Интерпретация типичных дефектов, таких как усадочные полости, усадочная пористость, шлаковые включения и графит, плавающий в чугунных деталях.

Ковкий чугун, получивший широкое развитие в Китае за последние 40 лет, является прочным, жестким и экономичным литейным материалом. Его сферическая графитовая структура снижает концентрацию напряжений, обеспечивая лучшую прочность на разрыв, пластичность и вязкость, чем у других чугунов. Хотя ее пластичность ниже, чем у стали, она обеспечивает сопоставимую усталостную прочность и высокий коэффициент текучести (0,7–0,8), что почти в два раза выше, чем у обычной углеродистой стали. Однако ковкий чугун также сталкивается с уникальными дефектами литья, такими как:

1 Усадочная полость и пористость

2 Шлаковые включения

3 Подкожная пористость

4 Графитовый плавающий

5 Плохая сфероидизация и рецессия

Эти дефекты влияют на производительность и увеличивают процент брака. Чтобы улучшить качество и сократить количество отходов, важно анализировать причины, контролировать влияющие факторы и применять методы точного литья.

1. Усадка и пористость

1.1. На образование усадочных полостей и пористости в отливках из ковкого чугуна влияют несколько факторов:

1. Углеродный эквивалент (CE)

• Более высокое содержание углерода увеличивает расширение графитации и улучшает текучесть, уменьшая усадку.

• Идеальная формула: C% + 1/7Si% > 3,9%.

• Слишком высокий CE может привести к всплытию графита.

  
  

2. Фосфор (Р)

• Увеличивает диапазон затвердевания и ослабляет оболочку отливки, что приводит к увеличению дефектов усадки.

• Следует контролировать уровень ниже 0,08%.

3. Редкоземельные элементы и магний (RE и Mg)

• Чрезмерное содержание РЗЭ и Mg может уменьшить сфероидизацию графита и способствовать образованию белой структуры, увеличивая риск усадки.

4. Толщина стенки

• Толстые секции дольше сохраняют тепло, увеличивая усадку жидкости.

• Внезапные изменения толщины стенок могут привести к образованию отдельных горячих точек и плохому питанию.

5. Температура заливки

• Должен быть баланс между текучестью и усадкой:
  обычно подходящей является температура 1300–1350°C.

• Слишком высокое увеличивает усадку жидкости; слишком низкий риск плохого наполнения.

6. Компактность песчаной формы

• Низкая или неравномерная компактность может привести к расширению полости, что приведет к недостаточной подаче и усадке.

7. Проектирование системы розлива и подачи

• Неправильная установка стояка, литника или охлаждения нарушает последовательное затвердевание и снижает эффективность подачи.

1.2. Чтобы уменьшить усадочные полости и пористость в ковком чугуне, следует реализовать следующие профилактические стратегии:

1. Контроль состава расплавленного железа

• Высокий углеродный эквивалент: > 3,9%

• Низкий фосфор: < 0,08%

• Низкий остаточный магний: < 0,07%

• Используйте редкоземельно-магниевый сплав и контролируйте содержание остаточных оксидов редкоземельных элементов на уровне 0,02–0,04%.

2. Оптимизированная конструкция процесса

• Обеспечьте непрерывную подачу со стояков во время затвердевания.

• Используйте подходящий размер и количество стояков, чтобы обеспечить последовательное затвердевание.

3. Использование охлаждения и субсидий

• Наносите по мере необходимости, чтобы отрегулировать распределение температуры, способствуя направленному затвердеванию.

4. Параметры заливки

• Температура заливки: 1300–1350°С.

• Завершите заливку в течение 25 минут, чтобы избежать спада сфероидизации.

5. Улучшение качества пресс-формы

• Плотность песка: ≥ 90

• Обеспечьте равномерную трамбовку и необходимое содержание влаги для поддержания жесткости формы.

2. Шлаковые включения

2.1. Шлаковые включения — распространенный дефект в ковком чугуне, вызванный, главным образом, химическими и физическими условиями во время плавки и разливки. К ключевым факторам влияния относятся:

1. Кремний (Si)

• Оксид кремния является основным компонентом шлака.

• Избыток кремния увеличивает риск образования шлаков.

2. Сера (С)

• Образует легкоплавкий сероводород, который увеличивает вязкость расплавленного чугуна, препятствуя отделению шлака.

• Содержание серы должно поддерживаться ниже 0,06%.

• Уровни выше 0,09–0,135% резко увеличивают шлаковые включения.

3. Редкоземельные элементы и магний (RE и Mg)

• Окисление этих элементов приводит к образованию шлаков.

• Следует избегать избытка остаточных RE и Mg.

4. Температура заливки

• Слишком низкая: высокая вязкость предотвращает подъем шлака и оксидов.

• Слишком высокая: поверхностный шлак становится тонким и стекает в форму.

• Правильная температура должна учитывать баланс углерода и кремния.

5. Проектирование системы заливки

• Должен иметь функции блокировки шлака.

• Следует свести к минимуму разбрызгивание и турбулентность для обеспечения плавного заполнения формы.

6. Качество формовочного песка

• Прилипший песок или покрытие могут соединяться с оксидами с образованием шлака.

• Неравномерная компактность приводит к эрозии металла, в результате чего образуются легкоплавкие соединения, вызывающие шлаковые включения.

2.2. Для минимизации дефектов шлаковых включений следует принять следующие меры:

1. Контроль состава расплавленного железа

• Сохраняйте содержание серы <0,06%.

• Добавьте 0,1–0,2% редкоземельного сплава для очистки расплавленного железа.

• Снижение уровня кремния и остаточного магния

2. Оптимизированный процесс плавки

• Увеличьте температуру выпуска, чтобы облегчить отделение включений.

• Выполните седиментацию (седацию), чтобы позволить включениям всплывать.

• Удалите поверхностный шлак и нанесите покрывающие средства (например, перлит или растительную золу) для предотвращения окисления.

• Используйте температуру заливки ≥ 1350°C.

3. Улучшенная конструкция системы заливки

• Обеспечить плавный поток металла

• Включите мешки для сбора шлака и устройства для блокировки шлака (например, шлаковые фильтры).

• Предотвращение песчаной эрозии в литнике

4. Обеспечение качества пресс-формы

5. Поддерживать равномерную компактность и достаточную прочность.

• Тщательно очистите полость формы перед закрытием коробки, чтобы предотвратить попадание песка или шлака, связанного с мусором.

3. Графитовый плавающий

3.1. Всплытие графита происходит, когда избыток графита отделяется от расплавленного чугуна и поднимается в верхнюю часть отливки, что приводит к неоднородности структуры и ослаблению механических свойств. Ключевые факторы включают в себя:

1. Углеродный эквивалент (CE)

• Основная причина всплытия графита.

• Высокий CE → чрезмерное осаждение графита → графит поднимается из-за более низкой плотности и паров магния.

• Отливки большего размера и толщины более склонны к этому дефекту.

2. Кремний (Si)

• Снижение содержания кремния (при фиксированном CE) помогает уменьшить тенденцию к плаванию.

3. Содержание редкоземельных элементов (РЭ)

• Низкий уровень RE снижает растворимость углерода, что приводит к большему осаждению графита и ухудшению плавучести.

4. Сфероидизация и температура инокуляции

• Оптимальный диапазон: 1380–1450°C.

• Более высокая температура в этом диапазоне улучшает поглощение Mg и РЗЭ, уменьшая сегрегацию.

5. Температура заливки

• Более высокая температура разливки увеличивает всплывание графита из-за длительного состояния расплава и образования большего количества графита.

6. Время хранения после прививки

• Задержки между модификацией и заливкой позволяют графиту образовываться и всплывать.

• Чтобы свести к минимуму риск, длительность должна составлять менее 10 минут.