球铁开花状石墨成因分析.doc

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1、球铁开花状石墨成因分析解答一：球铁曲轴法兰部位有时发现开花状石墨，“热节顶面没冷冒口、避开内浇道”属常规办法，如你厂曲轴铸件难以做到，建议：①首先考虑降低w(Si)量，如果w(Si)量不能降低，再适当降低CE。CE不大于4.4％，石墨就不太容易开花。②尽量增加石墨球数，球数越多、越细小，越不容易开花。可考虑降低原铁液w(Si)量，加大炉后孕育量和增加随流孕育。③适当降低浇注温度，加快共晶凝固速度。④如果上述几条都难以做到，可考虑在容易出现缩孔缩松的部位(曲拐内圆角)设置冷铁，不必完全依赖高CE补缩。对于中型以

2、下的曲轴，只要冷铁尺寸合适，不会造成碳化物超标。一般认为，造成开花状石墨的原因是：球铁中w(c)量过高，使得铁液中的碳浓度增高，导致石墨球生长过快、过大，造成石墨球开花。Si能降低C在铁液中的溶解度，促进石墨析出、并扩大共晶温度区间，所以高w(Si)量会进一步加剧石墨开花。原理大致如下：①从铁液中析出的石墨，按螺旋形位错生长成球状。石墨球外围是一层共生的奥氏体壳，铁液中的C原子渗过奥氏体壳不断堆积到石墨球表面。在结晶潜热或热扰流下奥氏体壳局部可能会被瞬间重熔，使得C原子直接向石墨球表面快速堆积，形成开花状石墨

3、。②因CE过高，使石墨球成长加速，导致奥氏体壳应力迅速提高并破裂，形成石墨球开花。总之，开花状石墨直接与高CE和奥氏体壳生长不稳定有关，一个是必要条件，一个是充分条件。值得注意的是，开花石墨和石墨球衰退是两个不同的概念，尽筲两者都降低球铁的球化率评级。解答二：试验研究和生产实践证明，球铁件产生开花状石墨的根本原因是CE过高，超过共品成分，由于过共晶石墨析出发生石墨漂浮而引起的。对铸件的石墨漂浮层进行观察会发现如下规律：在漂浮层的顶部，石墨一般保持良好的球形，尺寸相对较小，数量较多，石墨球互相紧靠聚集在一起，石

4、墨球与石墨球邻接邮位没有金属基体隔离，说明这些过共晶球状石墨周围并没有奥氏体外壳包围，由于石墨的密度小于铁液密度，因而容易上浮。由于型壁激冷作用的影响，铸件最顶层处铁液凝固速度较快，使这些最早漂浮到型腔顶面的石墨球很快被“凝固冻结”而定形，来不及长大，因而尺寸相对较小，不容易畸变，—般不会变成开花状石墨。而在球墨密集区稍微往下、离顶部型壁相对较远的区域里，冷却速度相对较慢，进入该区域的过共晶石墨在较长时间内浸泡在温度较高的铁液中，因而有可能长大，并且由于没有奥氏体外壳包围，所以容易畸变开裂，结果便变成开花状石

5、墨。很多报道说RE含量高、铸件厚大冷却速度慢等因素促进石墨漂浮，因而促进开花状石墨产生，但实际上这些因素只能起到微小的辅助作用，并非必要条件，关键因素还是CE。试验证明，只要CE不超过共晶成分，球墨析出后其周围即会被奥氏体外壳包围形成共晶团，与没有奥氏体外壳的过共晶石墨相比，密度较大，因而不容易上浮，即使w(RE)量很高(如笔者单位在1961-1968年问进行单加RE的球铁试验研究时，RE曾高达0．2%以上)，也不会发生石墨漂浮，而且由于有奥氏体外壳包围，球墨也不容易畸变开裂成开花状石墨；英国铸铁研究学会19

6、86年发表的研究报告表明，只加Mg、不加RE的球铁，只要CE超过临界值4.50％，也要发生漂浮，出现开花石墨。笔者单位生产的蠕铁缸盖，顶部壁厚只有5.5㎜，曾多次发现CE过高时顶部发生石墨漂浮，也会有开花石墨，上述事实说明，开花状石墨也属于漂浮石墨，—般出现在石墨漂浮层下部；没有石墨漂浮，就不会有开花状石墨。因此，防止石墨漂浮是防止开花状石墨的根本方法；而控制CE低于漂浮临界值则是防止石墨漂浮的根本办法。至于《现代铸铁》2010年第3期第79-81页介绍的方法“在有开花状石墨部位设置冷冒口”，其作用顶多是使包

7、括开花状石墨在内的漂浮石墨转移到冷冒口，问题并没有真正解决。“内浇道避开有开花状石墨部位”也只能略微降低该部位的温度，使其冷却速度略微加快，但不可能使冷却速度达到阻止石墨化的程度，因而不可能阻止过共晶石墨析出，也就不可能防止漂浮和开花状石墨。何况为防止缩松产生，球铁件—般不能采用冷冒口，必须在热节部位设置热冒口，内浇道通过冒口进入铸件热节，球铁曲轴更是如此，因此，只有控制CE才是防止石墨漂浮，也就是防止开花状石墨的有效方法。根据国内、外众多研究和生产统计，出现石墨漂浮的临界CE是4.50％-4.60％(由于球

8、化剂Mg和RE的过冷作用，此临界CE要高于Fc-C平衡图上的共晶点CE4.26％～4.30％)。要防止石墨漂浮和开花状石墨，CE应当控制在此临界值以下，其中厚大件临界值宜不超过4.50％；薄小件临界值可以放宽到4.60％-4.65％。值得注意的是：球铁决不能采用灰口试样钻屑(包括铸件本体钻屑)测定w(C)量，—定要采用全白口试样，否则分析结果要偏低，而且偏低多少没有规律。笔者曾发现，即使是采用铁型浇