浅谈球墨铸铁皮下气孔形成机理及防治方法

【摘要】 球墨铸铁是一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，某些条件下能满足制造有一定强度、韧性、耐磨性及受力复杂要求的零件。当然球墨铸铁件在生产中也存在着诸如球化不良和球化衰退、缩孔和缩松、皮下气孔等缺陷。皮下气孔影响铸件的表面质量，并且在出现皮下气孔的部位，往往伴随有片状石墨，因而恶化了改部分的力学性能，严重的皮下气孔会使铸件报废。

【关键词】 球墨铸铁 皮下气孔 形成机理 防治措施

铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金，经过高温熔融和铸造成型而得到，石墨呈球状时的铸铁就叫球墨铸铁。球墨铸铁是一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，某些条件下能满足制造有一定强度、韧性、耐磨性及受力复杂要求的零件。皮下气孔影响铸件的表面质量，并且在出现皮下气孔的部位，往往伴随有片状石墨，因而恶化了改部分的力学性能，严重的皮下气孔会使铸件报废，下面就皮下气孔缺陷进行探讨。一般对于中等壁厚度的球墨铸铁件来讲，容易出现皮下气孔的壁厚范围主要是在8～15mm，

一、目视特征

皮下气孔大多数情况下是由多个直径为1～3mm的小气孔，成串横列于铸件表面以下1～3mm处。气孔内壁光滑，呈均匀分布在铸件上表面或远离内浇道的部位，但在铸件侧面和底部也偶尔存在。一般为圆球形、团球形、泪滴形、长针形。在铸态时，皮下气孔不易被发现；但是，铸件经热处理后，或是经机械加工后则显露。

二、形成机理

球墨铸铁铁液浇入湿型后，金属与铸型界面的水气会被Fe、Al、Mg还原，产生原子态的氢（H）。

2Al+3H2OAl2O3+6H

Mg+H2OMgO+2H

界面的铁液层富氢，凝固时可以形成氢气核，继而长大形成氢气泡由于氢是从被包封的液态中析出，所以最后形成的气孔呈球形或者泪滴形。由于中等壁厚的球墨铸铁件使界面的化学反应速度、界面铁液层氢气核形成、长大速度及凝固速度易于匹配，再加上球墨铸铁中的Mg能使界面水气强烈的被还原，因此球墨铸铁产生皮下气孔的倾向较大。

三、防治措施

3.1控制铁液质量

1、残留铝量 湿型球墨铸铁件的危险残留铝量为0.03%～0.05%，此时会出现皮下气孔，小于0.03%时，一般不会出现。在不影响金相组织的前提下，浇注前添加0.2%以上的铝，就可以消除皮下气孔。但是铸铁中的铝主要来自孕育剂，湿型孕育的球墨铸铁件，在铁液中加入过多的硅铁孕育剂时，则是铸件产生皮下气孔的原因之一。2、残留钛量 铸铁中残留铝和残留钛都有时，过量的残留钛会使铸铁产生严重的皮下气孔。球墨铸铁件残留铝量小于0.03%时，一般不出现皮下气孔，若此时残留钛含量超过0.01%时，则会产生皮下气孔。钛铝共同作用下，加剧界面水气还原，使得界面铁液含氢量更高，更易形成皮下气孔。残留钛主要来自熔炼炉料生铁锭，应注意生铁锭的含钛量，含钛量高的与低的搭配使用，控制钛量。3、锰、硫 对于湿型球墨铸铁件，从防止皮下气孔的角度来讲，硫元素是有害元素。当硫元素含量超过0.094%时容易产生皮下气孔，硫含量越高，出现缺陷的情况越严重。除此之外，产生的H2S可能会使缺陷更加严重。球化处理之后产生的氧化物、硫化物渣，清理干净。否则产生在界面处产生H2S气体也会形成皮下气孔，这种皮下气孔周围的石墨球化不良。4、添加稀土元素 加入稀土元素能够脱氧、脱硫，提高铸铁液态的表面张力，能够有效的防止皮下气孔的产生。球墨铸铁一般用稀土镁硅铁合金做球化剂，浇注前铁液中加碲（Te）0.002%（20ppm），加入量很少就可以起到明显的效果。5、浇注温度 为防止球墨铸铁件产生皮下气孔，选择正确的浇注温度，避免落入危险的浇注温度范围。6、控制铁液原始含氢量 实践证明当铁液含氢量到4～5ppm，此时易产生皮下气孔，一般原始铁液含氢量控制在2～2.5ppm以下，开炉后1.5～3.5小时内，含氢量较高不适宜浇注。

3.2铸型因素的控制

1、湿型型砂的水分、死粘土和附加物 水分应少于5%，当水分从4.5%到6.5%时，球墨铸铁的皮下气孔出现的几率会增加7～10倍。在砂型中添加煤粉（4%～6%）、赤铁矿粉（2%）、二氟化铵（2%～2.5%）等各种附加物都有利于防止皮下气孔。2、流水线生产时，对于皮下气孔非常敏感的的球墨铸铁，不能用冒热气温度超过35℃的热砂造型，否则极易在铸件过热部位出现皮下气孔，不解决热型砂造型问题，其他防治措施的效果不理想。因此在砂处理系统设计上旧砂回用的砂冷却装置，容量足够的贮砂斗等设备设施，工艺上定时添加新砂及合理的湿型型砂壁厚度等，保证生产制造时不出现热型砂造型的问题。3、型腔表面抖敷熔剂粉 常用的熔剂粉是冰晶石粉或者氟化钠粉，据有关统计，抖敷的氟化钠粉的同不抖敷的相比较，可使球墨铸铁皮下气孔产生的缺陷由25%降至5%，有利的减少皮下气孔。

参 考 文 献

[1]郝石坚，宋绪丁. 《球墨铸铁》. 化学工业出版社， 2015.2.1

[2]吴德海 .《灰铸铁球墨铸铁及其熔炼》.中国水利水电出版社， 2006.3.1

[3]小林俊郎 野口. 《球墨铸铁的强度评价》. 东北大学出版社 ，2002.1.1