1、 / 6【摘要】系統地分析和探討了鑄件晶粒粗大缺陷的產生原因，提出了相應的防止方法，對鑄造工作者有一定的借鑒作用。鑄件晶粒粗大是指經過機械工或進行斷口檢驗時，顯示出晶粒組織過分粗大而不適合應用的缺陷，這種晶粒粗大的組織，可能是遍布于鑄件整體，也可能發生于鑄件的局部。從本質上講，晶粒粗大缺陷是一種冶金缺陷。筆者根據多年的生產實踐并參閱有關資料，談談鑄件晶粒粗大缺陷產生的原因及防止措施。鑄件結構和工藝設計(1)鑄件截面差異過，會因為較厚的截面冷卻緩慢而造成該處晶粒粗大。灰鑄鐵等對截面變化十分敏感的金屬，更容易產生此類缺陷。防止產生這類缺陷的有效方法是避免鑄件截面尺寸過分懸殊，但這種途徑有時是鑄造工

2、作者所無能為力的。因而就鑄造本身言，可通過采取設置冷鐵、控制澆注溫度或通過選擇合適的澆汁系統來減少這類問題的發生，降低這類缺陷的嚴重程度。采用冷鐵可加快鑄件較厚截面的冷卻速度；澆注溫度過高，會使這類問題更為嚴重，應予以避免；通過調節、修正澆注系統設計，使溫度低的金屬熔液位于鑄件截面較厚的部位，并在鑄件的厚截面處設計最有效的冒口，以盡可能減小冒口的尺寸。(2)對于帶孔鑄件，工藝設計人員有時沒有采用有助于減小有效截面尺寸的型芯，使未設芯的截面過厚而產生此缺陷，因此在工藝設計時，應盡可能在較厚的截面中設置砂芯。(3)在某些情況下，鑄件截面并不太厚，但因某一較窄的凹陷部位或型芯在鑄件中形成熱匯截面，其

3、結果和厚大截面一樣。例如在鑄件較深部位的一個柱狀臍子處，可能需要設置型芯，而這樣就會造成冷卻緩慢。在不能設計進行修改的情況下，除非可以降低金屬溫度，或重新沒置澆口，最好的解決辦法是在型芯或鑄型截面處設置冷鐵。(4)工藝設計時加工余量留得過大，不僅增加了切削加工的費用，還會把較致密的鑄件表層切削掉，并暴露出中心冷卻較慢的疏松部分。這種設計毫無可取之處，因為無論從鑄造還是從機械加工的角度來看都是不合理的，解決辦法是改變鑄件的設計。如果不允許更改設計，那么正確的方法則是采用冷鐵、控制澆注溫度及調整澆注系統。(5)在厚截面處型芯設計不合適，型芯支撐不正確，或采用其他引起偏芯的技術，會造成鑄件截面的變化

4、，從而引起晶粒粗大。.澆冒口系統(1)未能實現順序凝固澆注系統未能很好地實現順序凝固，通常是造成晶粒粗大的原因。對于截面變化急劇的鑄件，必須允分注意內澆口的數量和位置。為了進行補縮，在冒口的作用區保持灼熱的熔融金屬，會使厚截面的冷卻速度降低到產生粗大晶粒的程度。冒口設計不當，如冒口頸過長，冒口墊設計不當，或冒口尺寸太大，都會在較厚截面處造成過多熱量的匯集。(2)易于造成熱匯的澆冒口分布同樣，為了對厚截面進行補縮，常會在局部區域造成過分的熱量匯集。例如，因為側冒口會造成厚截面的過熱并減緩冷卻速度，所以有時不便于在實際操作中使用。實際生產中需通過合理的冒口設計，盡可能減小冒口的尺寸。(3)在內澆口

5、或冒口與鑄件連接處造成局部熱節內澆口或冒口頸部較短，對于補縮是有利的，但卻會使橫澆道或冒口太靠近鑄件，減緩了該部位的冷卻速度。而增大冒口頸部，又會給補縮帶來問題。因此最好的措施是采取有效的冒口設計，盡可能減少冒口的尺寸，不使橫澆道和冒口過于接近易于形成粗大品粒的關鍵截面，恰當地設置橫澆道和冒口，以實現補縮。(4)內澆口數量不足內澆口數量太少，不僅易于造成沖砂，同時還會造成局部熱節和粗大晶粒組織。這種現象普遍存在于所有的鑄造金屬中，即使是澆注溫度較低的鋁合金也會出現這種情況。在某些情況下，因為澆口數量太少，會導致產生縮松缺陷。這種縮松缺陷可能會掩蓋由于同樣原因造成的晶粒粗大的缺陷。實際上，當晶粒

6、粗大缺陷嚴重惡化時，就變成了一種縮松缺陷，因而對這兩種缺陷的防治措施，常常是相同的。.型砂只有當型砂使型壁產生的位移足以導致增加臨界截面(易于形成粗大晶粒的截面)的截面尺寸時，型眇才是造成晶粒粗大缺陷的一個因素。由于在厚截面處的型壁移動可能最大，所以這種缺陷還是有可能產生的，此時所產生的品粒粗大缺陷和脹砂有關。.制芯生產中應避免采用未烘透或空氣硬化的油砂芯，因為這種型芯可能會產生放熱反應，從而造成熱量過分匯集。這種情況或出現于大型鑄件，或出現于采用具有放熱性能粘接劑的厚大型芯。從某種意義來說，這種型芯起著一種高效率的絕熱體的作用，并把金屬熔液的冷卻速度減緩到了危險的程度。.造型(1)缺少能促使

7、加快冷卻速度的通氣孔就較厚的鑄件截面來說，鑄件的冷卻速度與通過型砂散出熱量的速度有關。排氣充分會有助于水氣迅速排出，從而產生一種致冷的效應。(2)未設置激冷釘或冷鐵這種情況通常是因為粗心疏忽所致。.化學成分從本質上來說，晶粒粗大和金屬的化學成分與冷卻速度的配合有關，因此選擇這種配合是非常重要的。如果冷卻速度難以調節，那么粗晶組織必定是起因于金屬的化學成分不當。由于金屬成分的重要性，現將每一種金屬簡述如下。(1)灰鑄鐵和可鍛鑄鐵碳當量過高，碳和硅效應的數學計算，通常可以概括為：CE=C+1/3Gi晶粒粗大可能是因為碳過量或硅過量，或者碳硅過量所致。與硅相比，碳的效應相當其3 倍，所以碳的做量變化

8、，要比硅的同量變化危險得多。碳、硅的這種作用，既影響到可鍛鑄鐵，也影響到灰鑄鐵。對可鍛鑄鐵而言，晶粒粗大既不呈現為黑色，也不呈現出表示初生石墨的麻口，而是以一般的晶粒粗大的形式呈現，這是由于含碳或含硅量過高，或者二者均過高。磷也會對晶粒粗大產生影響。當 wp=0.1時，會加重縮孔缺陷，特別是在冷卻較緩慢的截面部位加重晶粒粗大缺陷的程度。(2)鑄鋼在鑄鋼的熔化和脫氧操作中，加入了一些會延緩晶粒長大的元素，因此和鍛鋼相比，鑄鋼不太容易形成品粒粗大。因成分而引起品粒粗大的鑄鋼件，可通過退火或正火處理得到細化。(3)鋁合金鐵雜質會使鑄鋁件品粒粗大，脆性增加，這類缺陷多數是由于熔化操作不當所致。在鋁合金

9、中，特別是那些要求過熱的鋁合金，加入適量的細化品粒合金元素是必要的。(4)銅合金中晶粒粗大的缺陷常被針孔、氣孔或縮松所掩蓋。銅合金因成分變化會造成品粒粗大，但通常總是先出現針孔、氣孔或縮松。.熔化操作小當會對合余的品粒組織產生影響。對于不同的鑄造金屬，必須采取小同的熔化工藝。(1)沖天爐熔化灰鑄鐵鼓風量和焦炭不平衡，會造成過量增碳。例如，底焦高度過高和降低鼓風量會造成過量增碳。當爐襯熔蝕后，增碳會更加嚴重。因為沖天爐直徑變大后，為了保持同樣的含碳量，需增加鼓風量。在過高的溫度下熔化會增加碳量，如果采用熱風熔煉，就會遇到這種情況。根據經驗，鼓風溫度每增加 55 ，就會增加0.10的碳(質量分數)

10、。如果采用氧氣來提高溫度，并不一定會產生同樣的問題。出鐵液的間隔過長，或鐵液停留在爐缸中的時間過長，也會導致增碳。生產低碳鑄鐵一般都采用較淺的爐缸，并縮短出鐵液的間隔時間，盡量做到連續出鐵液。間斷熔化會造成過量增碳，導致產生粗晶組織。另外，因停風而使熔化間斷，幾乎無一例外地導致碳和硅含量的波動。停風之后，通常需要15min ，才能重新獲得原來規定的化學成分。(2)可鍛鑄鐵爐料稱重或配料中產生的偏差會導致化學成分的變化；爐內鼓風量沒有保證，會影響化學成分的控制；熔化過熱或火焰中充煙，都會造成增碳。(3)黃銅和青銅采用臟污的坩堝，以及在坩堝的底部和側壁處留有上一爐熔化時所殘余的凝殼或金屬薄層，都會造成對下一次熔化的污染，因此生產中應避免使用來源不明的廢料，防止在金屬爐料內摻入會產生氣體的原材料，如濕的、油污染的或其他臟污的材料。(4)鋁因熔化溫度控制不當而使鋁液過熱，是造成鋁合金晶粒粗大的常見原因。因此生產中應將過熱的鋁液緩慢地冷卻下來，使其降到較低的澆注溫度。此外，在配料過程中粗心大意或者爐料污染，也會引起晶粒粗大缺陷。.澆注對所有金屬來說，澆注溫度過高都容易造成晶粒粗大缺陷。.其他(1)冷卻速度過慢除了與設計、澆注系統和金屬成分有關外，還與其他因素有關，如型砂緊密度偏低、當需要采用而沒有采用冷鐵、澆注和落砂之間的時間間隔過長，以及落