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中國鐵合金網(wǎng)訊：
在鑄件生產(chǎn)的過程中，錯綜復雜的內(nèi)外因素影響著鑄件的質(zhì)量，其中縮松是較常見的鑄件缺陷。避免縮松缺陷的途徑有很多，本文討論其中的一個重要影響因素：碳當量、硅含量和鎂含量的控制。其它影響因素我們將在后續(xù)的推送中繼續(xù)分享。
首先，采用多大的碳當量？
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圖1
圖1展示了為避免缺陷如何選擇合理的碳當量的原則。我們不僅要避免縮松缺陷，也需要避免石墨漂浮缺陷的產(chǎn)生。圖中建議總的碳含量加上三分之一的硅含量不應(yīng)該超過4.55%。
這個圖表是針對壁厚在13mm到38mm之間的一般壁厚的鑄件。對于壁厚非常薄的鑄件例如排氣歧管，碳當量可能更高。對于壁厚較厚的鑄件，碳當量應(yīng)較低，以避免石墨漂浮和產(chǎn)生縮松缺陷。
在凝固過程中碳從金屬液中析出，產(chǎn)生石墨化膨脹。當鐵水以共晶方式凝固時，碳含量最高時縮松最小，此時的碳含量剛剛低于發(fā)生初始石墨析出和石墨球開始上浮時的碳含量。
采用最高的碳含量且避免石墨球漂浮
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圖2
圖2是由英國鑄鐵研究協(xié)會為美國鑄協(xié)一項研究項目制作。該表展示了不同形狀壁厚的鑄件在避免石墨漂浮時不同的硅含量對應(yīng)的最大碳含量。這也是縮松趨勢最小化時碳含量所能達到的最大值，其中也包含了不同澆注溫度下的數(shù)值修正。
假設(shè)凝固時持續(xù)遵循共晶過程，一般來說隨著碳含量的增加縮松減少。共晶凝固時，奧氏體殼內(nèi)的石墨析出與生長同時進行。如果碳含量過高，凝固過程開始時先發(fā)生初生石墨析出，由此產(chǎn)生的大量膨脹作用在凝固早期就被消耗掉。這是由石墨快速析出并懸浮在液態(tài)金屬液中引起的。這可能導致在凝固后期，即鐵水被隔離成孤立點的情況下，石墨化膨脹不足。
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圖3
圖表3中的數(shù)據(jù)是從前圖中方形試棒中獲得的。有三條曲線展示了三個不同硅含量的情況，這些曲線一直延伸到碳當量為4.3%的橫線。這表明超過一定厚度時碳當量必須處在或低于共晶點。所有較厚的截面的碳當量都必須等于或小于4.3%，以避免初生石墨的析出、石墨漂浮以及產(chǎn)生較高的縮松趨勢。對于方形試棒，隨著硅含量從1.8%變化到2.6%，該轉(zhuǎn)變點從厚度為95mm變化到108mm。
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圖4
圖4中顯示了轉(zhuǎn)變?yōu)閳A棒直徑的等效數(shù)據(jù)。當圓棒截面在含硅量為1.8%時達到83mm，其碳當量應(yīng)在4.3%或者更小。
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圖5
在圖5中方形試棒的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)化為等效厚度的板型試塊。對于含硅量為1.8%的球鐵，當截面厚度達到或超過42mm時，碳當量應(yīng)等于或低于4.3%。
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圖6
圖6中的數(shù)據(jù)是方形試塊的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為等效模數(shù)。模數(shù)是指鑄件的體積與面積的比率。數(shù)據(jù)線延伸至碳當量等于4.3%的水平線，指出碳當量必須等于或低于4.3%，以避免石墨漂浮的模數(shù)。
硅含量在1.8%時，模數(shù)是21mm。
硅含量在2.2%時，模數(shù)是22mm。
調(diào)整碳析出產(chǎn)生膨脹的時間
在凝固開始時，碳作為石墨球析出從而保證碳不會在邊緣激冷時產(chǎn)生碳化物。同時應(yīng)避免形成過多的早期石墨析出相，否則會導致在最后凝固時只有少量的石墨析出，這時澆注系統(tǒng)和冒口已無法提供金屬液來補償收縮？梢娏私庥绊懩谈麟A段中石墨析出量的鑄造變量十分重要。
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圖7
較高的硅含量可以直接帶來較多的石墨球數(shù)、鐵素體量和早期石墨析出相。為了減小縮松，建議在碳當量一定時采用最大的碳含量和最小的硅含量。碳提供膨脹作用，同時太多的硅含量能引起過度的初始膨脹作用以及最終鐵水凝固時較少膨脹作用。
硅含量的水平應(yīng)滿足避免產(chǎn)生碳化物和提高鐵素體以得到合格機械性能的要求，同時要避免過量。具有相似的結(jié)構(gòu)特點、大小一致的過量的石墨球數(shù)會導致縮松的情況。在這種情況下所有的石墨球都是在早期凝固時同一時間形成的。這樣的金相結(jié)構(gòu)很好看，但是不利于消除縮松。圖7展示了石墨球數(shù)是怎樣隨著硅含量而變化的。
其他的影響因素也可能產(chǎn)生較多尺寸一致的石墨球，如過多的孕育劑加入量或者使用鉍來提高石墨球數(shù)。但是在石墨球的尺寸分布范圍較大時，石墨球數(shù)較多對于減少縮松是有利的。這意味著石墨是在凝固開始到結(jié)束過程中穩(wěn)定析出的，而不是在凝固初期快速形成的。
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圖8
鎂含量是影響縮松的另一個因素，嚴格控制鎂含量可以減小縮松傾向。圖8顯示了隨著最終鎂含量的增長，縮松傾向增加。充足的鎂含量是獲得較好石墨球所必需的，但是要避免過量。過量的鎂會引起一些其它類鑄件缺陷，如夾渣、白口、釘狀石墨等等。
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