<一>、球墨鑄鐵生產(chǎn)工藝

凝固過程體積變化和壓力損失是鑄件縮松缺陷產(chǎn)生的直接原因。由于球墨鑄鐵的凝固過程既有金屬液態(tài)收縮又有石墨化膨脹，既有初生階段體積變化又有共晶階段體積變化，所以球墨鑄鐵縮松產(chǎn)生的機(jī)理研究更顯復(fù)雜。雖然有學(xué)者對球墨鑄鐵凝固過程的體積變化作了大量研究，但由于試驗(yàn)條件和方法不同得出的結(jié)論不甚一致。提出的體積變化計(jì)算模型(動態(tài)膨脹收縮疊加法)綜合考慮了球墨鑄鐵凝固過程中的各個(gè)階段，可以比較準(zhǔn)確得出體積變化。凝固過程壓力損失目前還沒有準(zhǔn)確計(jì)算模型。

但是將壓力項(xiàng)引入到鑄件縮松預(yù)測判據(jù)中，且比Niyama判據(jù)更的縮松預(yù)測圖形。這充分說明凝固過程壓力損失是縮松產(chǎn)生的主要因素之一。球墨鑄鐵體積變化和壓力損失由球鐵鑄件生產(chǎn)的工藝決定。影響縮松產(chǎn)生的主要工藝因素有化學(xué)成分、孕育程度、模數(shù)及鑄型強(qiáng)度等。

殘余鎂量高時(shí)，球鐵縮孔縮松傾向大的觀點(diǎn)已經(jīng)普遍認(rèn)同?？s孔縮松缺陷的形成，主要與鎂在組織中分布不均和較大白口傾向有關(guān)。鎂主要富集于珠光體和碳化物中，而該區(qū)是成分偏析和共晶凝固的區(qū)域，也是縮孔縮松危發(fā)區(qū)，鎂的偏析，尤其是鎂夾雜的富集為縮孔縮松形成創(chuàng)造了條件。

<二>、球墨鑄鐵的微觀凝固過程

從20世紀(jì)80年代開始，很多學(xué)者對球墨鑄鐵的微觀凝固過程提出新的認(rèn)識，包括：①亞共晶球墨鑄鐵，先析出初生奧氏體。共晶球墨鑄鐵，在非平衡凝固條件下，首先析出初生奧氏體。過共晶球墨鑄鐵則首先析出初生石墨球。②共晶結(jié)晶時(shí)，發(fā)生離異共晶。共晶奧氏體與石墨球分別單獨(dú)形核。③初生枝晶和暈圈枝晶交替生長，促成石墨球周圍奧氏體殼形成。奧氏體以石墨生長面為襯底形核、生長，在初生石墨球周圍形成環(huán)狀封閉奧氏體殼。④由于石墨漂浮、枝晶下沉及熔體對流等原因，石墨球與奧氏體發(fā)生碰撞，形成共晶晶粒?；谶@些新的認(rèn)識，可以將球墨鑄鐵的微觀凝固過程近似表述為，當(dāng)溫度下降到液相線溫度以下某一溫度時(shí)，亞共晶球墨鑄鐵有初生奧氏體枝晶、共晶和過共晶球墨鑄鐵有初生石墨球在液相中析出。共晶結(jié)晶時(shí)，共晶奧氏體與石墨球分別單獨(dú)形核。

石墨球在液體中自由長大到尺寸后，在石墨球外圍形成奧氏體暈圈。同時(shí)奧氏體按枝晶狀方式生長，并逐漸在枝晶旁析出石墨球。石墨球與奧氏體枝晶的碰撞與接觸形成共晶晶粒，石墨球被奧氏體包圍。碳原子通過奧氏體殼向石墨球擴(kuò)散，石墨球顯著長大。隨著溫度降低，石墨-奧氏體共晶晶粒不斷長大，游離奧氏體也會自由生長。當(dāng)所有液相變成固相后，凝固結(jié)束。對球墨鑄鐵凝固過程的認(rèn)識建立在球墨鑄鐵屬于離異共晶以及熔液內(nèi)存在運(yùn)動兩個(gè)事實(shí)的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)奧氏體枝晶的單獨(dú)存在和它在凝固過程中的作用。采用著色腐蝕技術(shù)，金相顯示了球墨鑄鐵縮松區(qū)中奧氏體枝晶的組織形貌，分析了球鐵縮松的形成機(jī)制。研究表明，奧氏體枝晶對縮松缺陷的類型及形成機(jī)制具有顯著影響?？梢?，縮松形成于上述形成過程的階段，枝晶形成骨架后，凝固較早的區(qū)域?qū)嶂行牡漠惖爻槲后w流動是球鐵縮松形成的主要原因。并且，隨冷卻速度增大，枝晶析出量增大，而石墨析出量減小，共晶前期凝固收縮增大，縮松傾向也增大。指出宏觀縮松常常出現(xiàn)在枝晶晶簇間隙，產(chǎn)生于共晶凝固前期樹枝晶骨架形成后，是異地凝固收縮造成對熱節(jié)中心(厚壁處)鐵液抽吸流動的結(jié)果；微觀縮松是于凝固末期，晶簇間隙中的凝固收縮得不到補(bǔ)償而產(chǎn)生的微小孔洞；枝晶數(shù)量增多，形態(tài)趨于發(fā)達(dá)，液態(tài)金屬異地抽吸作用增強(qiáng)，易于形成宏觀縮松；反之，枝晶數(shù)量減少，形態(tài)粗壯，傾向于形成顯微縮松。