铸件皮下缺陷分析

成 易(贵州省机电研究设计院，贵州 贵阳 550003)

0 概述

某铸铁厂生产支架产品，采用球磨铸铁铸件，超声波检测发现皮下有缺陷，对缺陷性质及原因进行分析。

送检试块宏观形貌见图1所示。锯开断面发现皮下有四处气孔。对送检试样切取约15 mm一段，切开面同样观察到皮下气孔形态。可见气孔为广泛存在缺陷。

图1 送检试样形貌

1 试验分析

1.1 扫描电镜及能谱分析

对新锯开断面气孔进行扫描电镜分析，扫描电镜结果如图2、图3所示。从扫描电镜观测到气孔大致有两个类型。第一种为内壁自由晶结晶表面，其间有疏松孔洞，见图2(a)、图2(b)。能谱显示主要为Fe、O元素，见图2(c)、图2(d)。

图2 第一种气孔形貌与能谱图

第二种为内壁有许多凸起物型，见图3(a)，凸起物密集分布，其空余部位为少量较平坦黑色区，见图3(b)，凸起物呈“多层花朵式”自由生长模式，见图3(c)。从图3(d)可以看出平坦区主要元素为C、Mg、Fe，从图3(e)可以看出凸起物处主要为元素C、O、Fe。

图3 第二种气孔形貌与能谱分析图

1.2 金相组织分析

对试样抛光后在显微镜下观察其形貌，微观形貌见图4所示，发现气孔大小不等，气孔显现多达十余个，均在铸件表面皮下分布。气孔主要为两种，第一种为光孔，孔壁即为基体组织，见图4(a)、图4(e)、图4(f)；第二种为氧化物层覆盖的孔，氧化层厚度约20 μm，见图4(b)、图4(c)、图4(d)、图4(g)。此外，铸件表面喷丸处理层，可见基体金属的塑性变形，见图4(h)。

图4 气孔内壁(a～d)

试验结果表明，气孔为皮下气孔。

2 讨论与分析

2.1 皮下气孔

铸件为球墨铸铁件。铸件皮下缺陷为皮下气孔，气孔内壁有氧化层。皮下气孔的产生可能与充型过程中铁液表层氧化结皮有关。氧化所产生的氧化物成为气泡的气核和部分气源，而氧化皮则使气泡被阻留在铸件表层，因而形成皮下气孔。高温铁液要冷却到一定温度才会氧化结皮，结皮温度取决于其化学成分，因而与原铁液成分、球化剂、孕育剂的成分和加入量有关。提高浇注温度，使铁液温度在充型过程中始终高于结皮温度，是防止铁液氧化结皮引起皮下气孔的有效方法。

2.2 镁元素的作用

氧化层气孔内壁检测到Mg元素，镁在球铁中是以球化剂的形式加入的，镁对皮下气孔的影响是双重性的。有利影响是，加镁处理可以清除铁液中的气体，加镁可以提高液体表面张力，使其不会产生气孔。不利影响是，高温下析出镁蒸汽，成为皮下气孔的气源，增大铁液从潮湿的浇包砂型吸收氢气的倾向，提高铁液结皮温度，使铁液容易氧化结皮，阻碍气泡溢出。当镁加入量过多时会促进皮下气孔形成。

3 结论

通过对球墨铸铁件缺陷处扫描电镜及能谱分析、组织分析，确定铸件缺陷为皮下气孔，皮下气孔产生的原因系铁液氧化结皮所致。

对生产厂家的建议：1) 检查生产工艺是否有变动，尤其是浇注温度及速度。适当提高浇注温度，使铁液温度在充型过程中始终高于结皮温度，是防止铁液氧化结皮引起皮下气孔的有效方法。2) 检查球化剂和孕育剂成分，有效控制铁液中镁含量。镁加入量过多时会促进皮下气孔形成。