灰鑄鐵件加工面麻點(diǎn)狀小孔缺陷的分析及防止

灰鑄鐵件加工面麻點(diǎn)狀小孔缺陷的分析及防止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0.3mm以下的小孔組成，多產(chǎn)生在凝固過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，凝固過程中局部冷速過慢，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)生部位多在凝固過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0.2mm左右的小孔”。對(duì)圖1試樣金相觀察，這種缺陷是尺寸小于0.3mm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0.2mm的小孔（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、銑、铇、磨）過程中，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。孔也較多。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0.2~0.3mm的小孔；圖2（b）是0.1~0.2mm的小孔；圖2（c）是0.05~0.10mm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、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>1~2mm，表明冷速緩慢，如圖13~16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為放大400倍的顯微照片，珠光體片間距>1~2mm，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，1.5min內(nèi)孕育效果達(dá)到峰值，8~10min后衰退到原來狀態(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20min，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。為減少或消除麻點(diǎn)狀小孔，粗加工、半精加工的切削用量可以大一點(diǎn)，但精加工最后一刀必須謹(jǐn)慎，切削用量要小，刀具狀態(tài)要好，通過精加工把半精加工產(chǎn)生的微觀不平度和麻點(diǎn)去除，并盡可能少地產(chǎn)生新的小孔。如有條件，應(yīng)把粗加工和精加工的