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中國鐵合金網(wǎng)訊：
在鑄件生產(chǎn)的過程中，錯(cuò)綜復(fù)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(gè)重要影響因素：碳當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(gè)圖表是針對(duì)壁厚在13mm到38mm之間的一般壁厚的鑄件。對(duì)于壁厚非常薄的鑄件例如排氣歧管，碳當(dāng)量可能更高。對(duì)于壁厚較厚的鑄件，碳當(dāng)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(dāng)鐵水以共晶方式凝固時(shí)，碳含量最高時(shí)縮松最小，此時(shí)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(shí)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(huì)為美國鑄協(xié)一項(xiàng)研究項(xiàng)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(shí)不同的硅含量對(duì)應(yīng)的最大碳含量。這也是縮松趨勢最小化時(shí)碳含量所能達(dá)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(shí)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(shí)，奧氏體殼內(nèi)的石墨析出與生長同時(shí)進(jìn)行。如果碳含量過高，凝固過程開始時(shí)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(dǎo)致在凝固后期，即鐵水被隔離成孤立點(diǎn)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(gè)不同硅含量的情況，這些曲線一直延伸到碳當(dāng)量為4.3%的橫線。這表明超過一定厚度時(shí)碳當(dāng)量必須處在或低于共晶點(diǎn)。所有較厚的截面的碳當(dāng)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(duì)于方形試棒，隨著硅含量從1.8%變化到2.6%，該轉(zhuǎn)變點(diǎn)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(dāng)圓棒截面在含硅量為1.8%時(shí)達(dá)到83mm，其碳當(dāng)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(duì)于含硅量為1.8%的球鐵，當(dāng)截面厚度達(dá)到或超過42mm時(shí)，碳當(dāng)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(dāng)量等于4.3%的水平線，指出碳當(dāng)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(shí)，模數(shù)是21mm。
硅含量在2.2%時(shí)，模數(shù)是22mm。
調(diào)整碳析出產(chǎn)生膨脹的時(shí)間
在凝固開始時(shí)，碳作為石墨球析出從而保證碳不會(huì)在邊緣激冷時(shí)產(chǎn)生碳化物。同時(shí)應(yīng)避免形成過多的早期石墨析出相，否則會(huì)導(dǎo)致在最后凝固時(shí)只有少量的石墨析出，這時(shí)澆注系統(tǒng)和冒口已無法提供金屬液來補(bǔ)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(dāng)量一定時(shí)采用最大的碳含量和最小的硅含量。碳提供膨脹作用，同時(shí)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(shí)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(jī)械性能的要求，同時(shí)要避免過量。具有相似的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、大小一致的過量的石墨球數(shù)會(huì)導(dǎo)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(shí)同一時(shí)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(shí)，石墨球數(shù)較多對(duì)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(gè)因素，嚴(yán)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(huì)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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