薄壁球墨铸铁的凝固

薄壁球墨铸铁可减轻机器重量、降低成本、增加单重功率并改善环境（因减少对型砂热作用所释放的废气量），因而十分受到关注，其使用范围逐渐扩大。以往，通常将3-6mm的球墨铸铁件称薄壁球墨铸铁。随着技术发展，今天薄壁球墨铸铁的定义壁厚已减至2.5mm。

制取薄壁球墨铸铁常遇到的问题有：铁液充型不足、生成碳化物以及重皮、夹杂、冷隔表面缺陷。这些问题均与薄壁球墨铸铁凝固速度过快有关。随壁厚减小，冷却速度显著提高，例如：30mm试样，冷却速度1℃/s，壁厚9mm、6mm、3mm、2mm所对应的冷却速度分别增加到10℃/s、15℃/s、20℃/s、60℃/s。2-3mm厚度的铸件冷却速度比一般15mm壁厚的铸件要高出10-20倍。

在快速冷却条件下，薄壁球墨球铸铁的凝固表现如下特点：

1奥氏体枝晶发达随截面减小，凝固组织中形成大量奥氏体枝晶。3mm球墨铸铁除枝晶外，还生成包有石墨球的球团状共晶晶粒。当截面增至10mm，树枝状奥氏体减少。壁厚为14mm时，从边缘到中心同时分布着球团状共晶晶粒，呈现出典型的糊状凝固。

2形成晶间碳化物奥氏体枝晶与共晶晶粒析出后，其间的残留液体在快速冷却条件下容易形成晶间碳化物。室温下，得到铁素体-碳化物，或珠光体+碳化物或铁素体+珠光体+碳化物组织。薄壁球墨铸铁的晶间碳化物，多呈长条方向束状分布，与一般蜂窝状莱氏体的形态不同。针状晶间碳化物严重影响薄壁球墨铸铁的性能，因而，必须抑制碳化物产生。

3石墨球数量多、直径小且圆整薄壁球墨铸铁冷却快，大量的异质核心得到保持，故石墨球数明显增多，直径变小。但壁厚小于一定尺寸后，若再减小壁厚，球数增加减缓。由于薄壁铸件冷却快，过冷度剧烈增加，导致球的圆整度显著改善。

图1    球墨铸铁缩孔的形成时间

图2    灰铸铁、球墨铸铁的宏观凝固形貌与膨胀力作用方向

图3    3mm薄壁球铁的凝固形貌

图4    薄壁球墨铸铁中的晶间碳化物

图5    壁厚与白口临界球数的关系