)踐驗(yàn)證，提高球墨鑄鐵性能，這6種添加劑一定要知道
研究球墨鑄鐵的微觀組織、白口傾向和機(jī)械性能的變化，并評(píng)估了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。只在用加入添加劑之后增加了球墨粒數(shù)并改善了白口情況的球墨鑄鐵澆注的試樣上進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)。
拋光的微觀組織的圖像分析數(shù)據(jù)表明，從加入0.3%的SiC的球墨鑄鐵中獲得了最多的石墨分離數(shù)量和最合適的形核形態(tài)，該添加劑滿足圖形分析條件，使形核數(shù)量增加了64%（如圖1）。加入混合物Y之后，球墨粒數(shù)增加了15%。加入0.05%的SiCa或0.1%的結(jié)晶石墨使球墨粒數(shù)分別增加了3.5%和2.5%。混合物X和FeS對(duì)球墨粒數(shù)有消極的影響，使其減少了19%。
此外，SiC對(duì)形核特征有積極的影響；0.3%的SiC添加劑使球化率提高了21%，球形度提高了2.4%，圓度提高了2.4%。0.1%的結(jié)晶石墨對(duì)球化率和圓度來(lái)說(shuō)無(wú)關(guān)緊要，但是混合物X和FeS 對(duì)形核特征有不利影響。
單獨(dú)的SiC或與75硅鐵混合的SiC，可以改善石墨球的大小分布，增加小石墨球（4-16微米）的數(shù)量，減小大石墨球（16-64微米）的數(shù)量。之前刊登的研究結(jié)果表明，石墨球大小的偏態(tài)分布、尺寸小且形核晚的石墨球的數(shù)量的減小對(duì)球墨鑄鐵的性能有積極影響；大的球墨粒數(shù)對(duì)球墨鑄鐵的性能有害，會(huì)加大縮孔縮松趨勢(shì)。
對(duì)蝕顯后的微觀組織的檢查結(jié)果表明參考球墨鑄鐵試樣中的鐵素體和珠光體平均含量是32%和58%。結(jié)論是；混有75硅鐵的SiC添加劑，對(duì)鐵素體的生成是最有利的，其次是結(jié)晶石墨添加劑。分別可以使其增加20%和14%。單獨(dú)的SiC可以在原鐵中增加3%的鐵素體。
對(duì)激冷楔塊的分析（如圖2）表明,加入SiC、混合物Y和結(jié)晶石墨之后試樣中的碳化物減少，而加入SiC、FeS和混合物X之后試樣中碳化物含量增加。
避免過(guò)冷和復(fù)輝
熱分析數(shù)據(jù)表明，鑄鐵的初始狀態(tài)隨熱量變化而變化，并呈現(xiàn)出不同的過(guò)冷度。
展開(kāi) 探索消失模鑄造大口徑球墨鑄鐵管件的關(guān)鍵，如何選定消失模鑄造工藝參數(shù)
球墨鑄鐵管及管件具有三個(gè)功能：
⑴ 對(duì)管線實(shí)現(xiàn)小口徑大流量；
⑵ 對(duì)管線實(shí)現(xiàn)高壓遠(yuǎn)距離輸送；
⑶ 防止管線爆管；出口球墨鑄鐵管件要求表面質(zhì)量高；幾何尺寸嚴(yán)；單件水壓試驗(yàn)達(dá)2.5MPa；
消失模鑄造球墨鑄鐵管件生產(chǎn)工藝具有生產(chǎn)周期短、工藝先進(jìn)、表面質(zhì)量好（其管件表面粗糙度達(dá)12.5μm）等特點(diǎn)。同時(shí)，消失模鑄造投資少，見(jiàn)效快，應(yīng)用范圍廣泛等特點(diǎn)。消失模鑄造是一種幾乎沒(méi)有加工余量，且能精確成型的鑄造工藝。容易實(shí)現(xiàn)清潔、批量化生產(chǎn)，特別是球墨鑄鐵管件因規(guī)格品種多、供貨周期短,交貨期急,更適合采用消失模鑄造工藝生產(chǎn),我公司成功地為河北、山東、山西四家鑄管企業(yè)整體設(shè)計(jì)，全方位服務(wù)。為生產(chǎn)企業(yè)鑄造出符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的球墨鑄鐵管件。本文通過(guò)在生產(chǎn)實(shí)踐中對(duì)大口徑球墨鑄鐵管件泡沫原材料選型、發(fā)泡成型控制、泡沫模樣組裝、泡沫模樣涂掛、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì),輔助支撐設(shè)計(jì)、熔煉澆注等控制確保產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量符合技術(shù)要求。
展開(kāi) 探究消失模鑄造大口徑球墨鑄鐵管件生產(chǎn)關(guān)鍵
球墨鑄鐵管及管件具有三個(gè)功能：
⑴ 對(duì)管線實(shí)現(xiàn)小口徑大流量；
⑵ 對(duì)管線實(shí)現(xiàn)高壓遠(yuǎn)距離輸送；
⑶ 防止管線爆管；出口球墨鑄鐵管件要求表面質(zhì)量高；幾何尺寸嚴(yán)；單件水壓試驗(yàn)達(dá)2.5MPa；
消失模鑄造球墨鑄鐵管件生產(chǎn)工藝具有生產(chǎn)周期短、工藝先進(jìn)、表面質(zhì)量好（其管件表面粗糙度達(dá)12.5μm）等特點(diǎn)。同時(shí)，消失模鑄造投資少，見(jiàn)效快，應(yīng)用范圍廣泛等特點(diǎn)。消失模鑄造是一種幾乎沒(méi)有加工余量，且能精確成型的鑄造工藝。容易實(shí)現(xiàn)清潔、批量化生產(chǎn)，特別是球墨鑄鐵管件因規(guī)格品種多、供貨周期短,交貨期急,更適合采用消失模鑄造工藝生產(chǎn),我公司成功地為河北、山東、山西四家鑄管企業(yè)整體設(shè)計(jì)，全方位服務(wù)。為生產(chǎn)企業(yè)鑄造出符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的球墨鑄鐵管件。本文通過(guò)在生產(chǎn)實(shí)踐中對(duì)大口徑球墨鑄鐵管件泡沫原材料選型、發(fā)泡成型控制、泡沫模樣組裝、泡沫模樣涂掛、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì),輔助支撐設(shè)計(jì)、熔煉澆注等控制確保產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量符合技術(shù)要求。
展開(kāi) 厚大斷面球墨鑄鐵的生產(chǎn)難點(diǎn)匯總，從化學(xué)成分的控制等四個(gè)方面來(lái)詳細(xì)剖析
使鑄鐵中夾雜物的數(shù)量增多，降低鑄鐵性能。
硅球墨鑄鐵中使鐵素體增加的作用比灰鑄鐵大，所以硅含量的高低，直接影響球墨鑄鐵基體中的鐵素體量。硅在球墨鑄鐵中對(duì)性能的影響很大，主要表現(xiàn)在硅對(duì)基體的固溶強(qiáng)化作用的同時(shí)，硅能細(xì)化石墨，提高石墨球的圓整度。所以球鐵中的硅含量的提高，很大程度上提高強(qiáng)度指標(biāo)，降低韌性。球墨鑄鐵經(jīng)過(guò)球化處理過(guò)的鐵液有較大的結(jié)晶過(guò)冷和形成白口傾向，硅能夠減少這種傾向。但是硅量控制過(guò)高，大斷面球鐵中促使碎塊狀石墨的生成，降低鑄件的力學(xué)性能。資料顯示，球墨鑄鐵中硅以孕育的方式加入，一定程度上提高性能。
根據(jù)上述分析，從改善鑄造性能的角度出發(fā)，鐵水的碳當(dāng)量選在共晶點(diǎn)附近最好，此時(shí)鐵水的流動(dòng)性最好，集中縮孔傾向較大，易于補(bǔ)縮等。但碳當(dāng)量過(guò)高會(huì)引起石墨漂浮，石墨漂浮層的厚度會(huì)隨著碳當(dāng)量的增加而加厚。應(yīng)當(dāng)指出，碳當(dāng)量太高是產(chǎn)生石墨漂浮的主要原因，但不是唯一的原因，鑄件大小、壁厚、澆注溫度也是一些重要因素。
碳當(dāng)量、鑄件壁厚和石墨漂浮三者的關(guān)系，顯然鑄件壁薄碳當(dāng)量可以選擇得高一些，不會(huì)出現(xiàn)石墨漂浮，相反厚大鑄件的碳當(dāng)量應(yīng)當(dāng)選得低些。總之碳當(dāng)量上限以不出現(xiàn)石墨漂浮為原則，下限以不出現(xiàn)滲碳體，保證完全球化為準(zhǔn)，在這樣的前提下，應(yīng)盡可能提高碳當(dāng)量以便獲得致密的鑄件。
（2）錳（Mn）
錳在球墨鑄鐵中起的作用與灰鑄鐵不同。灰鑄鐵中，錳除了強(qiáng)化鐵素體和穩(wěn)定珠光體外，還能減少硫的危害作用。球墨鑄鐵中，球化元素具有很強(qiáng)的脫硫能力，錳不再具有這種作用。由于錳具有嚴(yán)重的正偏析傾向，往往富集于共晶團(tuán)晶界處，促使形成晶間碳化物，顯著降低球墨鑄鐵的韌性。對(duì)厚大斷面球鐵來(lái)說(shuō)，錳的偏析傾向更嚴(yán)重。同時(shí)錳含量的提高，基體中的珠光體含量提高，所以提高了強(qiáng)度指標(biāo)的同時(shí)，降低韌性。
展開(kāi) 
厚大斷面球墨鑄鐵的生產(chǎn)難點(diǎn)匯總，從化學(xué)成分的控制等四個(gè)方面來(lái)詳細(xì)剖析
使鑄鐵中夾雜物的數(shù)量增多，降低鑄鐵性能。
硅球墨鑄鐵中使鐵素體增加的作用比灰鑄鐵大，所以硅含量的高低，直接影響球墨鑄鐵基體中的鐵素體量。硅在球墨鑄鐵中對(duì)性能的影響很大，主要表現(xiàn)在硅對(duì)基體的固溶強(qiáng)化作用的同時(shí)，硅能細(xì)化石墨，提高石墨球的圓整度。所以球鐵中的硅含量的提高，很大程度上提高強(qiáng)度指標(biāo)，降低韌性。球墨鑄鐵經(jīng)過(guò)球化處理過(guò)的鐵液有較大的結(jié)晶過(guò)冷和形成白口傾向，硅能夠減少這種傾向。但是硅量控制過(guò)高，大斷面球鐵中促使碎塊狀石墨的生成，降低鑄件的力學(xué)性能。資料顯示，球墨鑄鐵中硅以孕育的方式加入，一定程度上提高性能。
根據(jù)上述分析，從改善鑄造性能的角度出發(fā)，鐵水的碳當(dāng)量選在共晶點(diǎn)附近最好，此時(shí)鐵水的流動(dòng)性最好，集中縮孔傾向較大，易于補(bǔ)縮等。但碳當(dāng)量過(guò)高會(huì)引起石墨漂浮，石墨漂浮層的厚度會(huì)隨著碳當(dāng)量的增加而加厚。應(yīng)當(dāng)指出，碳當(dāng)量太高是產(chǎn)生石墨漂浮的主要原因，但不是唯一的原因，鑄件大小、壁厚、澆注溫度也是一些重要因素。
碳當(dāng)量、鑄件壁厚和石墨漂浮三者的關(guān)系，顯然鑄件壁薄碳當(dāng)量可以選擇得高一些，不會(huì)出現(xiàn)石墨漂浮，相反厚大鑄件的碳當(dāng)量應(yīng)當(dāng)選得低些。總之碳當(dāng)量上限以不出現(xiàn)石墨漂浮為原則，下限以不出現(xiàn)滲碳體，保證完全球化為準(zhǔn)，在這樣的前提下，應(yīng)盡可能提高碳當(dāng)量以便獲得致密的鑄件。
（2）錳（Mn）
錳在球墨鑄鐵中起的作用與灰鑄鐵不同。灰鑄鐵中，錳除了強(qiáng)化鐵素體和穩(wěn)定珠光體外，還能減少硫的危害作用。球墨鑄鐵中，球化元素具有很強(qiáng)的脫硫能力，錳不再具有這種作用。由于錳具有嚴(yán)重的正偏析傾向，往往富集于共晶團(tuán)晶界處，促使形成晶間碳化物，顯著降低球墨鑄鐵的韌性。對(duì)厚大斷面球鐵來(lái)說(shuō)，錳的偏析傾向更嚴(yán)重。同時(shí)錳含量的提高，基體中的珠光體含量提高，所以提高了強(qiáng)度指標(biāo)的同時(shí)，降低韌性。
展開(kāi) 鐵型覆砂鑄造球墨鑄鐵件縮松縮特性探索，數(shù)值模擬技術(shù)、實(shí)例講解6類補(bǔ)縮方法
摘要：根據(jù)球墨鑄鐵的凝固特點(diǎn)及其凝固過(guò)程的體積變化，提出鐵型覆砂鑄造工藝生產(chǎn)球墨鑄鐵件也需要補(bǔ)縮的觀點(diǎn)。在工藝設(shè)計(jì)時(shí)，要充分利用鐵型鑄型剛性好的特點(diǎn)，更加有效地發(fā)揮球墨鑄鐵石墨化膨脹的自補(bǔ)縮特性，并分別采用無(wú)冒口法、順序凝固法、直接實(shí)用冒口法、均衡凝固法、冷冒口法、激冷法及數(shù)值模擬技術(shù)，用幾個(gè)實(shí)例詳細(xì)闡述了防止鑄件產(chǎn)生縮松縮孔的工藝措施。
球墨鑄鐵具有強(qiáng)度高、韌性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車、農(nóng)機(jī)、船舶、管道、液壓機(jī)械等重要的制造業(yè)中，但是球墨鑄鐵件的縮松縮孔缺陷一直是生產(chǎn)中存在的一個(gè)突出問(wèn)題。鐵型覆砂鑄造是在金屬型鑄造和殼型鑄造的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種鑄造新技術(shù)。
由于鐵型和覆砂層組成的鑄型剛性好、冷卻快、覆砂層致密度好，生產(chǎn)的鑄件具有尺寸精度高、加工余量小、表面質(zhì)量好、內(nèi)部組織致密、產(chǎn)品質(zhì)量一致性好等優(yōu)點(diǎn)，尤其對(duì)于球墨鑄鐵件，可以充分利用石墨化膨脹，來(lái)發(fā)揮其自補(bǔ)縮特性。但這并不代表鐵型覆砂鑄造球墨鑄鐵件不會(huì)有縮松縮孔缺陷，都可以實(shí)現(xiàn)無(wú)冒口鑄造。本文以球墨鑄鐵的凝固特點(diǎn)為理論基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)，介紹了鐵型覆砂鑄造工藝防止鑄件縮孔縮松的各種方法及其成功案例。
1 球墨鑄鐵的凝固特點(diǎn)
國(guó)內(nèi)外鑄造工作者對(duì)球墨鑄鐵進(jìn)行了幾十年的研究，得出了它和其他合金不同的凝固特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下方面：
（1）球墨鑄鐵的共晶凝固范圍較寬。球墨鑄鐵共晶結(jié)晶時(shí)，由于加鎂處理的結(jié)果，石墨核心在液相中長(zhǎng)到一定尺寸時(shí)即被奧氏體包圍。
展開(kāi) 實(shí)例闡述，鐵型覆砂鑄造球墨鑄鐵件縮松縮孔的原因及改進(jìn)工藝
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?摘要：根據(jù)球墨鑄鐵的凝固特點(diǎn)及其凝固過(guò)程的體積變化，提出鐵型覆砂鑄造工藝生產(chǎn)球墨鑄鐵件也需要補(bǔ)縮的觀點(diǎn)。在工藝設(shè)計(jì)時(shí)，要充分利用鐵型鑄型剛性好的特點(diǎn)，更加有效地發(fā)揮球墨鑄鐵石墨化膨脹的自補(bǔ)縮特性，并分別采用無(wú)冒口法、順序凝固法、直接實(shí)用冒口法、均衡凝固法、冷冒口法、激冷法及數(shù)值模擬技術(shù)，用幾個(gè)實(shí)例詳細(xì)闡述了防止鑄件產(chǎn)生縮松縮孔的工藝措施。
球墨鑄鐵具有強(qiáng)度高、韌性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車、農(nóng)機(jī)、船舶、管道、液壓機(jī)械等重要的制造業(yè)中，但是球墨鑄鐵件的縮松縮孔缺陷一直是生產(chǎn)中存在的一個(gè)突出問(wèn)題。鐵型覆砂鑄造是在金屬型鑄造和殼型鑄造的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種鑄造新技術(shù)。
由于鐵型和覆砂層組成的鑄型剛性好、冷卻快、覆砂層致密度好，生產(chǎn)的鑄件具有尺寸精度高、加工余量小、表面質(zhì)量好、內(nèi)部組織致密、產(chǎn)品質(zhì)量一致性好等優(yōu)點(diǎn)，尤其對(duì)于球墨鑄鐵件，可以充分利用石墨化膨脹，來(lái)發(fā)揮其自補(bǔ)縮特性。但這并不代表鐵型覆砂鑄造球墨鑄鐵件不會(huì)有縮松縮孔缺陷，都可以實(shí)現(xiàn)無(wú)冒口鑄造。本文以球墨鑄鐵的凝固特點(diǎn)為理論基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)，介紹了鐵型覆砂鑄造工藝防止鑄件縮孔縮松的各種方法及其成功案例。
1 球墨鑄鐵的凝固特點(diǎn)
國(guó)內(nèi)外鑄造工作者對(duì)球墨鑄鐵進(jìn)行了幾十年的研究，得出了它和其他合金不同的凝固特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下方面：
（1）球墨鑄鐵的共晶凝固范圍較寬。球墨鑄鐵共晶結(jié)晶時(shí)，由于加鎂處理的結(jié)果，石墨核心在液相中長(zhǎng)到一定尺寸時(shí)即被奧氏體包圍。
展開(kāi) 灰鑄鐵和球墨鑄鐵凝固：?jiǎn)栴}描述之鑄鐵凝固過(guò)程中的生核
這篇短文，只涉及常用的灰鑄鐵和球墨鑄鐵的凝固，最關(guān)心的是石墨的析出，希望鑄鐵在凝固過(guò)程中不析出Fe3C，所以圖1中以實(shí)線表示穩(wěn)定系。
圖1 簡(jiǎn)略的Fe-C合金相圖（凝固部分）
均勻的液相中結(jié)晶析出固相（均質(zhì)生核），晶核的形成需要很大的表面能。對(duì)純金屬而言，在金屬液中均質(zhì)生核，一般都需要將其過(guò)冷到其熔點(diǎn)100℃以下。以這種生核方式結(jié)晶、凝固，在實(shí)驗(yàn)室中也許能夠做到，在生產(chǎn)條件下，不可能實(shí)現(xiàn)這種結(jié)晶、凝固的機(jī)制。
實(shí)際上，各種鑄造合金的結(jié)晶、凝固過(guò)程，都起始于異質(zhì)晶核。一般說(shuō)來(lái)，如果晶核的晶格與凝固體晶格的適配性好，合金液在很小的過(guò)冷度下就可以開(kāi)始結(jié)晶、凝固。
1、灰鑄鐵、球墨鑄鐵中硅的作用
單純的Fe-C合金，圖1中涉及的一些臨界點(diǎn)的溫度、碳含量見(jiàn)表1。
在平衡條件下，穩(wěn)定系的共晶溫度TEG（1153℃），只比介穩(wěn)定系的共晶溫度TEC（1147℃）高6℃。鑄鐵的凝固過(guò)程中，冷卻速率略高一點(diǎn)、過(guò)冷度略大一點(diǎn)，就會(huì)按介穩(wěn)定系轉(zhuǎn)變。實(shí)際生產(chǎn)條件下，鑄鐵凝固時(shí)冷卻速率都比較高、過(guò)冷度較大，如果是單純的Fe-C合金，很容易出現(xiàn)白口。對(duì)于生產(chǎn)灰鑄鐵和球墨鑄鐵鑄件而言，凝固過(guò)程中碳不能以Fe3C的形態(tài)析出，必須使其按穩(wěn)定系轉(zhuǎn)變，因而，加入合金元素，擴(kuò)大TEG和TEC之間的溫度差，是至關(guān)重要的。
Fe-C合金中加入硅，可以提高穩(wěn)定系的共晶溫度，不過(guò)這種作用不太明顯，但是，硅卻可以使介穩(wěn)定系的共晶溫度顯著降低，從而擴(kuò)大TEG和TEC之間的溫度差。硅的這種作用參見(jiàn)圖2。
圖2 Fe-C合金中硅含量對(duì)共晶溫度的影響
因此，在灰鑄鐵和球墨鑄鐵中，硅都是不可或缺的重要合金元素，能促使碳以石墨的形態(tài)析出，有效地抑制Fe3C的形成。
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