球铁冒口根部缩孔分析修订稿

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球铁冒口根部缩孔分析

球墨铸铁大多数是共晶或过共晶成分，在凝固过程中受石墨膨胀及过冷的影响促使收缩值增大所以在凝固过程中就形成了缩孔缩松缺陷的产生，在球铁件铸造中除了利用石墨化膨胀进行自补缩之外必须进行外部补缩，无冒口铸造实际上是利用浇注系统进行补缩。由于浇注系统的补缩能力往往不如冒口，因而无冒口铸造对铸型条件以及其他工艺条件的要求远远高于采用冒口补缩。由于这个缘故，冒口补缩工艺仍然是目前球铁件的主要生产工艺。然而，冒口补缩工艺在实际应用中遭遇失败的实例也甚多，致使不少铸造人员往往轻易认为某些球铁件不能采用冒口补缩工艺，只能采用无冒口工艺，实际上冒口补缩失败的原因往往是由于所采用的工艺不恰当所致。因此，对引起冒口补缩失败的原因进行分析，将有助于认识球铁的工艺特性和正确掌握球铁件的铸造工艺。根据笔者的实践，除铸型刚度、化学成分、原材料和铁水熔炼处理方面的因素之外，造成球铁件冒口补缩失败的铸型工艺因素

（１）采用明冒口，导致石墨化膨胀压力松驰，使膨胀不能用于补缩。

（２）铁水先进入铸件型腔，加热型腔、温度降低后，再由铸件型腔进入冒口，因而后者温度始终低于铸件，故称为“冷冒口”；这种冒口由于其铁水先加热型腔，使型腔过热，冒口本身早于铸件凝固，不但不能起补缩作用，反而从铸件抽吸铁水，使铸件产生缩松、缩孔。不少人企图通过加大冷冒口的尺寸希望能使其冷速减慢，起到补缩作用，结果是：冷冒口越大，铸件排放的冷铁水越多，型腔铁水流过量越大，过热也就越严重，“上冷下热”温差越大，缩孔、缩松越严重。即使浇注后往冷冒口冲注热铁水，由于冲入铁水量有限，并不能扭转情况。

铁水经由冒口进入铸件，冒口温度高于铸件，故称为“热冒口”，冒口迟于铸件凝固，使轮毂部位直接得到补缩，而从轮毂流出的铁水在向周围

的轮辐扩散、流入轮缘过程中，由于轮辐散热面积大，铁水温度迅速降低，完成部分凝固和收缩，及时从冒口吸取补缩液体，因而也有利于防止轮缘部位缩松。均衡凝固技术推荐采用“飞边冷冒口”、“鸭嘴冷冒口”“耳冒口”和冒口颈设冷铁的“冷颈冒口”，企图通过使冒口颈在浇注结束时尽快凝固，减少冷冒口从铸件抽吸铁水来防止冒口颈处缩孔、缩松，但实践证明，冒口颈加快凝固顶多能减少铸件被冷冒口抽吸的铁水量，略微减轻其危害性，并不可能使冷冒口有补缩作用，而且由于型腔仍会因铁水流过量大而过热，因而仍然容易引起缩孔、缩松。此外，有人以为，增大冷铁水排放量可以更换铸件顶部铁水，提高顶面温度，利于气体排出，并使冒口起集渣作用，实践证明：这种方法由于提高铸件顶面铁水温度，使铁水相对不太容易结氧化膜，有时确实能稍微减少顶面气孔，然而，由于液流路线固定（内浇道→冒口），能更换铁水的只限于顶部的局部区域，而气孔和夹渣浮到顶面后，由于型壁激冷作用，使它们与铁水一起很快凝固或半凝固而丧失流动性，因而总是黏附在铸型顶面，不可能被更换而听从人意进入冒口，而靠排放冷铁水提温，即使顶部局部区域温度提高了，本来偏高的下部温度更加提高，更加重“上低下高”的温度分布状况，不但使缩孔、缩松更严重，而且顶面大部分区域仍旧是先冷却结皮或形成夹渣，阻止气体排出。因此，采用冷冒口底注工艺并不能彻底解决夹渣、气孔问题。笔者的实践证明，与采用底注和冷冒口相比较，采用热冒口顶注更有利于提高顶面温度、提高铁水压力以及延长传递冒口压力的液态通道的畅通时间，因而更有利于防止气孔和一次及二次夹渣缺陷。

采用明冒口铸造工艺只是在具有较高的静压值时才能起到一定的作用，否则作用将相反，当铁液进入冒口时由于它过早的冷却于铸件不但不起补缩作用，反而从抽吸铸件中的铁液使铸件产生缩孔缩松，在这一阶段的冒口为冷冒口，即铸件排放的冷液就越多，故上冷下热即温差就越大，则缩孔缩松倾向就愈严重。

采用冷明冒口时，应加大冒口高度增加静压值，浇注后往冒口注入热铁液这样将有效的提高冷冒口的温度，从而使缩孔缩松率降低，加大冷明冒口冷液的排放量，从而提高温度使上下温差降低从而减少和降低缩孔和缩松，提高工艺出品率。

磷；在铁液中含量高时使凝固范围扩大，同时低熔点磷共晶在最后凝固时得不到补给，以及使铸件外壳变弱，因此有增大缩孔缩松倾向并使过冷增大出现偏析等。

球化剂和孕育剂牌号及加入量是影响球墨铸铁凝固时的收缩倾向，而收缩倾向又是与石墨球数和白口数量密切相关，所以使用不同的的稀土元素对球墨铸铁凝固后的金相组织有着重要的相关影响，也是促使缩孔缩松的关键之一，同时过高会恶化石墨形态，降低球化率，对于易缩孔的铸件尽可能使用低稀土（Re<）但要根据原铁水含硫量及熔炼工艺而定，中频炉含硫量<%时应该选用低于%的稀土，必要时可采用La系球化剂及孕育剂。

无冒口一般用于平均模数大于的铸件，当冶金质量非常好时模数小于铸件也可以应用，采用无冒口工艺要求遵循；

（1）铁液的冶金质量高，铸型刚度大，采用低温浇注，（浇注温度低，减少液态收缩）铁液进入铸型后体积立即膨胀，避免收缩缺陷产生的可能性，尽管以后的共晶膨胀率小，但因模数大可以得到很高的膨胀内压，在坚固的铸型内克服二次收缩的缺陷。

（2）浇注温度控制在1340-1380°C如果璧薄可控制在1380-1420°C采用扁平内浇口，快速分散进入铁液促进快速凝固，应提高铸型的刚度，紧固螺栓。

（3）铸型设计8-16mm的明出气孔和排气通道，据结构必要时设计中空排气通道，浇注引气。

（4）生产中无冒口工艺一般要求采用干型，可设一个暗冒口，质量不超过铸件总重量的2-3%当铸件呈现轻微液态收缩时，暗冒口可以补充铸

件收缩，在以后的膨胀期间这个冒口将会被回填满，因此仍属于无冒口补缩工艺。

2016-5-15 常纪立