球鐵是近40年來我國發(fā)展起來的重要鑄造金屬材料。由于球狀石墨造成的應(yīng)力集中小，對基體的割裂作用也較小，故球鐵的抗拉強(qiáng)度，塑性和韌性均高于其他鑄鐵。與相應(yīng)組織的鋼相比，塑性低于鋼，疲勞強(qiáng)度接近一般中碳鋼，屈強(qiáng)比可達(dá)0 7～0 8，幾乎是一般碳鋼的2倍，而成本比鋼低，因此其應(yīng)用日趨廣泛。
當(dāng)然，球鐵也不是十全十美的，它除了會產(chǎn)生一般的鑄造缺陷外，還會產(chǎn)生一些特有的缺陷，如縮松、夾渣、皮下氣孔、球化不良及衰退等。這些缺陷影響鑄件性能，使鑄件廢品率增高。為了防止這些缺陷的發(fā)生，有必要對其進(jìn)行分析并且精密鑄造，總結(jié)出各種影響因素，提出防止措施，才能有效降低缺陷的產(chǎn)生，提高鑄件的力學(xué)性能及生產(chǎn)效益。本文將討論球鐵件的主要常見缺陷:縮孔、縮松、夾渣、皮下氣孔、石墨漂浮、球化不良及球化衰退。
1 縮孔縮松
1.1影響因素
(1)碳當(dāng)量：提高碳量，增大了石墨化膨脹，可減少縮孔縮松。此外，提高碳當(dāng)量還可提高球鐵的流動性，有利于補(bǔ)縮。生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鑄件的經(jīng)驗(yàn)公式為Ｃ%+1/7Ｓｉ%>3 9%。但提高碳當(dāng)量時(shí)，不應(yīng)使鑄件產(chǎn)生石墨漂浮等其他缺陷。
(2)磷：鐵液中含磷量偏高，使凝固范圍擴(kuò)大，同時(shí)低熔點(diǎn)磷共晶在最后凝固時(shí)得不到補(bǔ)給，以及使鑄件外殼變?nèi)?，因此有增大縮孔、縮松產(chǎn)生的傾向。一般工廠控制含磷量小于0 08%。
(3)稀土和鎂：稀土殘余量過高會惡化石墨形狀，降低球化率，因此稀土含量不宜太高。而鎂又是一個(gè)強(qiáng)烈穩(wěn)定碳化物的元素，阻礙石墨化。由此可見，殘余鎂量及殘余稀土量會增加球鐵的白口傾向，使石墨膨脹減小，故當(dāng)它們的含量較高時(shí)，亦會增加縮孔、縮松傾向。
(4)壁厚：當(dāng)鑄件表面形成硬殼以后，內(nèi)部的金屬液溫度越高，液態(tài)收縮就越大，則縮孔、縮松的容積不僅絕對值增加，其相對值也增加。另外，若壁厚變化太突然，孤立的厚斷面得不到補(bǔ)縮，使產(chǎn)生縮孔縮松傾向增大。
(5)溫度：澆注溫度高，有利于補(bǔ)縮，但太高會增加液態(tài)收縮量，對消除縮孔、縮松不利，所以應(yīng)根據(jù)具體情況合理選擇澆注溫度，一般以1300～1350℃為宜。
(6)砂型的緊實(shí)度：若砂型的緊實(shí)度太低或不均勻，以致澆注后在金屬靜壓力或膨脹力的作用下，產(chǎn)生型腔擴(kuò)大的現(xiàn)象，致使原來的金屬不夠補(bǔ)縮而導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生縮孔縮松。
(7)澆冒口及冷鐵：若澆注系統(tǒng)、冒口和冷鐵設(shè)置不當(dāng)，不能保證金屬液順序凝固；另外，冒口的數(shù)量、大小以及與鑄件的連接當(dāng)否，將影響冒口的補(bǔ)縮效果。
1.2 防止措施
(1)控制鐵液成分：保持較高的碳當(dāng)量(>3 9%)；盡量降低磷含量(<0 08%)；降低殘留鎂量(<0 07%)；采用稀土鎂合金來處理，稀土氧化物殘余量控制在0 02%～0 04%。
(2)工藝設(shè)計(jì)要確保鑄件在凝固中能從冒口不斷地補(bǔ)充高溫金屬液，冒口的尺寸和數(shù)量要適當(dāng)，力求做到順序凝固。
(3)必要時(shí)采用冷鐵與補(bǔ)貼來改變鑄件的溫度分布，以利于順序凝固。
(4)澆注溫度應(yīng)在1300～1350℃，一包鐵液的澆注時(shí)間不應(yīng)超過25ｍｉｎ，以免產(chǎn)生球化衰退。
(5)提高砂型的緊實(shí)度，一般不低于90；撞砂均勻，含水率不宜過高，保證鑄型有足夠的剛度。
2 夾渣
2 .1 影響因素
(1)硅：硅的氧化物也是夾渣的主要組成部分，因此盡可能降低含硅量。
(2)硫：鐵液中的硫化物是球鐵件形成夾渣缺陷的主要原因之一。硫化物的熔點(diǎn)比鐵液熔點(diǎn)低，在鐵液凝固過程中，硫化物將從鐵液中析出，增大了鐵液的粘度，使鐵液中的熔渣或金屬氧化物等不易上浮。因而鐵液中硫含量太高時(shí)，鑄件易產(chǎn)生夾渣。球墨鑄鐵原鐵液含硫量應(yīng)控制在0 06%以下，當(dāng)它在0 09%～0 135%時(shí)，鑄鐵夾渣缺陷會急劇增加。
(3)稀土和鎂：近年來研究認(rèn)為夾渣主要是由于鎂、稀土等元素氧化而致，因此殘余鎂和稀土不應(yīng)太高。
(4)澆注溫度：澆注溫度太低時(shí)，金屬液內(nèi)的金屬氧化物等因金屬液的粘度太高，不易上浮至表面而殘留在金屬液內(nèi)； 溫度太高時(shí)，金屬液表面的熔渣變得太稀薄，不易自液體表面去除，往往隨金屬液流入型內(nèi)。而實(shí)際生產(chǎn)中，澆注溫度太低是引起夾渣的主要原因之一。此外，澆注溫度的選取還應(yīng)考慮碳、硅含量的關(guān)系。
(5)澆注系統(tǒng):澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)合理,具有擋渣功能,使金屬液能平穩(wěn)地充填鑄型,力求避免飛濺及紊流。
(6)型砂：若型砂表面粘附有多余的砂子或涂料，它們可與金屬液中的氧化物合成熔渣，導(dǎo)致夾渣產(chǎn)生；砂型的緊實(shí)度不均勻，緊實(shí)度低的型壁表面容易被金屬液侵蝕和形成低熔點(diǎn)的化合物，導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生夾渣。
2.2 防止措施
(1)控制鐵液成分：盡量降低鐵液中的含硫量(<0 06%)，適量加入稀土合金(0 1%～0 2%)以凈化鐵液，盡可能降低含硅量和殘鎂量。
(2)熔煉工藝：要盡量提高金屬液的出爐溫度，適宜的鎮(zhèn)靜，以利于非金屬夾雜物的上浮、聚集。扒干凈鐵液表面的渣子，鐵液表面應(yīng)放覆蓋劑(珍珠巖、草木灰等)，防止鐵液氧化。選擇合適的澆注溫度，最好不低于1350℃。
(3)澆注系統(tǒng)要使鐵液流動平穩(wěn)，應(yīng)設(shè)有集渣包和擋渣裝置(如濾渣網(wǎng)等)，避免直澆道沖砂。
(4)鑄型緊實(shí)度應(yīng)均勻，強(qiáng)度足夠；合箱時(shí)應(yīng)吹凈鑄型中的砂子。
3 石墨漂浮
3. 1 影響因素
(1)碳當(dāng)量：碳當(dāng)量過高，以致鐵液在高溫時(shí)就析出大量石墨。由于石墨的密度比鐵液小，在鎂蒸汽的帶動下，使石墨漂浮到鑄件上部。碳當(dāng)量越高，石墨漂浮現(xiàn)象越嚴(yán)重。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，但不是唯一原因，鑄件大小、壁厚也是影響石墨漂浮的重要因素。
(2)硅：在碳當(dāng)量不變的條件下，適當(dāng)降低含硅量，有助于降低產(chǎn)生石墨漂浮的傾向。
(3)稀土：稀土含量過少時(shí)，碳在鐵液中的溶解度會降低，鐵液將析出大量石墨，加重石墨漂浮。
(4)球化溫度與孕育溫度：為了提高鎂及稀土元素的吸收率，國內(nèi)試驗(yàn)研究表明，球化處理時(shí)最適當(dāng)?shù)蔫F液溫度是1380～1450℃。在此溫度區(qū)間，隨著溫度升高，鎂和稀土的吸收率增加。
(5)澆注溫度：一般情況下,澆注溫度越高，出現(xiàn)石墨漂浮的傾向越大，這是因?yàn)殍T件長時(shí)間處于液態(tài)有利于石墨的析出。A.P.Druschitz與Ｗ.Ｗ.Ｃhaput研究發(fā)現(xiàn),若縮短凝固時(shí)間，隨著澆注溫度升高，石墨漂浮傾向降低。
(6)滯留時(shí)間：孕育處理后至澆注完畢之間的停留時(shí)間太長，為石墨的析出提供了條件，一般這段時(shí)間應(yīng)控制在10min以內(nèi)。