1 大型球墨鑄鐵件常出現(xiàn)的鑄造缺陷

在大型球墨鑄鐵件的砂型鑄造生產(chǎn)中，通常易出現(xiàn)的鑄造缺陷有縮孔、縮松、夾渣、氣 孔、起皮、變形等。 這些常見鑄造缺陷通常受以下一些因素的影響。大型球墨鑄鐵件因其輪廓尺寸大、 壁厚尺寸大或其熱節(jié)厚大，如澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，使鐵液進(jìn)入型腔后的溫度梯度達(dá)不到上高下低的良性狀態(tài)；如果未設(shè)置合理的配套補(bǔ)縮冒口對(duì)相應(yīng)熱節(jié)的液態(tài)冷卻進(jìn)行必要補(bǔ)縮；如果鑄型的剛性不夠，則易在鑄件的一些厚大熱節(jié)處出現(xiàn)縮孔、縮松鑄造缺陷。因其輪廓尺寸大， 如澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理、又未對(duì)鐵液進(jìn)行有效過濾，即澆注系統(tǒng)不能有效阻滯熔渣進(jìn)入鑄件型腔，則容易在鑄件的一些厚大平面處出現(xiàn)夾渣鑄造缺陷。其輪廓尺寸大， 如澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，使鑄件的澆注時(shí)間過長(zhǎng)，加之砂型的抗夾砂的能力弱，則易在鑄件的一些大平面處出現(xiàn)夾砂鑄造缺陷。因其輪廓尺寸大， 如澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，使鑄件的澆注時(shí)間過長(zhǎng)以及鐵液進(jìn)入型腔后的溫度梯度達(dá)不到上高下低的良性狀態(tài)，又加之冒口的排氣不暢及冒口的冷鐵液溢流不充分等，則容易在鑄件的上平面處出現(xiàn)氣孔鑄造缺陷。其輪廓尺寸大、質(zhì)量大，如澆冒系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，使鑄件的溫度分布極不均勻，溫差過大，則容易使鑄件產(chǎn)生變形及至裂紋鑄造缺陷。要有效克服和避免上述鑄造缺陷在大型球墨鑄鐵件中出現(xiàn)， 其相應(yīng)鑄件的鑄造工藝設(shè)計(jì)在以下方面應(yīng)當(dāng)優(yōu)化或優(yōu)選。

2 澆注系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在大型球墨鑄鐵件的砂型鑄造生產(chǎn)中, 除少數(shù)板類、 環(huán)類等鑄件多采用相對(duì)簡(jiǎn)單的單層進(jìn)液型式外， 其余鑄件的澆注系統(tǒng)的進(jìn)液型式通常采用階梯式以及分層的結(jié)構(gòu)型式。對(duì)于澆注位置高度較高的大型球墨鑄鐵件的砂型鑄造，我們認(rèn)為其澆注系統(tǒng)合理的型式應(yīng)是：在階梯式進(jìn)液的基礎(chǔ)上再結(jié)合分層處理為最好。這樣可使鑄件型腔建立上高下低的良性溫度場(chǎng)和理想的凝固條件，達(dá)到獲得致密鑄件的目的。

對(duì)于較小型、或其澆注位置高度較小的大型球鐵件，單組澆注系統(tǒng)的分層進(jìn)液型式。  其冒口澆注的“高溫”鐵液既可對(duì)鑄件的液態(tài)冷卻收縮進(jìn)行有效地補(bǔ)縮，又可簡(jiǎn)化澆冒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，尤其是可減小冒口的設(shè)計(jì)，從而提高鑄件的工藝出品率；對(duì)于大型球墨鑄鐵件，兩組澆注系統(tǒng)的分層進(jìn)液型式；對(duì)于特大型球墨鑄鐵件，三組澆注系統(tǒng)的分層進(jìn)液型式。其冒口部分可獲得溫度較高的“高溫”鐵液以便對(duì)鑄件的液態(tài)冷卻收縮進(jìn)行有效補(bǔ)縮；對(duì)于重大型球墨鑄鐵件，四組澆注系統(tǒng)的分層進(jìn)液型式。其冒口部分的鐵液由冒口系統(tǒng)作為“澆注系統(tǒng)”澆注至冒口的最高面，可獲得良好的“高溫”鐵液對(duì)鑄件的液態(tài)冷卻收縮進(jìn)行有效補(bǔ)縮。

2.2 有效澆注時(shí)間的合理確定

絕大多數(shù)所介紹的鑄件澆注時(shí)間， 均指的是液態(tài)金屬?gòu)拈_始進(jìn)入型腔到完全充滿型腔所經(jīng)過的時(shí)間。 絕大多數(shù)工廠均仍沿用這種傳統(tǒng)的澆注時(shí)間理論指導(dǎo)鑄件澆注時(shí)間的確定。對(duì)于大型球墨鑄鐵件，我們認(rèn)為采用鑄件的有效澆注時(shí)間新理論來指導(dǎo)其澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)較為合理。 鑄件的有效澆注時(shí)間指的是金屬液開始進(jìn)入型腔至充滿鑄件最高輪廓為止的時(shí)間。

2.3 澆注系統(tǒng)最小截面積的確定

絕大多數(shù)工廠采用的是水力學(xué)的理論公式，但生產(chǎn)實(shí)踐普遍反映該公式計(jì)算得出的澆注系統(tǒng)最小截面積偏小， 有主張采用大流量原則。對(duì)于大型球墨鑄鐵件，我們認(rèn)為采用公式其澆注系統(tǒng)最小截面積的設(shè)計(jì)較為合理。 

2.4 澆注系統(tǒng)各組元截面比的優(yōu)化設(shè)計(jì)

由于大型球墨鑄鐵件的鐵液澆注量大，易產(chǎn)生氧化夾渣物， 若鐵液充填鑄型時(shí)不平穩(wěn)或斷流，就更易產(chǎn)生氧化夾渣及氣孔等缺陷。澆注系統(tǒng)必須除具有平穩(wěn)及較快地充填功能外，還應(yīng)具有良好的擋渣效果。其每組澆注系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先采用半封閉式澆注系統(tǒng)為宜。

3 過濾技術(shù)的適宜應(yīng)用

由于大型球墨鑄鐵件的鐵液澆注量大，澆注時(shí)間長(zhǎng)，鐵液中的熔渣和球化處理的氧化夾雜物進(jìn)入型腔的幾率大；而鐵液帶入的氣體增加了鐵液的含氣量，熔渣使氣泡的外來核心增加，并可提高鐵水粘度而增加氣體外逸阻力，從而易使鑄件產(chǎn)生氣孔。要有效克服大型球墨鑄鐵件的夾渣及其相關(guān)的氣孔缺陷，應(yīng)當(dāng)合理地在其澆注系統(tǒng)中適宜地應(yīng)用過濾技術(shù)和措施。

其措施主要是在澆注系統(tǒng)的適當(dāng)位置設(shè)置鑄造纖維過濾網(wǎng)或泡沫陶瓷濾網(wǎng)；有的工廠還采用了鑄造纖維過濾網(wǎng)和泡沫陶瓷濾網(wǎng)疊加的過濾工藝措施。 

4 冷鐵的適宜應(yīng)用

球墨鑄鐵的糊狀疑固特性及其獨(dú)特的收縮行為，使其與灰鑄鐵有很大的不同，更有別于其它鑄造合金。 因此，為獲得高致密度的球墨鑄鐵件，在造型工藝方面通常要很好地配合冷鐵工藝措施，尤其對(duì)于材質(zhì)為高致密度要求的大型球墨鑄鐵件來說，應(yīng)較大量地、較適宜地應(yīng)用冷鐵工藝措施。 其冷鐵的厚度尺寸通常是所設(shè)置的鑄件位置處。

5 冒口系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)

由于大型球墨鑄鐵件的鐵液澆注量大， 鐵液的液態(tài)冷卻收縮量及其需要補(bǔ)縮的量也相應(yīng)較大，故其冒口系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選用其自適應(yīng)力強(qiáng)及其補(bǔ)縮力強(qiáng)的壓邊冒口或其壓邊冒口與縮頸冒口的結(jié)合型式為宜。

6 澆注工藝的合理確定

澆注溫度取 決于鑄件壁 之厚薄和結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，要獲得致密組織鑄件，應(yīng)盡可能縮短鐵水在鑄型中凝固時(shí)間，減輕內(nèi)部枝晶間疏松，應(yīng)當(dāng)采用較低的澆注溫度， 但有資料指出球墨鑄鐵件的澆注溫度在1300℃以下時(shí)鑄件易產(chǎn)生夾渣缺陷。 要克服大型球墨鑄鐵件產(chǎn)生變形以及裂紋的鑄造缺陷，還應(yīng)合理設(shè)計(jì)澆冒系統(tǒng)-使鑄件的“溫度場(chǎng)”分布均勻，溫差盡可能小，使鑄件達(dá)到較為均勻冷卻狀態(tài)，以及確定出鑄件的較長(zhǎng)的冷卻時(shí)間。