陈树平

（丹阳中核苏阀蝶阀有限公司，江苏 镇江 212000）

对球铁铸件的质量要求为：球铁铸件内部和铸件外部无缩孔，无缩松，无夹渣，无砂孔，无气孔，铸件本体各部位的强度，硬度，基体组织趋向一致，机加工性能良好。

目前在铸造行业中，存在着对球铁铸件本体健全性能不重视的状况；只注重试样的性能，往往忽视了球铁铸件本体的综合性能。有些工厂简单的认为：球铁的试块样件合格了，相关的铸件产品就认定为合格了。或者认为；球铁铸件某部位本体辅助试样合格了，球铁铸件整体的综合性能就全部合格了。而在生产现场的实际情况却是复杂多变的。

1 铸件在砂箱中的位置对球化率的影响

2009年作者在廊坊某铸造厂（做技术服务工作）时，发现了这样一个新的现象，在为法国圣哥班公司生产的DN1400mm阀门的阀芯时，材质为GGG50（1400mm，单重920 kg，壁厚50mm～140mm）.外方要求铸件本体的金相组织中的球化率≥85%，且检测金相的位置是在铸件本体的下箱某部位铸出。

当时认为，金相位置在下箱铸出，下箱的铁水冷却速度比上箱快，较早冷却位置的球化率要高于较晚冷却位置的球化率，就同意了这种检测方法。

铸件如图1所示，为了便于铸件本体的金相检验，在铸件的上表面预铸出了4个凸台，铸件的下表面预铸出了4个凸台，凸台高出铸件本体5mm.金相检验时将凸台磨平到铸件本体表面（减轻表层对金相检验的影响）。

图1 铸件图

检测结果：下箱铸件表面球化率远远低于上箱的球化率。针对这种现象又对补缩冒口根部进行了金相检测，检测的结果是冒口根部的球化率良好，如图2.

基于上述现象，对其他球铁铸件产品也进行了本体不同部位的金相检测，其结果同样证实了上述现象的存在。

这种现象的发现是对过去多年认识球铁生产过程的一个修正和补充（以前的认识是球铁铸件最早冷却部位的球化率最好，而最晚冷却的水冒口部位球化率最差）。

对此进行了实验。在下箱铸件的金相指定位置上加上了相应的冷铁，其结果是只有冷铁处的球化率结果好于未加冷铁的同一平面的附近位置球化率，但其球化率仍然比铸件上表面的球化率差。

2 “现象”分析

通过对不同重量不同型号不同规格的阀门产品：如阀体，阀盖，阀芯等其他部件进行了对比性的检验。同时还对非阀门产品的球铁铸件进行了同样的对比性检验，其结果都证实了铸件上表面球化率高于下表面。

这种现象初步分析认为：球铁溶液未结晶之前，含有一定数量的镁元素和稀土元素会在铸件整体未结晶之前而且温度条件允许的条件下移动，从相对未结晶的溶液低温部位向相对温度高的空间部位运动。为了验证分析结果，做了相应的实验。

首先将一部分球铁铸件的过热补缩冒口件进行中心钻孔试验，结果是：有绝大部分冒口中心钻不动，出现了硬质点（反白口），而与其相连的铸件在加工过程中则没有出现这种情况。

图3球铁铸件是依照美国材质ASTM-A53660-45-12技术标准生产的蝶阀阀体铸件。现场中发红的铸件和冒口，比较清晰的反应了铸件的冷却过程，铸件在冷却后进行机加工没有问题，可是过热冒口在冷却后，其心部却钻不动孔，锯开后发现中心有白硬点。

图2 检测结果

图3 蝶阀阀体铸件实物照片（红色冒口）

通过现场检验对比认为：

1）过热冒口心部硬的状况，符合含有一定数量的镁元素和稀土元素，会在温度允许的条件下，从未结晶的溶液相对温度较低的部位向相对温度较高的空间部位运动，当聚集的镁和稀土元素足以使其产生较多的碳化物后便出现了硬质点即反白口现象。

2）阀门铸件较厚部位的心部：符合含有一定数量的镁元素和稀土元素，聚集的镁和稀土元素的数值尚不足使其产生过多碳化物的情况，所以没有出现硬质点，机加工没问题，但铸件与冒口连接的部位的球化率较高。

3）铸件薄壁部位：由于球铁溶液各部位的快速冷却快速结晶凝固，使镁和稀土元素移动聚集的时间短，被分散结晶在铸件的各部位，而各部位的镁和稀土元素的数量适中，所以也不会出现反白口缺陷的问题，铸件的机加工性能良好。

将图3中过热补缩冒口件锯开后，观察中间的金相结果发现：冒口外围的球化率好于铸件的其他部位，冒口中心部位有白色亮点，亮点的硬度非常高。

通过上述观察和试验，对球铁铸铁中的反白口现象又多了一些假想。

1）这些反白口聚集物有可能是镁和稀土元素聚集量过多促成的。

2）这些碳化物聚集在球墨铸铁最后凝固的中心部位。

3）镁和稀土两元素是促成碳化物产生的主要因素，镁元素的作用更强。

4）铸件本体的结构复杂，厚薄不均会使镁元素向较厚部位偏析也是造成球墨铸铁产生反白口缺陷的一种因素。

碳化物产生的前期条件：

1）存在着促进碳化物生成的元素(镁和稀土过饱和的质量).

2）溶液结晶凝固完毕之前，具有使镁和稀土元素可以移动的温差条件。

3）在溶液从初次结晶至完全凝固过程中，有镁和稀土元素移动的充分时间。

4）在溶液从初次结晶至完全凝固过程中，具备镁和稀土元素进行过多聚集的空位条件。

参照“现象的存在”，结合阀门类球铁铸件在铸造生产过程中的特点，对本公司球铁生产工艺过程进行了较大改动。

由于球墨铸铁中的球化率与镁元素和稀土元素的加入量有很大关系。如何在球墨铸铁的生产过程中即满足铸件本体的机械性能，又能在加入合金原素量的精确上保证稳定，这确实是一件较难做到的事。

在目前的综合生产条件下，对于大多数企业来讲，第一要素就是球铁铸铁的机械性能是不能降低的。在这一基础上再考虑其他方案，用以补偿生产过程中的不足之处。

3 结 论

在满足材质标准的前提下，我们参照“现象的存在”和企业的实际情况，通过大量的试验，总结出了一整套的工艺文件和操作文件，彻底地解决了多种球铁铸件在机加工部位出现的硬质点即反白口问题。同时也彻底地解决了球铁铸件整体机械性能不均衡的状况。

在每年生产2000t多出口欧美的阀门铸件毛坯中，球铁产量占90%。灰铁产量占10%的产品，企业的树脂砂内废品率低于2%，黏土砂的内废品率低于4%，机加工后的外废率低于1%.