灰鑄鐵件加工面麻點(diǎn)狀小孔缺陷的及防止

1、灰鑄鐵件加工面麻點(diǎn)狀小孔缺陷的分析及防止鑄件加工面麻點(diǎn)狀小孔缺陷的形貌、分布特征和產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析。認(rèn)為：麻點(diǎn)是由許多尺寸在0.3 mm 以下的小孔組成，多產(chǎn)生在凝固過(guò)程中冷速較慢的厚壁部位，主要分布在石墨密集區(qū)域，特別是在石墨封閉或半封閉區(qū)域；鑄件w（C）和w（Si）量偏高，凝固過(guò)程中局部冷速過(guò)慢，切削用量偏大都有可能引起這種缺陷。提出了預(yù)防這種缺陷的四條措施。關(guān)鍵詞：麻點(diǎn)狀小孔缺陷；石墨剝落；預(yù)防措施灰鑄鐵的切削加工表面時(shí)常出現(xiàn)麻點(diǎn)缺陷，肉眼觀察為小黑點(diǎn)的缺陷，實(shí)際是形態(tài)各異的小孔，因而易被誤認(rèn)為是表面縮松或是非金屬夾雜物。這種缺陷比較容易出現(xiàn)在HT300 以下的各種牌號(hào)鑄件，產(chǎn)生部位多

2、在凝固過(guò)程中冷速較慢的厚壁部位。1 缺陷的形貌特征1.1 宏觀形貌對(duì)切削加工后表面存在缺陷的鑄件進(jìn)行解剖，試樣的材料牌號(hào)為FC300（相當(dāng)于HT300），化學(xué)成分為w（C） 2.72%，w（Si） 2.05%，w（Mn）0.76%，w（P）0.056%，w（S）0.095%。對(duì)試樣進(jìn)行打磨拋光后觀察，其宏觀形貌如圖1 所示，表面有大小不等的麻點(diǎn)狀小孔。1.2 微觀形貌文獻(xiàn)1把這種缺陷稱為“麻點(diǎn)”，并認(rèn)為是“切削加工面上存在大量的直徑0.2 mm 左右的小孔”。對(duì)圖1 試樣金相觀察，這種缺陷是尺寸小于0.3 mm 的小孔，且小孔形狀各異，圓孔甚少，尚難以用直徑表達(dá)；并且尺寸大于0.2 mm 的小

3、孔（圖中左側(cè)的小孔）；圖3（c）石墨呈近似n 形分布形成的小孔；圖3（d）石墨呈形（圖左上）和V 形或Y 形（圖右下）分布形成的小孔；圖3（e）石墨呈竹葉狀分布形成的小孔。圖3 的共同特征是微區(qū)金屬被一根或幾根片狀石墨所包圍，成孤島狀或半島狀，在切削力作用下剝落形成小孔；當(dāng)切削力較大時(shí)，切屑崩落，也會(huì)超越石墨邊界。但相對(duì)而言，當(dāng)微區(qū)金屬被石墨包圍成封閉或半封閉狀態(tài)時(shí)，在切削力作用下，會(huì)優(yōu)先于其他微區(qū)的金屬剝落而形成小孔。實(shí)際情況中不僅存在以上幾種小孔，因?yàn)榛诣T鐵在凝固和繼續(xù)冷卻過(guò)程中，情況復(fù)雜，有很大的隨機(jī)性，石墨形狀和分布也不盡相同。當(dāng)石墨與所包圍的金屬呈封閉或半封閉狀態(tài)時(shí)，在切削加工（車、

4、銑、铇、磨）過(guò)程中，石墨及其所包圍的金屬容易剝落，形成相應(yīng)的小孔，如圖4 所示?？滓草^多。麻點(diǎn)狀小孔缺陷的分布特征如下。（1）缺陷多發(fā)生在石墨密集分布的區(qū)域，如圖2 所示。圖2（a）是0.20.3 mm 的小孔；圖2（b）是0.10.2 mm 的小孔；圖2（c）是0.050.10mm 的小孔。圖2（d）是0.05mm 的小孔；圖2（e）是長(zhǎng)寬比5 的小孔。這些小孔的共同特點(diǎn)是周圍片狀石墨密集分布，石墨面積率為10%15%，孔的邊緣隱約可見(jiàn)片狀石墨的痕跡，孔內(nèi)呈灰色或黑色，并非塊狀石墨或其他。（2）當(dāng)石墨呈封閉或半封閉狀態(tài)時(shí)，在切削力作用下，容易形成“麻點(diǎn)”。如當(dāng)石墨分布呈多角形、C 形、O 形

5、、n 形、形、形、V 形、U 形、竹葉狀等形狀時(shí)都有可能形成與上述形狀相吻合的小孔，如圖3 所示。圖3（a）石墨呈多角形分布形成的小孔；圖3（b）石墨呈C 形分布形成的小石墨密布區(qū)要比非密布區(qū)割裂基體嚴(yán)重，在切削力作用下，容易使石墨及其所包圍的金屬剝落而形成小孔，如圖5 所示。圖5（a）為尚未形成小孔的初始態(tài)，中心部位有2 處（1 區(qū)和2 區(qū)）可能出現(xiàn)剝落形成小孔；圖5（b）為經(jīng)第1 次打磨拋光后，1 區(qū)石墨上部開始連通；圖5（c）為經(jīng)第2 次打磨拋光后，局部石墨開始剝落；圖5（d）為經(jīng)再次打磨拋光后，1 區(qū)石墨連同它所包圍的金屬剝落，形成小孔。圖4（a）石墨呈半封閉狀態(tài)，石墨及其所包圍的金屬

6、剝落后形成的小孔；圖4（b）石墨呈封閉狀，石墨及其所包圍的金屬剝落后形成；圖4（c）是將圖4（b）的照片拋光面再經(jīng)5 次打磨拋光（至少磨去0.15 mm）后的形貌，周圍的石墨已經(jīng)發(fā)生了很大變化，但小孔依然存在。2 麻點(diǎn)狀小孔缺陷的形成過(guò)程為了解這種缺陷的形成原因和找出預(yù)防對(duì)策，并正確認(rèn)識(shí)亞共晶鑄鐵中的“塊狀石墨”，試驗(yàn)對(duì)可能出現(xiàn)這種缺陷的微區(qū)采用每次微量拋磨的方法，反復(fù)進(jìn)行金相觀察來(lái)得到麻點(diǎn)的形成過(guò)程。2.1 試驗(yàn)方法將圖1 所示的試塊依次用#600、#900 砂紙打磨，再用粒度2.5 m 的金剛石研磨劑拋光，拋磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為600 r/min，磨盤直徑200 mm，觀察試樣的金相組織。選擇石墨

7、密布區(qū)和具有封閉、半封閉狀態(tài)特征的微區(qū)進(jìn)行觀察，記錄56個(gè)微區(qū)；然后再次打磨、拋光，觀察各特征點(diǎn)變化，記錄石墨所包圍的金屬的剝落情況。這樣就可以觀察到石墨及其所包圍的微區(qū)金屬的剝落過(guò)程，也就是小孔的形成過(guò)程。2.2 試驗(yàn)結(jié)果2.2.1 石墨密布區(qū)剝落過(guò)程基體金屬被片狀石墨所包圍，在切削力作用下，最易剝落形成小孔。圖6 顯示了受石墨包圍的金屬的剝落過(guò)程。圖6（a）為幾根石墨呈棗核狀分布，石墨內(nèi)側(cè)稍有剝落，包圍著1 區(qū)和2 區(qū)，尚未形成小孔的初始態(tài)；圖6（b）為經(jīng)第1 次打磨拋光后，1 區(qū)金屬剝落，2區(qū)又出現(xiàn)一根石墨，而使2 區(qū)金屬形成孤島；圖6（c）為經(jīng)第2 次打磨拋光后，2區(qū)金屬剝落與1 區(qū)金

8、屬連成一片，但石墨依然存在；圖6（d）、圖6（e）為再經(jīng)2 次打磨拋光后，石墨逐漸剝落，形成一個(gè)鈍三角形小孔。2.2.3 處于應(yīng)力集中區(qū)金屬的剝落過(guò)程基體金屬未被片狀石墨包圍，但經(jīng)打磨拋光仍可能剝落，原因是局部金屬處于應(yīng)力集中區(qū)。圖7 顯示了處于應(yīng)力集中區(qū)的局部金屬剝落形成小孔的過(guò)程。圖7（a）為尚未形成小孔的初始態(tài)，照片上有2 個(gè)區(qū)，1 區(qū)和2 區(qū)都有可能出現(xiàn)金屬剝落，1 區(qū)是缺口型，2 區(qū)有3 根小石墨露頭；圖7（b）為經(jīng)1 次打磨拋光后，2 區(qū)金屬剝落；圖7（c）再次打磨拋光后，小孔面積變小，孔內(nèi)填充了污物細(xì)微切屑、石墨微粉、金剛石微粉和拋織物的混合物。圖7 說(shuō)明小孔的形成過(guò)程與該部位的

9、應(yīng)力集中有關(guān)，但也不排除3 根小石墨在拋光面下有一定深度。2.3 常見(jiàn)石墨分布形狀的剝落過(guò)程常見(jiàn)石墨分布形狀有、V 或近似V、月牙形等。2.3.1 石墨呈形分布的剝落過(guò)程圖8 為石墨呈形分布的剝落過(guò)程。圖8（a）為未形成小孔的初始態(tài)；圖8（b）為經(jīng)1 次打磨拋光后，形包圍的金屬剝落；圖8（c）為經(jīng)再次打磨拋光后，形變小，孔內(nèi)有污物。筆者曾對(duì)石墨近似四方形分布形狀做過(guò)試驗(yàn)，結(jié)果同上，出現(xiàn)了近似四方形小孔。2.3.2 石墨形分布的剝落過(guò)程石墨呈形或近似 形、C 形、 形、 形等分布形狀都可能在切削力作用下形成小孔，如圖9 所示。圖9（a）為未形成小孔的初始態(tài)，石墨呈形分布；圖9（b）為經(jīng)1 次打磨

10、拋光后，石墨連同它所包圍的金屬剝落，形成一個(gè)孔，但仍殘留少量金屬；圖9（c）為進(jìn)一步打磨拋光后小孔形體變小，但仍殘留一小塊金屬。2.3.3 石墨V 形或近似V 形分布剝落過(guò)程石墨呈V 形或近似V 形所包圍的金屬處于半島狀，在切削力作用下，易于同母體分離。圖10（a）為尚未剝落的初始態(tài)，圖中有3 個(gè)呈V 形或近似V 形分布的石墨區(qū)；圖10（b）為經(jīng)1 次打磨拋光后，近似V 形的3 區(qū)金屬剝落；圖10（c）為再次打磨拋光后，小孔內(nèi)充滿了污物1 區(qū)和2區(qū)未分離。2.3.4 石墨呈月牙形（或盤狀）分布剝落過(guò)程圖11（a）為未剝落成小孔的初始態(tài)，中部石墨很像大C 形，實(shí)際上它是由2 根石墨組成的，下部是

11、月牙形；圖11（b）為經(jīng)打磨拋光后，形成一個(gè)盤形小孔，另1 根石墨清晰可見(jiàn)。其實(shí)石墨呈U 形或拋物線狀分布的小孔形成過(guò)程也與此相似。圖12 為石墨呈U 形或拋物線狀分布，在切削力作用下，它所包圍的金屬即將剝落（已變色），拋物線外局部金屬出現(xiàn)了剝落。3 麻點(diǎn)狀小孔形成原因分析這種缺陷產(chǎn)生的原因包括內(nèi)因和外因兩方面。內(nèi)因主要是w（C）和w（Si）量偏高和鑄件冷速過(guò)慢；外因主要是切削用量偏大、刀具磨損及機(jī)床振動(dòng)等因素。3.1 w（C）和w（Si）量偏高w（C）和w（Si）量偏高，導(dǎo)致石墨粗大，容易出現(xiàn)這種麻點(diǎn)狀小孔。日本有些企業(yè)把限制這種“麻點(diǎn)”缺陷列為鑄件驗(yàn)收依據(jù)。某企業(yè)的檢查規(guī)格書中對(duì)FC350

12、、FC300、FC250、FC200（FC 相當(dāng)于中國(guó)HT）4 個(gè)牌號(hào)的“麻點(diǎn)”照片進(jìn)行排列比較，材料牌號(hào)由高到低，“麻點(diǎn)”數(shù)量由少到多，面積由小到大。3.2 鑄件冷卻速度緩慢鑄件冷卻速度緩慢也是形成這種缺陷的一個(gè)重要原因。試驗(yàn)中選用的試樣w（C）2.72%、w（Si）2.05%，應(yīng)當(dāng)比較適中或是偏低。通過(guò)對(duì)試樣進(jìn)行分析可知，試樣局部石墨粗大且密集分布，珠光體片間距>12 mm，表明冷速緩慢，如圖1316 所示。圖13 金相拋光面上的粗大石墨，3級(jí)；圖14 局部A 型石墨密集分布，是一種石墨魏氏組織1；圖15 為試樣的珠光體基體，在放大100 倍下觀察可看到局部珠光體的層片狀。圖16為放

13、大400 倍的顯微照片，珠光體片間距>12mm，屬中等片狀。3.3 切削用量偏高切削用量包括切削速度、進(jìn)刀量、切削深度三要素。這三要素關(guān)系到切削過(guò)程中切削力的大小。切削速度高、進(jìn)刀量大、切削深度深，都會(huì)使切削力加大，容易使石墨及其所包圍的金屬剝落?；诣T鐵的切屑屬粒狀切屑和崩碎切屑，當(dāng)切削用量超出正常規(guī)范時(shí)，沖擊力加大，并伴有振動(dòng)現(xiàn)象，易形成崩碎切屑，更易出現(xiàn)麻點(diǎn)，甚至連片狀石墨邊界都可能崩落。文獻(xiàn)1在推測(cè)麻點(diǎn)原因時(shí)認(rèn)為是切削速度太快、刀具狀態(tài)不良等原因。刀具如果過(guò)度磨損，將改變刀具的幾何形狀和角度，不僅使切削力加大，摩擦力劇增，并引起振動(dòng)，惡化加工表面。4 麻點(diǎn)狀小孔的預(yù)防措施4.1 降

14、低w（C）和w（Si）量C 和Si 都是強(qiáng)石墨化形成元素。降低w（C）和w（Si）量的目的是為了細(xì)化石墨。對(duì)于同一種牌號(hào)的灰鑄鐵鑄件，不同鑄件，選擇w（C）和w（Si）量應(yīng)按鑄件的大小和不同壁厚分檔，這是眾所周知的道理。但在實(shí)踐中有些工廠為了簡(jiǎn)化操作，執(zhí)行不到位，所有鑄件不分大小和壁厚，用同一爐或同一包鐵液澆注，這就很難保證鑄件質(zhì)量，很難確保大件壁厚部位沒(méi)有麻點(diǎn)狀小孔缺陷。4.2 加強(qiáng)孕育處理對(duì)一般企業(yè)而言，生產(chǎn)HT200 以上牌號(hào)的鑄件都進(jìn)行孕育處理，多用FeSi75，但該孕育劑的缺點(diǎn)是抗衰退能力差，1.5 min 內(nèi)孕育效果達(dá)到峰值，810 min 后衰退到原來(lái)狀態(tài)。為了預(yù)防衰退應(yīng)及時(shí)澆注，或改用抗衰退能力更強(qiáng)的硅鋇孕育劑，孕育效果可維持20 min，如果有條件最好采用隨流孕育。4.3 厚大部位放置冷鐵用冷鐵強(qiáng)化冷卻，可有效地細(xì)化共晶團(tuán)和石墨，使組織更加致密，預(yù)防麻點(diǎn)狀小孔出現(xiàn)。4.4 制訂合理的切削加工工藝一般金屬切削加工根據(jù)鑄件加工余量的大小，細(xì)分為粗加工、半精加工和精加工，以達(dá)到平整的加工表面。為