石墨漂浮产生的原因及对策

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：产生石墨漂浮的基本原因是存在碳当量过高的过共晶化学成分。小型曲轴砂型铸造中，当碳当量达到4.7%～4.8%以上时，较易出现石墨漂浮。石墨漂浮程度与球化剂种类有关。在不产生石墨漂浮的前提下，选用较高的碳当量，对防止产生内部缩松缺陷有良好的作用。

在铸件冷却位置的上表面，有一层大量石墨聚集的深黑层，即为石墨漂浮或称石墨偏析。其基本特征为石墨密集，并呈链状分布，局部的石墨形状，由原来的球状变为开花状。由于石墨的密集，会严重影响曲轴的表面质量和力学性能。

一、产生石墨漂浮的主要原因

1.碳当量过高

碳当量是影响石墨漂浮的最主要因素，而其中的含碳量的影响尤为显著。产生石墨漂浮的基本原因是存在碳当量过高的过共晶化学成分。铁液经球化处理后，析出球状石墨，随着铁液温度逐渐下降，石墨球逐渐长大，碳当量越高，析出的石墨球量越多。石墨球的密度小，加上镁蒸气泡上浮时的带动作用，使部分石墨球上浮至铸件冷却位置的上表面聚集，而形成石墨漂浮层。铁液在液态下的停留时间越长，则石墨球有越多的时间长大并上浮，从而使石墨漂浮越严重。小型曲轴砂型铸造中，当碳当量达到4.7%～4.8%以上时，较易出现石墨漂浮。

石墨漂浮程度与球化剂种类有关。稀土镁球墨铸铁的石墨漂浮倾向比纯镁球铁严重。加镁量越多，铁液中的残余镁量越多，石墨漂浮越少。

2.冷却速度过慢

在过共晶成分碳当量相同的条件下，铸件越厚大，冷却速度越慢，铁液在铸型中保持液态的时间越长，可使石墨球充分析出、长大，并有足够的时间上浮，导致石墨漂浮越严重。故石墨漂浮易发生在大型曲轴上。

3.浇注温度过高

浇注温度越高，铁液在铸型内保持液态的时间越长，冷却速度就越慢，析出的石墨球量越多，上浮的石墨球量也越多，故石墨漂浮越严重。

二、防止产生石墨漂浮的主要对策

防止石墨漂浮的根本途径是适当减少石墨球的数量和阻止其上浮密集，主要措施如下。

1.严格控制碳当量

选择合适的碳当量，是防止产生石墨漂浮的最基本措施。在不产生石墨漂浮的前提下，选用较高的碳当量，对防止产生内部缩松缺陷有良好的作用。小型曲轴的碳当量一般为4.5%～4.65%，大型曲轴的碳当量为4.4%～4.5%。可根据曲轴的具体特点等情况而作适当调整。

2.添加少量合金元素

对于大型球墨铸铁曲轴，为了确保球化良好和防止产生内部缩松缺陷，必须采用碳当量较高的过共晶成分。为了防止产生石墨漂浮，可添加少量阻碍石墨化元素，如加入质量分数为0.20%～0.40%的钼，即可获得较好的预期效果。

3.适当加快冷却速度

由于适当加快冷却速度，可以减少石墨球析出量及其在铁液中的上浮机率等，从而起到防止产生石墨漂浮的作用。因此可以选用较高的碳当量。适当加快冷却速度的主要有效措施，如采用砂衬金属型，在局部壁厚部位设置冷铁，改用铬铁矿砂、铁屑砂等，均可获得较好效果。

4.控制浇注温度

在避免产生浇不足、冷隔、夹渣和气孔等缺陷的前提下，可适当降低浇注温度。但要考虑到浇注温度对各方面的综合影响。一般浇注温度的控制范围为1320～1360℃。

石墨漂浮产生的原因及对策

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