一般說(shuō)來(lái)，球墨鑄鐵件產(chǎn)生縮孔、縮松的傾向比灰鑄鐵件大得多，防止收縮缺陷往往是工藝設(shè)計(jì)中十分棘手的問(wèn)題。在這方面，從實(shí)際生產(chǎn)中總結(jié)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)很不一致，各有自己的見(jiàn)解：有人認(rèn)為應(yīng)該遵循順序凝固的原則，在最后凝固的部位放置大冒口，以補(bǔ)充鑄件在凝固過(guò)程中產(chǎn)生的體積收縮；有人認(rèn)為球墨鑄鐵件只需要采用小冒口，有時(shí)不用冒口也能生產(chǎn)出健全的鑄件。

 

要在確保鑄件質(zhì)量的條件下最大限度地提高工藝出品率，僅僅依靠控制鑄鐵的化學(xué)成分是不夠的，必須在了解球墨鑄鐵凝固特性的基礎(chǔ)上，切實(shí)控制鑄鐵熔煉、球化處理、孕育處理和澆注作業(yè)的全過(guò)程，而且要有效地控制鑄型的剛度。

 

一、球墨鑄鐵的凝固特性

 

實(shí)際生產(chǎn)中采用的球墨鑄鐵，大多數(shù)都接近共晶成分。厚壁鑄件采用亞共晶成分，薄壁鑄件采用過(guò)共晶成分，但偏離共晶成分都不遠(yuǎn)。

 

共晶成分、過(guò)共晶成分的球墨鑄鐵，共晶凝固時(shí)都是先自液相中析出小石墨球。即使是亞共晶成分的球墨鑄鐵，由于球化處理和孕育處理后鐵液的過(guò)冷度增大，也會(huì)在遠(yuǎn)高于平衡共晶轉(zhuǎn)變溫度的溫度下先析出小石墨球。第一批小石墨球在1300℃甚至更高的溫度下就已形成。

 

在此后的凝固過(guò)程中，隨著溫度的降低，首批小石墨球有的長(zhǎng)大，有的再次溶入鐵液，同時(shí)也會(huì)有新的石墨球析出。石墨球的析出和長(zhǎng)大是在一個(gè)很寬的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的。

 

石墨球長(zhǎng)大時(shí)，其周圍的鐵液中碳含量降低，就會(huì)在石墨球的周圍形成包圍石墨球的奧氏體外殼。奧氏體外殼形成的時(shí)間與鑄件在鑄型中的冷卻速率有關(guān)：冷卻速率高，鐵液中的碳來(lái)不及擴(kuò)散均勻，形成奧氏體外殼就較早；冷卻速率低，有利于鐵液中的碳擴(kuò)散均勻，奧氏體外殼的形成就較晚。

 

奧氏體外殼形成以前，石墨球直接與碳含量高的鐵液直接接觸，鐵液中的碳易于向石墨球擴(kuò)散，使石墨球長(zhǎng)大。奧氏體外殼形成后，鐵液中的碳向石墨球的擴(kuò)散受阻，石墨球的長(zhǎng)大速度急劇下降。由于自鐵液中析出石墨時(shí)釋放的結(jié)晶潛熱多，約3600 J/g，自鐵液中析出奧氏體時(shí)釋放的結(jié)晶潛熱少，約200 J/g，在石墨球周圍形成奧氏體外殼、石墨球的長(zhǎng)大受阻，就會(huì)使結(jié)晶潛熱的釋放顯著減緩。在這種條件下，共晶凝固的進(jìn)行要靠進(jìn)一步降低溫度以產(chǎn)生新的晶核。因此，球墨鑄鐵的共晶轉(zhuǎn)變要在頗大的溫度范圍內(nèi)完成，其凝固的溫度范圍是灰鑄鐵的二倍或更多一些，具有典型的糊狀凝固特性。

 

簡(jiǎn)略說(shuō)來(lái)，球墨鑄鐵的凝固特性主要有以下幾方面。

 

1、凝固溫度范圍寬

 

從鐵－碳合金的平衡圖看來(lái)，在共晶成分附近，凝固的溫度范圍并不寬。實(shí)際上，鐵液經(jīng)球化處理和孕育處理后，其凝固過(guò)程偏離平衡條件很遠(yuǎn)，在共晶轉(zhuǎn)變溫度（1150℃）以上150℃左右，即開(kāi)始析出石墨球，共晶轉(zhuǎn)變終了的溫度又可能比平衡共晶轉(zhuǎn)變溫度低50℃左右。

 

凝固溫度范圍這樣寬的合金，以糊狀凝固方式凝固，很難使鑄件實(shí)現(xiàn)順序凝固。因此，按鑄鋼件的冒口設(shè)計(jì)原則，使鑄件實(shí)現(xiàn)順序凝固，在最后凝固的熱節(jié)部位設(shè)置大冒口的工藝方案不是很合適的。

 

由于在很高的溫度下即有石墨球析出，并發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，液－固兩相共存的時(shí)間很長(zhǎng)，鐵液凝固過(guò)程中同時(shí)發(fā)生液態(tài)收縮和凝固收縮。因此，要像鑄鋼件那樣，通過(guò)澆注系統(tǒng)和冒口比較充分地補(bǔ)充液態(tài)收縮也是不太可能的。

 

2、共晶轉(zhuǎn)變過(guò)程中石墨的析出導(dǎo)致體積膨脹

 

在共晶溫度附近，奧氏體的密度約為7.3g/cm3，石墨的密度約為2.15g/cm3。鑄件凝固過(guò)程中，石墨的析出會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的體積膨脹，大約每析出1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的石墨可產(chǎn)生3.4%的體積膨脹。

 

妥善地利用鑄鐵中的石墨化膨脹，可以有效地補(bǔ)償凝固過(guò)程中的體積收縮，在一定的條件下，可以不用冒口生產(chǎn)健全的鑄件。

 

應(yīng)該著重提出的是：灰鑄鐵和球墨鑄鐵都在共晶轉(zhuǎn)變過(guò)程中析出石墨、發(fā)生體積膨脹，但是，由于兩種鑄鐵中石墨形態(tài)和長(zhǎng)大的機(jī)制不同，石墨化膨脹對(duì)鑄鐵鑄造性能的影響也很不一樣。

灰鑄鐵共晶團(tuán)中的片狀石墨，與鐵液直接接觸的尖端優(yōu)先長(zhǎng)大，石墨長(zhǎng)大所發(fā)生的體積膨脹大部分作用于石墨尖端接觸的鐵液，有利于迫使其填充奧氏體枝間的空隙，從而使鑄件更為致密。

 

球墨鑄鐵中的石墨，是在奧氏體外殼包圍的條件下長(zhǎng)大的，石墨球長(zhǎng)大所發(fā)生的體積膨脹主要是通過(guò)奧氏體外殼作用在相鄰的共晶團(tuán)上，有可能將其擠開(kāi)，使共晶團(tuán)之間的空隙擴(kuò)大，也易于通過(guò)共晶團(tuán)作用在鑄型的型壁上，導(dǎo)致型壁運(yùn)動(dòng)。

 

3、鑄件凝固過(guò)程中石墨化膨脹易使鑄型發(fā)生型壁運(yùn)動(dòng)

 

球墨鑄鐵以糊狀凝固方式凝固，鑄件開(kāi)始凝固時(shí)，鑄型－金屬界面處的鑄件外表面層就比灰鑄鐵薄得多，而且增長(zhǎng)很慢，即使經(jīng)過(guò)了較長(zhǎng)的時(shí)間，表層仍然是強(qiáng)度低、剛度差的薄殼。內(nèi)部發(fā)生石墨化膨脹時(shí)，這種外殼不足以耐受膨脹力的作用下，就可能向外移動(dòng)。如果鑄型的剛度差，就會(huì)發(fā)生型壁運(yùn)動(dòng)而使型腔脹大。結(jié)果，不僅影響鑄件的尺寸精度，而且石墨化膨脹以后的收縮得不到補(bǔ)充，就會(huì)在鑄件內(nèi)部產(chǎn)生縮孔、縮松之類的缺陷。

 

 

4、共晶奧氏體中的碳含量高于灰鑄鐵

 

據(jù)美國(guó)R. W.Heine的研究報(bào)告，球墨鑄鐵共晶凝固過(guò)程中，奧氏體中的碳含量高于灰鑄鐵中奧氏體的碳含量

 

灰鑄鐵共晶凝固時(shí)，共晶團(tuán)中的石墨片既與奧氏體接觸，也與碳含量高的鐵液直接接觸，鐵液中的碳，除通過(guò)奧氏體向石墨擴(kuò)散外，也直接向石墨片擴(kuò)散，因而鐵液－奧氏體界面處奧氏體中的碳含量較低，約為1.55%左右。

 

球墨鑄鐵共晶凝固時(shí)，共晶團(tuán)中的石墨球只與奧氏體殼接觸，不與鐵液接觸，石墨球長(zhǎng)大時(shí)，鐵液中的碳都通過(guò)奧氏體殼向石墨球擴(kuò)散，因而，鐵液－奧氏體界面處奧氏體中的碳含量較高，可達(dá)到2.15%左右。

 

球墨鑄鐵共晶凝固時(shí)，奧氏體中的碳含量可能較高，在碳含量、硅含量相同的條件下，如保持同樣的冷卻速率，則析出的石墨量較少，因而，共晶凝固時(shí)的體積收縮會(huì)略大于灰鑄鐵。這也是球墨鑄鐵件較易產(chǎn)生縮孔、縮松缺陷的原因之一。凝固過(guò)程中保持較低的冷卻速率，是有利于石墨充分析出的因素。

 

在能使石墨化充分的條件下，共晶奧氏體中的碳含量（即碳在奧氏體中的最大固溶度）與鑄鐵中的硅含量有關(guān)，一般可按下式計(jì)算。

 

碳在奧氏體中的最大固溶度CＥ=2.045－0.178 Si

 

二、球墨鑄鐵件凝固過(guò)程中的體積變化

 

從鐵液澆注到鑄型中起，到共晶凝固終了、鑄件完全凝固，型腔內(nèi)的鑄鐵會(huì)發(fā)生液態(tài)收縮、析出初生石墨所致的體積膨脹、析出共晶奧氏體所致的凝固收縮、析出共晶石墨所致的體積膨脹等幾種體積變化。為便于說(shuō)明球墨鑄鐵凝固過(guò)程中的體積變化，需要參照?qǐng)D2所示的簡(jiǎn)略相圖。

 

1、鐵液的液態(tài)收縮

 

鐵液進(jìn)入鑄型后，隨著溫度的降低，即發(fā)生體積收縮。鐵液的液態(tài)收縮量，會(huì)因其化學(xué)成分和處理?xiàng)l件而有所不同，但通常對(duì)此都予以忽略，一般都按溫度每降低100℃體積收縮1.5%考慮。發(fā)生液態(tài)收縮的溫度范圍，按自澆注溫度降到平衡共晶轉(zhuǎn)變溫度（1150℃）計(jì)算。球墨鑄鐵件以幾種不同澆注溫度澆注時(shí)，液態(tài)收縮量見(jiàn)表1。

 

表1 以不同溫度澆注時(shí)球墨鑄鐵件的液態(tài)收縮量

 

澆注溫度   （℃）	1400	1350	1300
液態(tài)收縮量 （%）	3.75	3.00	2.25

 

2、析出初生石墨所致的體積膨脹

 

雖然亞共晶球墨鑄鐵在液相線溫度以上也會(huì)析出小石墨球，但其量很少，通常都忽略不計(jì)。

 

前面已經(jīng)提到，每析出1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的石墨可產(chǎn)生3.4%的體積膨脹，因此，析出初生石墨所致的體積膨脹等于3.4G初。

 

幾種碳、硅含量不同的球墨鑄鐵析出初生石墨所致的體積膨脹見(jiàn)表2。

 

析出初生石墨雖然能彌補(bǔ)鑄鐵凝固過(guò)程中的液態(tài)收縮，但對(duì)于壁厚40mm以上的鑄件，容易產(chǎn)生石墨夾渣或石墨漂浮等缺陷。在這種情況下，應(yīng)特別注意控制碳、硅含量。

 

表2 幾種球墨鑄鐵析出初生石墨所致的體積膨脹

 

鑄鐵的碳含量  （%）	3.6	3.5	3.6	3.7	3.6	3.7	3.8
鑄鐵的硅含量  （%）	2.2	2.4	2.4	2.4	2.6	2.6	2.6
共晶碳含量CC  （%）	3.54	3.47	3.47	3.47	3.40	3.40	3.40
初生石墨析出量G初  （%）	0.06	0.03	0.13	0.24	0.21	0.31	0.41
析出初生石墨所致的體積膨脹 （%）	0.21	0.10	0.44	0.82	0.71	1.05	1.39

 

3、析出共晶奧氏體所致的體積收縮

 

計(jì)算析出共晶奧氏體所致的體積收縮，要考慮共晶液相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以下簡(jiǎn)稱‘共晶液相量’）、液態(tài)收縮量、自單位共晶液相析出的共晶奧氏體量和凝固收縮量。液態(tài)收縮量的計(jì)算已見(jiàn)前述。由共晶液相析出奧氏體的凝固收縮一般按3.5%計(jì)。

 

幾種碳、硅含量不同的球墨鑄鐵析出共晶奧氏體所致的體積收縮量見(jiàn)表3。

 

表3 幾種球墨鑄鐵析出共晶奧氏體所致的體積收縮

 

鑄鐵的碳含量（%）	3.6	3.5	3.6	3.7	3.6	3.7	3.8
鑄鐵的硅含量（%）	2.2	2.4	2.4	2.4	2.6	2.6	2.6
共晶液相量  （%）	99.94	99.97	99.87	99.76	99.79	99.69	99.59
單位共晶液相中析出的奧氏體量   （%）	～98.1
1400℃澆注時(shí)奧氏體的體積收縮量  （%）	3.30	3.30	3.30	3.30	3.30	3.29	3.29
1350℃澆注時(shí)奧氏體的體積收縮量  （%）	3.33	3.33	3.33	3.32	3.32	3.32	3.32
1300℃澆注時(shí)奧氏體的體積收縮量  （%）	3.35	3.35	3.35	3.35	3.35	3.34	3.34

 

4、析出共晶石墨所致的體積膨脹

 

計(jì)算析出共晶石墨所致的體積膨脹，要考慮共晶液相量、液態(tài)收縮量、自單位共晶液相析出的石墨量和析出石墨時(shí)的體積膨脹量。液態(tài)收縮量的計(jì)算已見(jiàn)前述。每析出1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的石墨可產(chǎn)生3.4%的體積膨脹。

 

幾種碳、硅含量不同的球墨鑄鐵析出共晶石墨所致的體積膨脹量見(jiàn)表4。

 

表4 幾種球墨鑄鐵析出共晶石墨所致的體積膨脹

 

鑄鐵的碳含量（%）	3.6	3.5	3.6	3.7	3.6	3.7	3.8
鑄鐵的硅含量（%）	2.1	2.3	2.3	2.3	2.5	2.5	2.5
單位共晶液相中析出的石墨量  （%）	～1.9
1400℃澆注時(shí)石墨的體積膨脹量   （%）	6.21	6.21	6.21	6.20	6.20	6.20	6.19
1350℃澆注時(shí)奧氏體的體積收縮量  （%）	6.26	6.26	6.26	6.25	6.25	6.25	6.24
1300℃澆注時(shí)奧氏體的體積收縮量  （%）	6.31	6.31	6.31	6.30	4.30	6.30	6.29

 

5、幾種常用球墨鑄鐵凝固過(guò)程中體積變化的總體情況

 

根據(jù)以上對(duì)液態(tài)收縮、析出初生石墨的體積膨脹、析出共晶奧氏體所致的體積收縮、析出共晶石墨所致的體積膨脹所作的分析，前面所說(shuō)的7種常用的球墨鑄鐵，鐵液在不同的溫度下澆注時(shí)，鑄件凝固過(guò)程中的體積變化的總體情況見(jiàn)表5。

 

表5 幾種球墨鑄鐵自不同澆注溫度冷卻到凝固終了的體積變化

 

鑄鐵的基本成分
碳含量（%）	3.6		3.5	3.6		3.7	3.6	3.7	3.8
硅含量（%）	2.1		2.3	2.3		2.3	2.5	2.5	2.5
共晶碳含量CC（%）	3.56		3.49	3.49		3.49	3.43	3.43	3.43
共晶奧氏體中的碳含量CE %）	1.65		1.58				1.53
澆注溫度1400℃
液態(tài)收縮量（%）		－3.75
析出初生石墨的體積膨脹 （%）		＋0.21	＋0.10		＋0.44	＋0.82	＋0.71	＋1.05	＋1.39
析出共晶奧氏體的體積收縮（%）		－3.30	－3.30		－3.30	－3.30	－3.30	－3.29	－3.29
析出共晶石墨的體積膨脹 （%）		＋6.21	＋6.21		＋6.21	＋6.20	＋6.20	＋6.20	＋6.19
總體體積變化（%）		－0.63	－0.74		－0.40	－0.03	－0.14	－0.21	＋0.54
澆注溫度1350℃
液態(tài)收縮量 （%）		－3.00
析出初生石墨的體積膨脹 （%）		＋0.21	＋0.10		＋0.44	＋0.82	＋0.71	＋1.05	＋1.39
析出共晶奧氏體的體積收縮（%）		－3.33	－3.33		－3.33	－3.32	－3.32	－3.32	－3.32
析出共晶石墨的體積膨脹 （%）		＋6.26	＋6.26		＋6.26	＋6.25	＋6.25	＋6.25	＋6.24
總體體積變化（%）		＋0.14	＋0.03		＋0.37	＋0.75	＋0.64	＋0.98	＋1.31
澆注溫度1300℃
液態(tài)收縮量（%）		－2.25
析出初生石墨的體積膨脹 （%）		＋0.21	＋0.10		＋0.44	＋0.82	＋0.71	＋1.05	＋1.39
析出共晶奧氏體的體積收縮（%）		－3.35	－3.35		－3.35	－3.35	－3.35	－3.34	－3.34
析出共晶石墨的體積膨脹 （%）		＋6.31	＋6.31		＋6.31	＋6.30	＋6.30	＋6.30	＋6.29
總體體積變化（%）		＋0.92	＋0.81		＋1.15	＋1.52	＋1.41	＋1.76	＋2.09

注：符號(hào)“＋”表示體積增加，符號(hào)“－”表示體積減少。

 

由表5中的資料可見(jiàn)，對(duì)于常用的幾種球墨鑄鐵，保持澆注溫度在1350℃以下，在鑄型不發(fā)生型壁運(yùn)動(dòng)的條件下，鑄件凝固過(guò)程中因石墨化而致的體積膨脹可以彌補(bǔ)液態(tài)收縮和凝固收縮，因而有可能在不設(shè)置冒口的條件下生產(chǎn)健全的鑄件。在澆注溫度為1400℃時(shí)，如鑄鐵選取較高的碳當(dāng)量，石墨化膨脹也可以彌補(bǔ)各種體積收縮，但這種方式只適用于薄壁鑄件，壁較厚的鑄件容易發(fā)生石墨夾渣和石墨漂浮缺陷。

 

但是，表5中所列的資料是根據(jù)平衡狀態(tài)圖求得的，是以‘可能析出的碳’在凝固過(guò)程中完全以石墨結(jié)晶析出為前提的。實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)然要以有效的球化和孕育處理為基礎(chǔ)，充分的石墨化至關(guān)重要。對(duì)于冷卻速率高的鑄件、薄壁鑄件，由于共晶凝固時(shí)石墨化不充分，析出共晶石墨所致的體積膨脹小于上述由計(jì)算得到的數(shù)值，仍然易于產(chǎn)生縮孔、縮松之類的缺陷。

 

同時(shí)，鑄型的剛度也是十分重要的影響因素。如果鑄型的剛度不高，石墨化膨脹時(shí)發(fā)生型壁運(yùn)動(dòng)，則膨脹后的收縮得不到補(bǔ)充，鑄件內(nèi)部就會(huì)有縮孔、縮松等缺陷。

 

三、實(shí)現(xiàn)無(wú)冒口鑄造的條件

 

鑄件自澆注完畢到凝固終了的過(guò)程中，會(huì)發(fā)生液態(tài)收縮和凝固收縮，而且，由于球墨鑄鐵以糊狀凝固方式凝固，液態(tài)收縮很難由澆注系統(tǒng)得到充分的補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)無(wú)冒口鑄造，就是要由石墨結(jié)晶析出時(shí)的體積膨脹補(bǔ)償鑄鐵的液態(tài)收縮和凝固收縮。為此，必須具備以下條件。

 

1、鐵液的冶金質(zhì)量良好

 

一般情況下，碳當(dāng)量以選取4.3或4.4為好，薄壁鑄件可適當(dāng)提高碳當(dāng)量。為使結(jié)晶析出的石墨量較多，如保持碳當(dāng)量相同，則提高碳含量比提高硅含量會(huì)更為有利。

 

應(yīng)嚴(yán)格控制球化處理作業(yè)，在確保石墨完全球化的條件下，盡可能地降低殘留鎂量，殘留鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最好保持在0.06%左右。

 

孕育處理應(yīng)充分。除與球化處理同時(shí)進(jìn)行的孕育處理外，澆注時(shí)還應(yīng)進(jìn)行瞬時(shí)孕育。薄壁鑄件，最好在鐵液出爐前予以預(yù)孕育處理。

 

2、鑄件凝固時(shí)的冷卻速率不能太高

 

如果鑄件的冷卻速率太高，凝固過(guò)程中石墨不能充分析出，石墨化膨脹就不足以補(bǔ)償鑄鐵的收縮，因而不能實(shí)現(xiàn)無(wú)冒口鑄造。

 

3、低溫澆注

為減少液態(tài)收縮，澆注溫度最好控制在1350℃以下，通常宜為1320±20℃。

 

4、采用薄片狀內(nèi)澆口

 

為避免石墨化膨脹時(shí)將鐵液自內(nèi)澆口擠出，必須使內(nèi)澆口在鐵液充滿鑄型后迅速凝固，因此，采用無(wú)冒口鑄造方案時(shí)，應(yīng)采用薄而寬的內(nèi)澆口，其寬度與厚度之比一般為4～5。內(nèi)澆口厚度的選定，還應(yīng)考慮澆注溫度，澆注過(guò)程中內(nèi)澆口不應(yīng)凝固。

 

5、提高鑄型的剛度

 

為避免石墨化膨脹時(shí)型腔脹大，提高鑄型剛度是保證鑄件質(zhì)量的重要條件之一。無(wú)論采用粘土濕砂造型、或各種自硬砂造型，不管怎樣強(qiáng)調(diào)“舂實(shí)”都不會(huì)過(guò)分。

 

用自硬砂制造較大的鑄件時(shí)，與鑄件上某些肥厚部位相應(yīng)的鑄型表面，應(yīng)該放置冷鐵或石墨塊。冷鐵和石墨塊，當(dāng)然有激冷作用，但也應(yīng)對(duì)其提高鑄型剛度的作用有正確的認(rèn)識(shí)。有的情況下，用耐火磚代替冷鐵或石墨塊，其作用主要就是提高鑄型剛度了。

 

四、采用高剛度鑄型時(shí)冒口的設(shè)置原則

 

采用各種自硬砂造型工藝、殼型工藝或組芯造型工藝生產(chǎn)球墨鑄鐵件時(shí)，鑄型的剛度較高，便于利用石墨化膨脹補(bǔ)充鑄鐵的液態(tài)收縮和凝固收縮，如控制得當(dāng)，就有可能采用無(wú)冒口工藝生產(chǎn)健全的鑄件。如果由于各種原因不宜采用無(wú)冒口工藝，則可采用細(xì)頸冒口。

 

1、無(wú)冒口的鑄造工藝

 

在鑄型剛度高、鐵液冶金質(zhì)量良好的條件下，保持鑄件的冷卻速率較低，使石墨能充分地結(jié)晶析出，是實(shí)現(xiàn)無(wú)冒口鑄造的重要條件。

 

根據(jù)日本後藤等人的研究報(bào)告，球墨鑄鐵件的凝固時(shí)間在20min以上，石墨的析出量就能達(dá)到飽和值。

 

S. I. Karsay認(rèn)為：鑄件的平均模數(shù)不小于25mm是實(shí)現(xiàn)無(wú)冒口鑄造的條件之一。具體說(shuō)來(lái)，板狀鑄件的平均壁厚應(yīng)不小于50mm。

 

後藤等人和Karsay的意見(jiàn)表述方式不同，從對(duì)冷卻速率的分析看來(lái)，實(shí)際上是一致的。

 

在鐵液的冶金質(zhì)量良好（如采用預(yù)孕育處理或動(dòng)態(tài)孕育處理等措施）的條件下，有些壁較薄的鑄件也可以實(shí)現(xiàn)無(wú)冒口鑄造。

 

采用無(wú)冒口鑄造工藝時(shí)，澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可參考以下意見(jiàn)。

 

（1）關(guān)于橫澆道

橫澆道以大一些、高一些為好。一般說(shuō)來(lái)，直澆口截面積、橫澆道截面積、內(nèi)澆口截面積三者之比可以取4:8:3。橫澆道截面高度與寬度之比可以取（1.8～2）:1。

采用這種方式，澆注系統(tǒng)補(bǔ)充鑄件液態(tài)收縮的作用較好。

 

（2）關(guān)于內(nèi)澆口

為防止型腔內(nèi)鑄件石墨化時(shí)體積膨脹產(chǎn)生的壓力使鐵液自內(nèi)澆口倒流入澆注系統(tǒng)，必須采用薄片狀內(nèi)澆口，其厚度的選定，以確保澆注過(guò)程中內(nèi)澆口不會(huì)凝固、型腔充滿后很快凝固為原則。一般說(shuō)來(lái)，內(nèi)澆口截面厚度與寬度之比可以取1:4。

 

由于內(nèi)澆口薄、截面積小，為保證快速充滿型腔，較大鑄件應(yīng)設(shè)多個(gè)內(nèi)澆口。這樣，還有均衡鑄件溫度、減少熱點(diǎn)的效果。

 

2、采用細(xì)頸冒口

 

如果有以下情況，采用無(wú)冒口鑄造方案不能保證鑄件質(zhì)量，就可以考慮采用細(xì)頸冒口：

l 鑄件的壁較薄，凝固過(guò)程中石墨化不充分；

l 鑄件上有分散的熱節(jié)點(diǎn)，而且又不允許內(nèi)部存在縮松缺陷；

l 澆注溫度較高（超過(guò)1350℃）。

 

細(xì)頸冒口的主要作用是為鑄件的液態(tài)收縮提供部分補(bǔ)充，以得到?jīng)]有縮孔、縮松的鑄件。與鑄件連接的細(xì)頸，應(yīng)在鑄件開(kāi)始凝固前凝固，以免石墨化膨脹時(shí)鐵液進(jìn)入冒口。冒口頸與鑄件連接處厚度最小，在通向冒口的過(guò)渡段逐步增厚，以利于向鑄件補(bǔ)充鐵液。

 

冒口頸的厚度一般可以是鑄件補(bǔ)縮部位厚度的0.4～0.6。

 

可能的話，最好使橫澆道與冒口連接，鐵液通過(guò)冒口頸充型，不設(shè)置內(nèi)澆口。

 

五、采用粘土濕砂型時(shí)冒口的設(shè)置原則

 

粘土濕砂型的剛度較差，易于因型壁運(yùn)動(dòng)而致型腔體積脹大，型腔體積的脹大受多種因素的影響，如型砂的質(zhì)量、鑄型的緊實(shí)程度、澆注溫度、型腔內(nèi)鐵液的靜壓頭等，實(shí)際體積脹大量可在2～8%之間。

 

既然型腔的體積脹大量差別甚大，設(shè)置冒口的原則當(dāng)然視具體情況而有所不同。

 

1、薄壁鑄件

壁厚在8mm以下的鑄件，一般不會(huì)發(fā)生明顯的型壁運(yùn)動(dòng)，鐵液充滿鑄型后的液態(tài)收縮也不太大，可采用無(wú)冒口鑄造工藝。澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可參照前節(jié)所述。

 

2、壁厚8～12mm的鑄件

這一類鑄件，如果壁厚均勻，又沒(méi)有大的熱節(jié)，只要嚴(yán)格控制低溫澆注，也可以采用無(wú)冒口鑄造工藝。

 

如果有熱節(jié)，而且內(nèi)部不允許存在縮孔、縮松，就應(yīng)該按照熱節(jié)的尺寸設(shè)置細(xì)頸冒口。

 

3、壁厚在12mm以上的鑄件

用粘土濕砂型生產(chǎn)這樣的鑄件，型壁運(yùn)動(dòng)相當(dāng)大，要制造內(nèi)部無(wú)缺陷的鑄件是比較困難的。制定工藝方案時(shí)，可先考慮采用細(xì)頸冒口，并嚴(yán)格控制低溫澆注。如果用這種方案不能解決問(wèn)題，就得設(shè)計(jì)專用的冒口。

 

用粘土濕砂型生產(chǎn)球墨鑄鐵件，如果要設(shè)置冒口，最好能做到：

l 采用薄型內(nèi)澆口，使其在鑄型充滿后凝固。內(nèi)澆口凝固后，鑄件與冒口組成一個(gè)整體，與澆注系統(tǒng)不相連；

l 鑄件發(fā)生液態(tài)收縮時(shí)，冒口向鑄件補(bǔ)充鐵液；

l 鑄件發(fā)生石墨化膨脹時(shí)，鐵液流向冒口，釋放型腔內(nèi)的壓力。減輕其對(duì)鑄型壁的作用；

l 鑄件本體石墨化膨脹后發(fā)生二次收縮時(shí)，冒口又可向鑄件提供補(bǔ)縮的鐵液。

 

說(shuō)起來(lái)好像并不復(fù)雜，但是，實(shí)際上設(shè)計(jì)冒口必須考慮很多影響因素，而且，迄今為止，還未見(jiàn)到行之有效的具體方案，更沒(méi)有便于利用的成套數(shù)據(jù)。生產(chǎn)中，要兼顧鑄件質(zhì)量和工藝出品率，往往不得不進(jìn)行探索和試驗(yàn)。

 

關(guān)于冒口的設(shè)計(jì)，可參考以下兩種方式。

 

（1）頂冒口

美國(guó)的R. W..Heine，對(duì)用粘土濕砂型生產(chǎn)球墨鑄鐵件的冒口設(shè)置問(wèn)題，曾進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)的研究，提出了多種工藝方案以適用于不同的條件，包括無(wú)冒口鑄造工藝、壓邊冒口工藝和頂冒口工藝。

 

在鑄件的兩個(gè)熱節(jié)之間設(shè)置一個(gè)頂冒口，借助于冒口的熱影響，使冒口下方較薄處的溫度提高，冒口可通過(guò)此處向兩個(gè)熱節(jié)補(bǔ)充鐵液。

 

鑄件發(fā)生石墨化膨脹時(shí)，鐵液可通過(guò)隔片的孔流向冒口，釋放型腔內(nèi)的壓力，型腔的脹大很少。

 

鑄件石墨化膨脹后發(fā)生二次收縮時(shí)，冒口中的壓頭可使其中的鐵液流向鑄件，起補(bǔ)縮作用。

 

冒口與鑄件之間加一隔片，是為了便于落砂后敲下冒口。

 

2、控制壓力冒口

 

控制壓力冒口是S. I. Karsay提出的，其作用的機(jī)制與Heine的頂冒口相同，結(jié)構(gòu)方面則是在鑄件頂部的側(cè)面設(shè)置一個(gè)冒口頸截面尺寸較大的暗冒口。

 

鑄型的型腔充滿后，薄型內(nèi)澆口凝固，鑄件和暗冒口成為一個(gè)相通的整體，鑄型－金屬界面處凝結(jié)一層不太堅(jiān)固的薄殼，形成了與外界隔離的體系。

 

鑄件發(fā)生石墨化膨脹前的液態(tài)收縮，由冒口向鑄件輸送鐵液補(bǔ)充。

 

鑄件發(fā)生石墨化膨脹時(shí)，鐵液流向冒口釋放壓力，石墨化膨脹后期，體系內(nèi)的壓力略高于大氣壓，但不足以超過(guò)薄殼和濕砂型的承載能力，不至于產(chǎn)生型壁運(yùn)動(dòng)。

 

石墨化膨脹后二次收縮時(shí)，體系內(nèi)的壓力仍略高于大氣壓，因而可使鑄件內(nèi)部不產(chǎn)生縮孔、縮松之類的缺陷。

 

因?yàn)樵O(shè)置這種冒口的用意是：鑄件石墨化膨脹時(shí)，體系內(nèi)的壓力不致過(guò)高，可避免粘土濕砂型的型壁運(yùn)動(dòng)；二次收縮時(shí)，體系內(nèi)又能保持略高于大氣壓的壓力，可避免鑄件產(chǎn)生收縮缺陷。所以，稱之為控制壓力冒口。