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谈球墨铸铁缺陷研究

姜海峰

(哈尔滨理工大学材料科学与工程学院，黑龙江哈尔滨150040)

摘要：本文综合分析了球墨铸铁缺陷的研究现状，指出了缩孔缩松、石墨漂浮、皮下气孔、球化不良和

球化衰退等球墨铸铁特有缺陷的形成原因及防止措施。

关键词：球墨铸铁；缺陷；现状‘

球墨铸铁是本世纪4O年代末发明的，从1950年前后才真正用于生产中。目前，球墨铸铁已广泛的

用于制造一些受力复杂、强度、韧性、耐磨性要求高的零件，如柴油机、汽车及拖拉机的曲轴、凸轮轴、

中压闸门，汽车及拖拉机的某齿轮以及农机、农具等零件。球墨铸铁除具有一般铸造缺陷外，它还经常出

现诸如缩孔缩松、夹渣、石墨漂浮、皮下气孔、球化衰退及球化不良等球墨铸铁特有的缺陷。球铁缺陷的

分析研究，多年来一直是铸造工作者和铸造厂家关心的热门话题。

一、缩孔缩松

球墨铸铁件与灰铸铁件相比，具有较大的缩孔和缩松倾向，这一直是球墨铸铁件生产技术的关键问题

之一，国内外的球铁专家、学者对此进行了大量的研究。

早期人们对球铁件缩孔的形成机理及冒口设计问题认识不清。有人认为球铁具有与铸钢相同的收缩

倾向，因此冒口也要和铸钢一样大。与此相反，用小冒口甚至不用冒口也能生产出健全铸件。近年来随着

人们对球铁凝固特性认识的深入及电子显徽技术的发展，对球铁缩孔形成机理和冒口设计有了比较清楚的

认识。

国内外研究者对球铁缩松作了大量的研究工作，提出了一些消除缩松的措施，但由于早期对缩松产

生机理存在较大分歧，各自提出的影响因素和防止措施相差很大。各家的观点主要集中在三个方面：(1)

球墨铸铁糊状凝固特性；(2)石墨化膨胀量和膨胀力；(3)型腔扩大。

分歧较大是在石墨化膨胀的评价上，一者认为石墨析出引起膨胀和体积胀大，有利于消除缩松；一

者认为球铁比灰铁大得多的石墨化膨胀力使共晶团之间的间隙扩大，数目增加，使缩松增加。

近年来，人们借助电子显微技术对球铁缩松进行微观观察及分析对缩松的产生和防止有了更进步的

认识。资料认为：石墨化膨胀是控制缩孔、减少缩松的因素，根据铸型刚性条件和铸件结构特点。只存在

一个石墨化膨胀利用程度问题。认为“石墨化大大增加缩孔体积，增加共晶团间隙数目和容积”的说法缺

少证据。而球铁的热后缩松是早期收缩阶段产生的。资料认为：缩孔、缩松内有大量氧化镁、硅酸镁夹杂

物，这些夹杂物的存在，促进了缩孔、缩松的形成。

随着对球铁铸件缩孔缩松认识的不断深人，研究人员开始尝试研究利用缩孔判据预测球铁件的缩孔

缩松。

1986年新山英辅发表了应用G/R法预测球铁件缩孔缩松的论文，首次开展了对球铁铸件缩孔、缩

松的预测研究。随后，日本、美国英国、中国等国的铸造研究者从不同的角度对球铁缩孔缩松预测讲行了

研究。哈尔滨理工大学的吴士平在他的博士论文中详细地回顾了球铁缩孔缩松预测研究的历史，并在随后

的研究中运用“动态临界补缩固相率”和“广度关联法”预测了厚大断面球铁乏燃料贮运容器铸件的缩孔

缩松，模拟结果与实际结果相一致。清华大学机械工程系教授熊守美提出并开发了动态膨胀收缩累积法来

预测球墨铸铁缩孔缺陷，在实际球铁件上进行了缩孔形成的模拟和工艺改进。

上述研究表明，球铁缩孔缩松的认识已经比较清楚，用计算预测也成为可能。

二、石墨漂浮

石墨漂浮是球铁特有的缺陷之一。一般认为：碳当量高是导致这种缺陷的主要原因。但至今关于石墨漂

浮问题的进一步研究不是很多，尤其对其形成机理的认识尚不够深入。

1983年，美国Wisconsin—Madison大学的G.X.Sum和C.R.Loper,利用扫描电子显微镜和传统的光

学显微镜对紧密石墨铸铁和过共晶球铁中的石墨漂浮进行了研究。通过观察分析认为：紧密石墨与塑性过

共晶球铁中的石墨漂浮区的石墨都是以相似的方式形成爆炸石墨的，文中绘出了各种爆炸石墨的形成照片，

说明各种爆炸石墨的影响因素和生成条件。

1986年，英国伯明翰的BCIRA公司承担了AFS韧性球铁性能控制委员会的计划项目，A.G.Fullerand

T.N.Blackman按项目要求对化学成分及铸造工艺因素，对过共晶球铁石墨漂浮的影响进行了研究。他们首

先测定了碳硅变化、铸件浇注温度和截面尺寸变化对石墨漂浮的影响程度。进而又考察了其他的工艺因索：

包括