陳樹平

（丹陽(yáng)中核蘇閥蝶閥有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

對(duì)球鐵鑄件的質(zhì)量要求為：球鐵鑄件內(nèi)部和鑄件外部無(wú)縮孔，無(wú)縮松，無(wú)夾渣，無(wú)砂孔，無(wú)氣孔，鑄件本體各部位的強(qiáng)度，硬度，基體組織趨向一致，機(jī)加工性能良好。

目前在鑄造行業(yè)中，存在著對(duì)球鐵鑄件本體健全性能不重視的狀況；只注重試樣的性能，往往忽視了球鐵鑄件本體的綜合性能。有些工廠簡(jiǎn)單的認(rèn)為：球鐵的試塊樣件合格了，相關(guān)的鑄件產(chǎn)品就認(rèn)定為合格了。或者認(rèn)為；球鐵鑄件某部位本體輔助試樣合格了，球鐵鑄件整體的綜合性能就全部合格了。而在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況卻是復(fù)雜多變的。

1 鑄件在砂箱中的位置對(duì)球化率的影響

2009年作者在廊坊某鑄造廠（做技術(shù)服務(wù)工作）時(shí)，發(fā)現(xiàn)了這樣一個(gè)新的現(xiàn)象，在為法國(guó)圣哥班公司生產(chǎn)的DN1400mm閥門的閥芯時(shí)，材質(zhì)為GGG50（1400mm，單重920 kg，壁厚50mm～140mm）.外方要求鑄件本體的金相組織中的球化率≥85%，且檢測(cè)金相的位置是在鑄件本體的下箱某部位鑄出。

當(dāng)時(shí)認(rèn)為，金相位置在下箱鑄出，下箱的鐵水冷卻速度比上箱快，較早冷卻位置的球化率要高于較晚冷卻位置的球化率，就同意了這種檢測(cè)方法。

鑄件如圖1所示，為了便于鑄件本體的金相檢驗(yàn)，在鑄件的上表面預(yù)鑄出了4個(gè)凸臺(tái)，鑄件的下表面預(yù)鑄出了4個(gè)凸臺(tái)，凸臺(tái)高出鑄件本體5mm.金相檢驗(yàn)時(shí)將凸臺(tái)磨平到鑄件本體表面（減輕表層對(duì)金相檢驗(yàn)的影響）。

圖1 鑄件圖

檢測(cè)結(jié)果：下箱鑄件表面球化率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于上箱的球化率。針對(duì)這種現(xiàn)象又對(duì)補(bǔ)縮冒口根部進(jìn)行了金相檢測(cè)，檢測(cè)的結(jié)果是冒口根部的球化率良好，如圖2.

基于上述現(xiàn)象，對(duì)其他球鐵鑄件產(chǎn)品也進(jìn)行了本體不同部位的金相檢測(cè)，其結(jié)果同樣證實(shí)了上述現(xiàn)象的存在。

這種現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)是對(duì)過(guò)去多年認(rèn)識(shí)球鐵生產(chǎn)過(guò)程的一個(gè)修正和補(bǔ)充（以前的認(rèn)識(shí)是球鐵鑄件最早冷卻部位的球化率最好，而最晚冷卻的水冒口部位球化率最差）。

對(duì)此進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。在下箱鑄件的金相指定位置上加上了相應(yīng)的冷鐵，其結(jié)果是只有冷鐵處的球化率結(jié)果好于未加冷鐵的同一平面的附近位置球化率，但其球化率仍然比鑄件上表面的球化率差。

2 “現(xiàn)象”分析

通過(guò)對(duì)不同重量不同型號(hào)不同規(guī)格的閥門產(chǎn)品：如閥體，閥蓋，閥芯等其他部件進(jìn)行了對(duì)比性的檢驗(yàn)。同時(shí)還對(duì)非閥門產(chǎn)品的球鐵鑄件進(jìn)行了同樣的對(duì)比性檢驗(yàn)，其結(jié)果都證實(shí)了鑄件上表面球化率高于下表面。

這種現(xiàn)象初步分析認(rèn)為：球鐵溶液未結(jié)晶之前，含有一定數(shù)量的鎂元素和稀土元素會(huì)在鑄件整體未結(jié)晶之前而且溫度條件允許的條件下移動(dòng)，從相對(duì)未結(jié)晶的溶液低溫部位向相對(duì)溫度高的空間部位運(yùn)動(dòng)。為了驗(yàn)證分析結(jié)果，做了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。

首先將一部分球鐵鑄件的過(guò)熱補(bǔ)縮冒口件進(jìn)行中心鉆孔試驗(yàn)，結(jié)果是：有絕大部分冒口中心鉆不動(dòng)，出現(xiàn)了硬質(zhì)點(diǎn)（反白口），而與其相連的鑄件在加工過(guò)程中則沒有出現(xiàn)這種情況。

圖3球鐵鑄件是依照美國(guó)材質(zhì)ASTM-A53660-45-12技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的蝶閥閥體鑄件?，F(xiàn)場(chǎng)中發(fā)紅的鑄件和冒口，比較清晰的反應(yīng)了鑄件的冷卻過(guò)程，鑄件在冷卻后進(jìn)行機(jī)加工沒有問題，可是過(guò)熱冒口在冷卻后，其心部卻鉆不動(dòng)孔，鋸開后發(fā)現(xiàn)中心有白硬點(diǎn)。

圖2 檢測(cè)結(jié)果

圖3 蝶閥閥體鑄件實(shí)物照片（紅色冒口）

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)對(duì)比認(rèn)為：

1）過(guò)熱冒口心部硬的狀況，符合含有一定數(shù)量的鎂元素和稀土元素，會(huì)在溫度允許的條件下，從未結(jié)晶的溶液相對(duì)溫度較低的部位向相對(duì)溫度較高的空間部位運(yùn)動(dòng)，當(dāng)聚集的鎂和稀土元素足以使其產(chǎn)生較多的碳化物后便出現(xiàn)了硬質(zhì)點(diǎn)即反白口現(xiàn)象。

2）閥門鑄件較厚部位的心部：符合含有一定數(shù)量的鎂元素和稀土元素，聚集的鎂和稀土元素的數(shù)值尚不足使其產(chǎn)生過(guò)多碳化物的情況，所以沒有出現(xiàn)硬質(zhì)點(diǎn)，機(jī)加工沒問題，但鑄件與冒口連接的部位的球化率較高。

3）鑄件薄壁部位：由于球鐵溶液各部位的快速冷卻快速結(jié)晶凝固，使鎂和稀土元素移動(dòng)聚集的時(shí)間短，被分散結(jié)晶在鑄件的各部位，而各部位的鎂和稀土元素的數(shù)量適中，所以也不會(huì)出現(xiàn)反白口缺陷的問題，鑄件的機(jī)加工性能良好。

將圖3中過(guò)熱補(bǔ)縮冒口件鋸開后，觀察中間的金相結(jié)果發(fā)現(xiàn)：冒口外圍的球化率好于鑄件的其他部位，冒口中心部位有白色亮點(diǎn)，亮點(diǎn)的硬度非常高。

通過(guò)上述觀察和試驗(yàn)，對(duì)球鐵鑄鐵中的反白口現(xiàn)象又多了一些假想。

1）這些反白口聚集物有可能是鎂和稀土元素聚集量過(guò)多促成的。

2）這些碳化物聚集在球墨鑄鐵最后凝固的中心部位。

3）鎂和稀土兩元素是促成碳化物產(chǎn)生的主要因素，鎂元素的作用更強(qiáng)。

4）鑄件本體的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，厚薄不均會(huì)使鎂元素向較厚部位偏析也是造成球墨鑄鐵產(chǎn)生反白口缺陷的一種因素。

碳化物產(chǎn)生的前期條件：

1）存在著促進(jìn)碳化物生成的元素(鎂和稀土過(guò)飽和的質(zhì)量).

2）溶液結(jié)晶凝固完畢之前，具有使鎂和稀土元素可以移動(dòng)的溫差條件。

3）在溶液從初次結(jié)晶至完全凝固過(guò)程中，有鎂和稀土元素移動(dòng)的充分時(shí)間。

4）在溶液從初次結(jié)晶至完全凝固過(guò)程中，具備鎂和稀土元素進(jìn)行過(guò)多聚集的空位條件。

參照“現(xiàn)象的存在”，結(jié)合閥門類球鐵鑄件在鑄造生產(chǎn)過(guò)程中的特點(diǎn)，對(duì)本公司球鐵生產(chǎn)工藝過(guò)程進(jìn)行了較大改動(dòng)。

由于球墨鑄鐵中的球化率與鎂元素和稀土元素的加入量有很大關(guān)系。如何在球墨鑄鐵的生產(chǎn)過(guò)程中即滿足鑄件本體的機(jī)械性能，又能在加入合金原素量的精確上保證穩(wěn)定，這確實(shí)是一件較難做到的事。

在目前的綜合生產(chǎn)條件下，對(duì)于大多數(shù)企業(yè)來(lái)講，第一要素就是球鐵鑄鐵的機(jī)械性能是不能降低的。在這一基礎(chǔ)上再考慮其他方案，用以補(bǔ)償生產(chǎn)過(guò)程中的不足之處。

3 結(jié) 論

在滿足材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，我們參照“現(xiàn)象的存在”和企業(yè)的實(shí)際情況，通過(guò)大量的試驗(yàn)，總結(jié)出了一整套的工藝文件和操作文件，徹底地解決了多種球鐵鑄件在機(jī)加工部位出現(xiàn)的硬質(zhì)點(diǎn)即反白口問題。同時(shí)也徹底地解決了球鐵鑄件整體機(jī)械性能不均衡的狀況。

在每年生產(chǎn)2000t多出口歐美的閥門鑄件毛坯中，球鐵產(chǎn)量占90%?；诣F產(chǎn)量占10%的產(chǎn)品，企業(yè)的樹脂砂內(nèi)廢品率低于2%，黏土砂的內(nèi)廢品率低于4%，機(jī)加工后的外廢率低于1%.