铸造基础知识。

这里谈论的厚壁球墨铸铁件指壁厚超过50mm的铸件。

厚壁球墨铸铁件铸造过程中最显著的特点是经过球化和孕育处理后的铁水以非常缓慢的速度凝固和冷却。有的铸件需要几百小时才能结束凝固过程。在此期间，铸件的组织和性能发生一些不同于一般球墨铸铁件的变化。其组织方面主要有以下的特点。

①以铁素体为主的基体组织。由于碳原子在冷却速度很低的情况下有机会充分扩散，迁移到石墨表面或形成二次石墨。其结果是使基体含碳量降低，球状石墨周围的铁素体以及呈网状分布或块状分布的铁素体晶粒都显著增大。铁素体的体积分数增加，产生以铁素体为主的基体组织。

②厚大断面中石墨球数减少球径增大。缓慢冷却过程中，铁水的过冷度比较低。在一定范围内，铁水过冷度减小会导致有效石墨晶核临界尺寸增大，出现有效晶核概率降低。因此，石墨球数量随铸件厚度增加而减少，球体间距增加，球体平均直径增大。

③厚大断面中容易出现异态石墨。厚壁件冷却缓慢，凝固时间长，容易发生球化衰退及孕育衰退。厚大断面心部和热节部位产生碎块状石墨。其他部位也容易产生其它异型石墨。

④产生石墨漂浮。在缓慢冷却的铁水中，石墨向上漂浮，导致石墨在铸件内部不均匀分布，产生石墨漂浮。

⑤晶间碳化物增加。大多数的碳化物形成元素在凝固时偏析在液相中。尽管在熔炼配料时人们已经限制了这些元素的质量分数，但是由于铸件冷却缓慢，元素仍有充足时间扩散到共晶团之间的残留熔液中。富集区内碳化物形成元素浓度可能超过平均浓度的几倍甚至几十倍，促使晶间碳化物数量增加。

厚壁球墨铸铁件成分

厚壁球墨铸铁件应选择共晶或稍过共晶成分。在避免石墨大量漂浮的情况下，适当提高碳当量可以增加石墨的共晶膨胀量，有利于铸件补缩，还有助于增加石墨球数，减少碎块状石墨和其他异型石墨。过共晶成分铁水出现石墨漂浮的临界值是CE=4.4%，超过此值，石墨漂浮明显增多。

硅含量影响碎块石墨生成或蠕虫状石墨聚集。适当降低硅含量，可减少厚断面中碎块状石墨体积分数。卡塞等人的试验表明，当硅含量小于2%时，碎块状石墨将显著减少。

锰对珠光体体积分数和晶间碳化物的析出有显著影响。对于厚壁铁素体基体球墨铸铁，锰含量一般不宜超过0.2%，较高的锰含量使晶间碳化物增加，降低材料韧性。

一些微量元素和稀土元素混合使用可以有效消除异型石墨。生产中常常使用微量锑、铋等元素。

厚壁球墨铸铁件含锑量在允许范围内对消除碎块状石墨的作用明显。但是超过允许含量后，晶界上会出现星型石墨和片状石墨，恶化石墨形态。锑是干扰球化元素，一旦铁水中存在其它微量元素时，都会导致异型石墨出现。锑与镁化合后也会使石墨形态恶化。在正常生产条件下，加锑量一般0.-0.%，同时要严格控制残留镁及残留稀土含量。锑元素会累积，在使用含锑回炉料时更应严格控制使用量。

铋与稀土同时加入铁水中，可以增加石墨球数，限制畸形石墨的生成。

锡的作用机制是提高石墨外围奥氏体壳的强度，防止球状石墨结构分裂解体。

孕育处理

生产厚壁球墨铸铁件应采用高效长效的孕育剂和处理工艺。一方面可以降低硅含量，另一方面在铁水缓慢冷却过程中防止孕育衰退。

钡硅铁是厚壁球墨铸铁常用的长效孕育剂。一般不推荐使用锶硅铁。这是因为锶硅铁容易促进厚壁件产生碎块状石墨。锆硅铁也是一种长效孕育剂，但它也有促进碎块状石墨生成的作用，在生产中应谨慎选择使用。

孕育剂的加入量需要精确计算称量，不能过量加入。在生产实践中发现，很多厚壁铸件组织中出现的碎块状石墨往往是因为孕育剂加入量过多而产生的。

正确实行瞬时孕育，型内孕育是消除厚壁件中畸形石墨的有效措施。这点不再赘述。有兴趣的翻阅

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