铸件的石墨漂浮缺陷是什么？该怎么处理？

石墨漂浮是球墨铸铁和部分高碳当量灰铸铁中常见的缺陷，表现为铸件上表面或厚大部位出现石墨聚集区，导致力学性能下降、加工困难等问题。

一、石墨漂浮的形成机理

1. 根本原因：

   • 碳当量过高（CE＞4.5%时风险显著增加）

   • 浇注温度过高（＞1400℃时石墨上浮加剧）

   • 铸件厚大部位冷却缓慢（凝固时间＞5分钟易发生）

2. 形成过程：
   在凝固初期，高碳铁液中石墨因密度低（2.25g/cm³）上浮至铸件顶部或最后凝固区域，形成富集层（如图1所示）。金相表现为石墨球粗大（＞100μm）且密集分布。

二、石墨漂浮的典型特征

三、解决石墨漂浮的6大关键措施

1. 控制化学成分

• 降低碳当量：
  球墨铸铁CE控制在4.3~4.6%，灰铸铁≤4.3%。
  示例：某HT250铸件CE从4.5%降至4.1%，漂浮缺陷消失。

• 添加干扰元素：
  加入0.02~0.04%的Sb或Bi可抑制石墨上浮。

2. 优化工艺参数

• 浇注温度：
  球铁控制在1300~1350℃，厚大件取下限。

• 冷却速度：
  在漂浮风险区域设置冷铁（厚度≈铸件壁厚的1/2）。

3. 改进浇注系统

• 底注式浇注：
  金属液从型腔底部充型，减少石墨上浮机会。

• 增加内浇口数量：
  缩短铁液流动距离，避免局部过热。

4. 熔炼控制

• 采用双联熔炼：
  中频炉+工频炉处理，确保成分均匀。

• 加强孕育处理：
  使用含Sr的孕育剂（如FeSiSr），促进石墨均匀析出。

5. 结构设计优化

• 避免孤立热节：
  厚大部位设计散热筋或工艺孔。

• 壁厚差控制：
  相邻壁厚比≤1.5:1。

6. 后期检测与补救

• 超声波探伤：
  对重要件进行100%探伤，漂浮区显示为高波幅信号。

• 机械加工去除：
  对已发生漂浮的铸件，可加工掉表层3~5mm。

四、预防控制要点

1. 设计阶段：

   • 对壁厚＞50mm的铸件进行凝固模拟（如MAGMA软件）

2. 生产过程：

   • 每炉次检测CE值波动（控制在±0.05%）

3. 质量检验：

   • 厚大件需剖切取样进行金相检查

通过系统控制材料、工艺和设计因素，可有效预防石墨漂浮缺陷，提升铸件合格率。