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球墨铸铁件结构优化及材料选用跟常见的七种缺陷原因及分析[一]、球墨铸件结构优化及材料选用
球墨铸件结构优化后，相对而言球墨铸件质量减轻，球墨铸件所受应力大，所以优化方案是否合理，是成败的关键。汽车上使用的许多球墨铸件承受的是高周疲劳应力，其失效的大部分原因是由疲劳断裂引起的。球墨铸件一旦设计完成，如何保证其使用寿命是一个很重要的问题。
球墨铸件设计企业通过CAE软件进行模拟分析，计算出球墨铸件所受应力大小和受力部位。铸造企业通过应力分析结果，结合所选用的球墨铸件材料，判断是否能达到球墨铸件要求的疲劳寿命，如果铸造企业盲目进行开发，一旦遇到球墨铸件结构或选择球墨铸件材料不合理，会给企业造成较大损失。
选择球墨铸件材料十分重要，许多企业将球墨铸件材料的抗拉强度作为球墨铸件所能承受应力大小的判断依据，这种判断方式值得商讨。
其原因主要是系数大小的确定比较困难，如果没有成熟的经验积累，选择抗拉强度作为设计依据会很困难。例如：在优化球墨铸件托臂梁时，就遇到过球墨铸件所受应力和材料匹配的问题，初也是使用抗拉强度作为设计依据，球墨铸件所受应力和球墨铸件材料的抗拉强度按照1：1设计。
球墨铸件局部大应力达到609MPa，而选用的材料抗拉强度≥600MPa，屈服强度≥370MPa，抗拉强度实测值为650~680MPa。
台架试验结果：3个球墨铸件15万次以内，全部发生断裂，而台架试验的寿命要求是不小于60万次。
[二]、机械球墨铸铁件常见的七种缺陷原因及分析
1）石墨球异化
石墨球异化出现不规则石墨，如团块状、蝌蚪状、蠕虫状、角状或其他非圆球状。这是由于球状石墨沿辐射方向生长时，局部晶体生长模式和生长速率偏离正常生长规律所致。机械球墨铸铁件中残余球化元素量超出应有范围时，如残余镁太高，超过了保持石墨球化所需的低量时，也会影响石墨结晶条件，就容易产生蝌蚪壮石墨。而残余稀土较多时，高碳当量铁水易产生碎块石墨，碎块石墨的集中区域一般称做“灰斑”。而蠕虫状石墨的出现则是由于球化元素残余量不足或者含有超限的钛和铝。
2）石墨漂浮
过共晶成分的厚壁球铁件中，在浇注位置顶部，常常出现一个石墨密集区域，即“始末漂浮”现象，这是由于石墨与铁水密度不同，过共晶铁水直接析出的石墨受到浮力作用向上所致。石墨漂浮程度与碳当量、球化元素的种类及残留量、机械球墨铸铁件凝固时间、浇注温度等因素有关系。镁能使球铁的共晶含碳量提高，碳当量相同的铁水，提高其残余镁量就能减少石墨漂浮，残留稀土量过高，有助于爆裂状石墨的升成。
3）反白口
一般铸铁件的白口组织容易出现在冷却较快的表层、尖角、披缝等处，反白口缺陷则相反，碳化物相出现在机械球墨铸铁件中等断面心部、热节等部位。球化元素残余量过多时，有促进反白口缺陷产生的作用，稀土元素强于镁，它们一般都能增加球铁组织形成时的过冷度。
4）皮下小孔
皮下小孔内主要含有氢，也有少量CO和氮。残余镁量过高时，也同时加强了从湿型中吸收氢的倾向，因而产生皮下小孔的几率增加。另外，球化铁水停留时间长也能增加小孔的数量。
5）缩孔缩松
缩孔常出现在机械球墨铸铁件后凝固部位(热节处、冒口颈与机械球墨铸铁件连接处、内角或内浇口与机械球墨铸铁件连接处)，是隐蔽于机械球墨铸铁件内部或与外表连通的孔洞。缩松，宏观的出现在热节处，细微的收缩孔洞，大多是孔洞内部互相连通。与球化元素有关的是，要控制残余镁和稀土不能过高，这对减少宏观和微观缩松都有明显效果，缩松倾向几乎与球化元素成正比。
6）黑渣
它一般发生在机械球墨铸铁件的上部(浇注位置)，主要分为块状、绳索状和细碎黑渣。黑渣的主要成分硅酸镁，是由铁水中MgO和SiO2反应生成的，并受其相对含量的影响。因此，作为控制黑渣的措施之一就是减少镁的残余量(加镁0.15%时，渣总量约占铁水重量的0.1%)，而残余稀土因与氧有很强的亲和力，在减少黑渣方面有明显的效果。
7）球化衰退
这是由于球化铁水停留时间较长，残留镁逐渐减少，熔渣没有及时扒除，硫还会回到铁水中，使凝固组织中的石墨减少甚至消失，衰变为不规则状、蠕虫状或片状石墨。这种球化衰退与球化剂中稀土含量较低、或者球化剂加入量偏低有的关系，但紧靠增加其加入量也很不可取，因为镁残余量高了，熔渣量和渗碳体都会增加，在厚大断面中还会使石墨球蜕变为蝌蚪状石墨。生产实践表明：原铁水含硫量低对防止球化衰退才是的。包括还有的球铁铸造件缺陷，几乎都与球化剂的成分和加入量有关系，但我们不能指望球化剂解决很多问题，不能解决所有问题，因为球化元素的作用以及球化剂的加入量都是利弊共存的，球化剂只是机械球墨铸铁件稳定生产控制系统中的一个很重要的因素，只有和其他配套措施结合在一起，才能够稳定的进行球化处理。
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