如何避球墨铸铁的渗碳体的产生?
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其铸铁件约占机组总重量的80％，而中小球墨铸铁件品种多、数量大、壁薄，如摇臂、壳体、挂脚、凸轮轴正时齿轮等，壁厚7～40mm，重量2.2～50Kg不等，且材质为QT450－10。材质验收以Y25mm单铸试块为依据，其中要求渗碳体小于或等于3％。为此，作者根据以前的生产经验，结合该厂具体情况对中小球墨铸铁件渗碳体之形成原因进行了初步的分析，并且找出了适合生产实际的解决措施。
1. 生产条件
粘土砂造型，冲天炉熔化铁液，应用稀土镁球化剂，冲入法处理铁液，孕育剂为75SiFe。
2. 渗碳体之成因
铸态球墨铸铁经常出现渗碳体。大量的渗碳体集中出现在冷却速度较快的铸件表皮或薄壁处即为白口；渗碳体量多而集中在热节或最后凝固的地方，宏观上通常称之为反白口。
白口和反白口均为铸造缺陷。特别是在稀土镁球化处理时尤为严重。白口一般为块状或骨骼状渗碳体，反白口则为密集针状渗碳体。铸件组织出现白口或反白口使其综合力学性能下降，硬度增高而无法进行机械加工。中小球墨铸铁件渗碳体形成的原因有以下几个方面。
2.1 化学成分
球墨铸铁的化学成分与灰铸铁相比，其特点是：碳、硅要高，硫、磷要低。薄壁中小球墨铸铁件其含硅量更应高一些，以防止出现大量渗碳体和白口。
根据作者以往的实践经验和参阅理论分析方面的报道，认为化学成分引起渗碳体产生的主要原因是Si和RE。现将该厂以往合格铸件和因渗碳体而报废铸件
的化学成分摘录如表1所列，
其中C、Mn、P、S、Mg的含量分别为：3.6％～3.8％、0.2％～0.5％、0.03％～0.05％、＜0.02和0.035％～0.05％。
表1合格与不合格铸件的化学成分
2.2 孕育效果
球墨铸铁件的孕育处理是为了消除球化处理后铁液中产生的大量自由渗碳体。铁液经孕育处理后的10～100s内处于饱和孕育状态，而后孕育效果出现衰退。其结果是渗碳体数量猛增，凝固后白口层的深度增加。
作者以前对孕育处理后至浇注完铁液停留时间与渗碳体的数量关系曾作过试验，其数据如表2。
表2 渗碳体数量与铁液停留时间关系
注：1）试验铸件为摇臂，毛重2.7Kg，壁厚7～25mm。
2）化学成分％：3.65C、2.72Si、0.35Mn、0.04P、0.018S、0.035RE、0.045Mg。
3）试样截取在本体上厚度15～20mm处。
2.3 金属炉料
2.3.1 某厂曾在一段时间内连续地在中小球墨铸铁件中出现渗碳体≥3％，虽对Si、RE进行了严格控制，并加强二次孕育，效果仍不佳，后发现是由于在该段时间内使用了含V的球墨铸铁回炉料所致。
据资料介绍，V在铸铁中的含量大于0.1％即以碳化物存在，如VC、V4C3。钒能促进珠光体形成，若V大于0.2％，则直径25mm的铸件中出现渗碳体。V超过0.3％，有大量的渗碳体析出，强烈降低塑性、韧性。
2.3.2 球墨铸铁回炉料的管理与使用
合金球墨铸铁回炉料应单独堆放，不能使用在中小球墨铸铁件的生产中，否则也容易出现渗碳体。
2.3.3 废钢的管理与使用
合金废钢应单独堆放，不能使用在中小球墨铸铁件的生产中，否则也容易出现渗碳体。
2.4 热处理
铸件出现渗碳体，热处理时一般先进行高温石墨化退火处理，因此使热处理
工时费用增加。有时由于退火温度低、保温时间短，也很难消除铸件中的渗碳体。
2.5 开箱时间
根据经验，铸件开箱的迟早对形成大量渗碳体影响不大，一般开箱均在浇注后0.5～1h进行。因此，对铸件的白口及反白口的形成无明显影响。
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球墨铸铁中的渗碳体的来源主要有两种渠道：其一，由液态转变为固态时冷速较快可导致形成渗碳体，如铸件表面、棱角处就容易出现渗碳体。其二，为提高球墨铸铁的整体强度、硬度，对球墨铸铁进行正火处理，可获的珠光体球墨铸铁，珠光体里有渗碳体。要想避免出现渗碳体，结晶时可冷却的慢一些；对冷却较快的部位采取适当的保温措施；铸件壁厚尽量均匀一些，这样效果会好一些。如果想消除渗碳体可采用石墨化退火。
采用激光共聚焦扫描显微镜直接观察了球墨铸铁在加热过程中渗碳体的分解和石墨形态的演化。结果表明：球墨铸铁在加热过程中渗碳体逐渐溶解,加热速率越快,渗碳体的分解速率越快。加热过程中石墨形态的演变行为与加热速率有关。加热速率较慢,组织中出现了小石墨,原有石墨长大。加热速率较快,渗碳体周围的小石墨逐渐溶解变小。
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1.1成分分析
在一定的冷却速度和孕育条件下，碳当量增加可以提高球墨铸铁的石墨球数，改善石墨形态，使碳以碳化物形态存在的数量减少，以石墨形态存在的数量增加，可使球化处理后的铁液过冷倾向减小。在铁碳二元相图中，共晶成分的含碳量为4.26%，通常将DN800~DN1000mm铸管碳当量控制在4.2%~ 4.3%范围，可提高铁液的流动性，使球墨铸铁管组织致密。碳当量过高，石墨飘浮倾向增加，使石墨蜕化，且碳高可造成石墨球占的有效体积分数增加，降低球墨铸铁的综合性能，球墨铸铁管的力学性能变差。
1.2金相分析
1.2.1石墨球化分析
将试样放大100倍后，从外壁向内壁依次观察，石墨分布见图2.图2a内壁石墨基本为片状，蠕虫状，球化率大于6级，石墨大小为8级。2b中心部位石墨大部分呈球状，余为团状和极少量团絮状，球化率2级，石墨大小为8级。2c外壁石墨球较小，球化率3级，即石墨大部分呈团状和球状，余为团絮状，石墨大小为大于8级，石墨直径1.5mm.
1.2.2金相组织分析
铸管内壁铁素体含量较多，左下角显示有未来得及完全球化的石墨聚集；图3b端面中心1较内壁相比，铁素体含量减少，增加有珠光体与渗碳体的混合物即莱氏体存在；图3c中心2由内向外渗碳体明显增多；图3d靠近端面外壁珠光体含量为18%，铁素体减少，初生渗碳体，珠光体及莱氏体增多。
试样的球化率达到了3级的国标要求，靠近内壁的球化率为6级，为管子内壁夹渣，杂质元素多造成；外壁球化效果较中心和内壁好；外壁组织中莱氏体化严重。
