大型球墨铸铁件特有问题的解决途径分析
大型球墨铸铁件的类型比较多，如：大型柴油机缸体、大型轮毂、大球磨机端盖、高炉冷却壁、大型轧钢机机架、大型注塑机模板、大型汽轮机轴承座、风电设备中的轮毂及底座以及核电设备中的废渣罐等。这些部件除必须满足标准中规定的力学性能外，还有一些特殊性能要求，如风电铸件要求低温冲击韧度，核渣罐有许多附加的特殊验收标准等等。因此，作为铸造厂来说生产这些铸件，事先必须做周密的考虑。
大型铸件
1)首先要考虑的是如何获得健全、致密、尺寸合格的铸件
生产大型球墨铸铁件的技术流程与灰铸铁件基本相同，只要结合球墨铸铁的特点在缩尺的选定、砂箱设计等方面稍作修正即可。
2)其次要针对大型球墨铸铁件的共同特点做相应工作
大型球墨铸铁件的共同特点是特别厚重，大多数要求铁素体基体，力学性能必须满足标准数据，有时外加低温冲击性能要求等。
1 大型球墨铸铁件生产的特有问题
由于大型球铁件冷却速度缓慢，导致共晶凝固期长达数小时，而在此期间要形成球铁的主要组织，因而就出现了大断面球铁或大型球铁件所特有的一系列问题：球墨数量少、球墨直径大、球墨畸变、石墨漂浮、化学成分偏析、晶间碳化物以及碎块状石墨(Chunky Graphite)等。这些问题早已受到关注，虽形成机理尚不统一，但对具体问题已有了初步的解决措施。
还有一个重要问题是如何满足和解决低温冲击韧度的要求?问题的巧合在于解决这两大难题的方向及措施大致相同。
2 解决大型球墨铸铁件特有问题的途径
1)强化冷却以加速凝固
关于碎块状石墨的成因普遍较易接受的说法有二：一是球状石墨破碎而引起;二是由于热流或某些合金元素特别是Ce 和La 的偏析造成奥氏体外壳的稳定性降低，导致球墨的生长模式改变而形成。不管哪种理论或说法，可以肯定的是，共晶阶段凝固时间太长(即缓慢冷却)是形成碎块状石墨的直接和客观因素。因此不管采取什么方法，只要能缩短凝固阶段的时间，都可有效地阻止碎块状石墨的出现。
也有文献指出，球墨畸变有一个临界冷却速度(0.8 ℃/min)[1]。石墨畸变有时是一个突变过程，因此加速冷却，缩短凝固时间，特别是缩短共晶阶段的凝固时间，想方设法使共晶凝固阶段缩短至2 h 以内是有显著效果的。围绕这个原则有不少措施：强制冷却;金属型挂砂;使用冷铁等等。
冷铁的导热率大，特别是蓄热能力强，是被广泛认为可以应用的有力措施。石墨的导热率高于挂砂冷铁(分别为45W/m•℃及17 W/m•℃)，但它的蓄热能力比冷铁小，假如有强制冷却的条件，则用石墨是比较合适的。对于大型或特大型球墨铸铁件，进行强制冷却仍不失为一种有力的措施。一般可采用风冷、雾冷或水冷装置，甚至可采用液氮冷却方式加速铸件的凝固速度。有数据表明，20 t 级球墨铸铁乏料容器铸件凝固时，其传热效果为：金属型吸热占58%、石墨及砂型(型芯部分)吸热占3.5%、砂型及其它装置部分吸热占3.5%、水冷导热占3.5%。由此可见，金属型可使铸件50%以上的热量传导出去，而型芯部分传热很少，显然强制冷却是必要的。
2)改进工艺技术
(1)精心选择原材料
为了生产出优质大型球墨铸铁件，无论怎样精选炉料都是值得的。原料的干扰元素应尽可能低，特别要注意的是生铁来源、废钢品种、增碳剂的选用。
(2)化学成分设计
CE 不能过高(4.2%～4.3%)，如w(C)选3.6%～ 3.7% ，w(Si)则必须低至1.8% ～2.0% ;另外，w(Mn)<0.3%，w(P)、w(S)也要严格限制。除殊殊情况外，一般不用合金，因而必须严格挑选废钢。
w(Si)低是必须做到的，否则易出现碎块状石墨，低温性能也会达不到要求，问题就出在又要w(Si)低，又要不出现因w(Si)低而产生的弊病。日本百吨级乏燃料容器成分为：w(C) 3.6%，w(Si) 2.01%，w(Mn) 0.27%，w(P) 0.025%，w(S) 0.004%，w(Ni) 0.78%，w(Mg) 0.065%。
(3)选择双联熔炼
双联熔炼能充分发挥冲天炉铁液成核能力强、电炉热效率高的特点。铁液必须高温出炉，有条件时可脱S，在电炉内的时间不要太长。根据情况决定球化温度，不能太高亦不能太低。
笔者主张大型件球化处理不要用冲入法，因为时间太长。至少用盖包法，最好用特色法或喂丝法，在固定地方喂丝，甚至可连同喂孕育丝。球化剂千万不要用常用的，最好重稀土球化剂和轻稀土球化剂混合使用。如采用冲入法，球化剂中w(Mg) 6%，w(RE) 1.0%～ 1.5%就可以了;如生铁较纯，w(RE) 0.5%～1.0%亦可。如采用喂丝法，可用高w(Mg)量的球化剂，但w(RE)要低，稍含些Ca 即可。
浇注温度要合适(1300～1350 ℃)，不要太高，否则液态收缩太大;宜采用分散内浇道中速浇注，尽可能用高刚度铸型以充分利用石墨化膨胀进行球墨铸铁的自补缩，减轻冒口负担，确保铸件内部致密。
大型铸件
1)首先要考虑的是如何获得健全、致密、尺寸合格的铸件
生产大型球墨铸铁件的技术流程与灰铸铁件基本相同，只要结合球墨铸铁的特点在缩尺的选定、砂箱设计等方面稍作修正即可。
2)其次要针对大型球墨铸铁件的共同特点做相应工作
大型球墨铸铁件的共同特点是特别厚重，大多数要求铁素体基体，力学性能必须满足标准数据，有时外加低温冲击性能要求等。
1 大型球墨铸铁件生产的特有问题
由于大型球铁件冷却速度缓慢，导致共晶凝固期长达数小时，而在此期间要形成球铁的主要组织，因而就出现了大断面球铁或大型球铁件所特有的一系列问题：球墨数量少、球墨直径大、球墨畸变、石墨漂浮、化学成分偏析、晶间碳化物以及碎块状石墨(Chunky Graphite)等。这些问题早已受到关注，虽形成机理尚不统一，但对具体问题已有了初步的解决措施。
还有一个重要问题是如何满足和解决低温冲击韧度的要求?问题的巧合在于解决这两大难题的方向及措施大致相同。
2 解决大型球墨铸铁件特有问题的途径
1)强化冷却以加速凝固
关于碎块状石墨的成因普遍较易接受的说法有二：一是球状石墨破碎而引起;二是由于热流或某些合金元素特别是Ce 和La 的偏析造成奥氏体外壳的稳定性降低，导致球墨的生长模式改变而形成。不管哪种理论或说法，可以肯定的是，共晶阶段凝固时间太长(即缓慢冷却)是形成碎块状石墨的直接和客观因素。因此不管采取什么方法，只要能缩短凝固阶段的时间，都可有效地阻止碎块状石墨的出现。
也有文献指出，球墨畸变有一个临界冷却速度(0.8 ℃/min)[1]。石墨畸变有时是一个突变过程，因此加速冷却，缩短凝固时间，特别是缩短共晶阶段的凝固时间，想方设法使共晶凝固阶段缩短至2 h 以内是有显著效果的。围绕这个原则有不少措施：强制冷却;金属型挂砂;使用冷铁等等。
冷铁的导热率大，特别是蓄热能力强，是被广泛认为可以应用的有力措施。石墨的导热率高于挂砂冷铁(分别为45W/m•℃及17 W/m•℃)，但它的蓄热能力比冷铁小，假如有强制冷却的条件，则用石墨是比较合适的。对于大型或特大型球墨铸铁件，进行强制冷却仍不失为一种有力的措施。一般可采用风冷、雾冷或水冷装置，甚至可采用液氮冷却方式加速铸件的凝固速度。有数据表明，20 t 级球墨铸铁乏料容器铸件凝固时，其传热效果为：金属型吸热占58%、石墨及砂型(型芯部分)吸热占3.5%、砂型及其它装置部分吸热占3.5%、水冷导热占3.5%。由此可见，金属型可使铸件50%以上的热量传导出去，而型芯部分传热很少，显然强制冷却是必要的。
2)改进工艺技术
(1)精心选择原材料
为了生产出优质大型球墨铸铁件，无论怎样精选炉料都是值得的。原料的干扰元素应尽可能低，特别要注意的是生铁来源、废钢品种、增碳剂的选用。
(2)化学成分设计
CE 不能过高(4.2%～4.3%)，如w(C)选3.6%～ 3.7% ，w(Si)则必须低至1.8% ～2.0% ;另外，w(Mn)<0.3%，w(P)、w(S)也要严格限制。除殊殊情况外，一般不用合金，因而必须严格挑选废钢。
w(Si)低是必须做到的，否则易出现碎块状石墨，低温性能也会达不到要求，问题就出在又要w(Si)低，又要不出现因w(Si)低而产生的弊病。日本百吨级乏燃料容器成分为：w(C) 3.6%，w(Si) 2.01%，w(Mn) 0.27%，w(P) 0.025%，w(S) 0.004%，w(Ni) 0.78%，w(Mg) 0.065%。
(3)选择双联熔炼
双联熔炼能充分发挥冲天炉铁液成核能力强、电炉热效率高的特点。铁液必须高温出炉，有条件时可脱S，在电炉内的时间不要太长。根据情况决定球化温度，不能太高亦不能太低。
笔者主张大型件球化处理不要用冲入法，因为时间太长。至少用盖包法，最好用特色法或喂丝法，在固定地方喂丝，甚至可连同喂孕育丝。球化剂千万不要用常用的，最好重稀土球化剂和轻稀土球化剂混合使用。如采用冲入法，球化剂中w(Mg) 6%，w(RE) 1.0%～ 1.5%就可以了;如生铁较纯，w(RE) 0.5%～1.0%亦可。如采用喂丝法，可用高w(Mg)量的球化剂，但w(RE)要低，稍含些Ca 即可。
浇注温度要合适(1300～1350 ℃)，不要太高，否则液态收缩太大;宜采用分散内浇道中速浇注，尽可能用高刚度铸型以充分利用石墨化膨胀进行球墨铸铁的自补缩，减轻冒口负担，确保铸件内部致密。
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