如今,薄壁的生產需求在逐年增加。壁厚要求越來越薄,2毫米至3毫米間的薄壁件也非常普遍了。所以,普及薄壁鑄造件,研究薄壁鑄造件技術,就非常有必要了。
避免薄壁球墨鑄鐵件出現白口的措施是選用合適的化學成分和提高鐵水孕育效果。其中選擇提高鑄件碳當量是最主要的方法。提高碳當量能增加鐵水的碳活度,減少鐵水共晶轉變過冷度,保證石墨形核。薄壁鑄件的碳當量應高于一般球墨鑄鐵。根據科研試驗數據和現場生產試驗結果,為了避免碳化物,壁厚2.5---3毫米球墨鑄鐵件的碳當量不宜低于4.6%。
判斷碳當量是否合適除了化驗外,還可以觀察澆注薄壁件的鐵水凝固后產生的石墨球數來判斷碳當量是否適合。這是一項非常實用和有效的方法。薄壁球墨鑄鐵件碳化物的生成與該鑄件石墨球數之間存在著一定關系。增加球數可以減少碳化物生成。球狀石墨數量不但能判斷鑄件碳當量是否合適,而且是鐵水孕育處理效果、鑄件冷卻速度、鐵水過熱程度和澆注溫度等諸多因素的綜合反映。
下圖所示曲線顯示1.0---1.5毫米球墨鑄鐵試樣的石墨球數。這些數據來自澆注的薄片試樣檢測結果。圖中各黑點均表明相應斷面厚度的臨界石墨球數。凡球數超過曲線所示臨界值時,斷面內不出現共晶碳經物。相反地,球數少于臨界值的斷面中將有可能存在共晶碳化物。而且球數與臨界值相差越多,碳化物的生成量也越多。
另一項試驗指出球墨鑄鐵的石墨球數對碳當量變化的影響。下面這張圖顯示化學成分為碳等于3.65%,硅等于2.4%---3.4%,錳小于101%,鎂等于0.03%--0.045%,稀土等于0.005---0.009的鐵水經過出鐵槽75硅鐵孕育及二次瞬時孕育后,2毫米存試樣上碳當量和球數的關系。圖中空白點成分的試樣無碳化物生成,黑點成分試樣的碳化物體積分數大于1%?;貧w分析導出的數據形成圖中的實踐,此實線為厚度2毫米鑄壁不出現碳化物的臨界數值。由此圖可見,碳當量低于4.6%(4.4%---4.6%)或石墨球密度低于每平方毫米700個時,2毫米試樣內存在碳化物的概率很高。
硅的質量分數對臨界石墨球數也有影響。碳當量相同時,含硅較高可增加球數?;w中鐵素體含量相同時,含硅較高也可增加球數,都能消減鑄件中的共晶碳化物。上術經過實驗驗證的數據顯:薄壁球墨鑄鐵件都存在一個可以避免共晶碳化物出現的最低球數。
除碳硅含量外,鐵水中存在碳經物形成元素(錳、鉻、鉬、釩等)也促進薄壁鑄件產生白口。有人曾以碳當量等于4.65%的球墨鑄鐵水,澆注3毫米厚、長度為100毫米球墨鑄鐵試樣,組織中發現晶間碳化物。試驗表明:薄壁球墨鑄鐵是否出現晶間碳化物與鐵水同碳化物形成元素分數有關。錳促使碳化物生成,磷會形成磷共晶。必須嚴格限制這兩種元素的含量。如果沒有降低含硅的特殊要求,薄壁球鐵件的含錳量不應超過0.2%。一般在01%--0.2%之間。含磷量也應盡可能低。含磷量超過0.06%,即可在金相組織中看到磷共晶存在。鑄態使用的薄壁球墨鑄鐵中,磷的質量分數不宜超過0.03%。
鉻、鉬、釩、鈦等碳化物形成元素大多數來源于爐料。生鐵或回爐料中可能含有這些元素。因此,熔煉前應檢查爐料中這些元素的總量,一般不要超過0.25%。
除了常存元素和合金元素外,還應注意殘余鎂量。球化處理時加入球化劑過多或鎂的吸收率超過預期都能致鑄件殘余鎂量過多,而使薄壁球鑄鐵件產生白口。采用稀土鎂球化劑時,殘余鎂量為0.04%即可使2.5---3.0毫米斷面中出現碳化物。
鑄造壁厚小于或等于3毫米薄壁球墨鑄鐵件一般應采用過共晶成分鐵水,建議在下列范圍內選取鑄件化學成分:
稀土等于:4.6%--4.85%
硅等于2.4%---2.7%
錳等于0.1%---0.2%
磷等于或小于0.03%
硫小于或等于0.02%
鎂等于0.045---0.4%