由于球墨鑄鐵的凝固特點(diǎn)—糊狀凝固方式,所以縮松不僅是它的固有缺陷,而且,采用傳統(tǒng)的工藝,很難完全。生產(chǎn)中常采用加冷鐵或冷鐵加水冷等方法,這樣把表層的縮松趕到鑄件內(nèi)部,機(jī)械加工后,縮松就不會(huì)暴露出來。但是隨著對(duì)鑄件質(zhì)量要求的提高,客戶不僅對(duì)鑄件的外觀有要求,而且對(duì)鑄件內(nèi)在質(zhì)量的要求也不斷提高。對(duì)生產(chǎn)的鑄件要求進(jìn)行無損探傷,這樣躲在鑄件內(nèi)部的縮松就會(huì)被發(fā)現(xiàn)。因此,從根本上鑄件內(nèi)部的縮松缺陷是今后企業(yè)所希望達(dá)到的目標(biāo)。本課題深入研究球墨鑄鐵的凝固特點(diǎn)和縮孔、縮松的形成機(jī)理,擬采用一種新工藝,從根本上球墨鑄鐵件的縮松缺陷,以提高球墨鑄鐵件的整體質(zhì)量。
本文是采用多種合金成分配制成多種球墨鑄鐵復(fù)合除縮劑,添加到不同的試塊中,利用超聲波無損探傷技術(shù)檢測(cè)試塊內(nèi)部縮松缺陷變化;對(duì)其斷面的進(jìn)行宏觀組織觀察;利用金相顯鏡觀察和分析了其觀組織變化,并對(duì)試塊的布氏硬度、強(qiáng)度和延伸率進(jìn)行了測(cè)定。 研究結(jié)果表明:通過改變除縮劑成分可減少或完全球墨鑄鐵鑄件內(nèi)部的縮松缺陷:C型除縮劑能夠完全球墨鑄鐵鑄件內(nèi)部的縮松缺陷,效果好。D型和H型除縮劑可以明顯減少鑄件內(nèi)部的縮松缺陷,G型和I型除縮劑使球墨鑄鐵鑄件內(nèi)部的縮松缺陷明顯向上表面集中。曲軸試塊豎置時(shí),隨著加入量的增加,縮松缺陷整體向上表面集中,縮松缺陷面積先逐漸減少后又逐漸增加,不能完全曲軸試塊內(nèi)部的縮松缺陷;曲軸試塊橫置時(shí),底部左右兩側(cè)添加除縮劑并配合頂部加冒口的工藝方案,可完全球墨鑄鐵鑄件內(nèi)部的縮松缺陷。各種球墨鑄鐵復(fù)合除縮劑對(duì)石墨的球化程度、鑄件的力學(xué)性能及珠光體含量均無明顯影響,但可使鑄件局部晶粒細(xì)化。

通過化學(xué)成分的控制和對(duì)工藝的調(diào)整，獲得D型石墨，并對(duì)觀組織、力學(xué)性能、耐高溫性能進(jìn)行研究，以提高玻璃模具的使用壽命。通過Si和合金元素成分的選擇和控制，研究了化學(xué)成分對(duì)D型石墨鑄鐵觀組織的影響。結(jié)果表明Si是影響D型石墨形成的主要因素，Ti、Cr、Cu有利于促進(jìn)D型石墨的形成；D型石墨鑄鐵玻璃模具適宜的化學(xué)成分范圍為：3.2～3.52.2～3.0％Si、0.2％Ti、0.54～0.89％Mn、<0.05<0.10.49～0.54％Cr、0.35～0.65％Cu；當(dāng)含Ti量在0.1～0.3％之間變化時(shí)，隨著含Ti量的增加，D型石墨增多。在此成分范圍內(nèi)獲得的D型石墨鑄鐵的力學(xué)性能為：硬度HB范圍為217～2抗拉強(qiáng)度MPa，范圍為246～285。 通過采用澆注階梯型試樣和放置冷鐵方法，使鑄鐵獲得不同的冷卻速度，研究冷卻速度對(duì)D型石墨鑄鐵觀組織的影響。
結(jié)果表明：隨著冷卻速度的增大，石墨形態(tài)由較粗大的片狀石墨逐漸變成細(xì)小的點(diǎn)狀石墨。在厚度為30mm試樣的下方放置冷鐵時(shí)，在距離冷鐵25mm的鑄鐵組織中能夠獲得較細(xì)小的D型石墨組織。 對(duì)不同成分的D型石墨鑄鐵的高溫抗氧化性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。在750℃下，將不同成分的D型石墨鑄鐵保溫24小時(shí)，使其氧化增重，研究成分和組織對(duì)D型石墨抗氧化性能的影響。結(jié)果表明：含有Cr、Cu多元化合金的D型石墨鑄鐵有比普通灰鑄鐵高4～5倍的抗氧化性能。 對(duì)不同成分的D型石墨鑄鐵的高溫抗熱疲勞性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。在800℃下，將不同成分的D型石墨鑄鐵加熱到800℃，保溫5分鐘取出后，立即在冷水中激冷5秒，如此反復(fù)循環(huán)直至出現(xiàn)肉眼可見的裂紋為止。

在所有這些試驗(yàn)中，球鐵容器經(jīng)受住了一切嚴(yán)勵(lì)的試驗(yàn)，而只有表面損傷，當(dāng)然可保證對(duì)于放射線的密封完全可靠。在模擬運(yùn)輸機(jī)故障狀態(tài)和墜毀之后，己確球鐵是的，所設(shè)計(jì)的球鐵Caster容器可能得到高的“Pradikat”級(jí)一柏林和Braun-sch二ELG管理局的B(L巧證明書。這是鑄造業(yè)公認(rèn)的一個(gè)潛在的市場(chǎng)的極好例子。
當(dāng)球鐵的噸位增加和市場(chǎng)滲透是很驚人的，這種材料決不能看到達(dá)到了它的全部潛力?；谶@一點(diǎn)，現(xiàn)在不生產(chǎn)球鐵的鑄鐵廠，建議很好地重新考慮這方面的可能性。節(jié)能要求導(dǎo)致基本上重新設(shè)計(jì)零件，以達(dá)到重量輕、效率高，這就必然要提醒設(shè)計(jì)者集中注意材料。球鐵正日益被認(rèn)為能提供高的強(qiáng)度一重量特性，并且能以比較低的成本生產(chǎn)。因此預(yù)料，隨著代替灰鑄鐵、可鍛鑄鐵和鑄銀件，能親眼看到球鐵生產(chǎn)噸位的持續(xù)增加。近出版的刊物對(duì)于幫助造廠在這面的力是有利的，雖然計(jì)值會(huì)變提高而改善。但鐵水溫度低于1450“C后孕育效果很差，RG值幾乎不變。由表3可得:孕育鑄鐵的質(zhì)量指標(biāo)用鑄造焦熔煉的比用冶金焦熔煉的高18%，值得注意的是相對(duì)硬度反而降低3%。
1947年英國(guó)H.Morrogh發(fā)現(xiàn)，在過共晶灰口鑄鐵中附加鈰，使其含量在0.02wt%以上時(shí)，石墨呈球狀。1948年美國(guó)A.P.Ganganebin等人研究指出，在鑄鐵中添加鎂，隨后用硅鐵孕育，當(dāng)殘余鎂量大于0.04wt%時(shí)，得到球狀石墨。從此以后，球墨鑄鐵開始了大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。球墨鑄鐵作為新型工程材料的發(fā)展速度是令人驚異的。1949年球墨鑄鐵產(chǎn)量只有5萬噸，1960年為53.5萬噸，1970年增長(zhǎng)到500萬噸，1980年為760萬噸，1990年達(dá)到915萬噸。2000年達(dá)到1500萬噸。球墨鑄鐵的生產(chǎn)發(fā)展速度在工業(yè)發(fā)達(dá)特別快。球墨鑄鐵產(chǎn)量的75%是由美國(guó)、日本、德國(guó)、意大利、英國(guó)、法國(guó)六國(guó)生產(chǎn)的。