灰铁铸件缩松的根本原因是热不平衡所致,主要发生在铸件的厚大中部位、几何热节处、不同壁厚的交接处和浇口根部。这些区域因热量过多导致凝固延迟,无法得到充分补缩而产生缩松。此外,铸造工艺设计不合理、浇注温度过高、铸型材料蓄热能力差、铸型紧实度低等因素也会加剧缩松缺陷。
合理的工艺设计是解决缩松的关键。内浇道应设置在铸件相对薄壁处,数量多且分散,使厚壁处率先凝固而薄壁处后凝固,实现均衡凝固。对于壁厚均匀的铸件,可采用多个内浇道和出气孔,以均衡整体热量。冒口设计应优先选择热冒口并远离热节,避免形成"热上加热"效应。此外,浇注系统应采用低温快烧和开式设计,使金属液快速平稳充满铸型。
适当提高碳当量可增强石墨化膨胀的自补缩能力,经验公式为C%+1/7Si%≈3.9%。控制磷含量低于0.08%,减少凝固区间扩大导致的缩松倾向。加强孕育处理能促进A型石墨形成,细化基体组织,提高灰铁铸件致密性。对于合金灰铸铁,需注意Cr、Ni等元素会促进初生奥氏体枝晶发达,增加缩松风险。
在灰铁铸件厚大部位使用冷铁可加速局部冷却,实现顺序凝固。冷铁厚度一般为热节直径的0.6倍,采用HT200材质并保持表面清洁干燥。
降低浇注温度(但不宜过低)可减少液态收缩,同时采用倾斜浇注使冒口位于最高处增强补缩。铸型需保证足够的紧实度(表面硬度≥90)和砂箱刚度,以抵抗石墨化膨胀造成的型壁迁移。对于球墨铸铁,要控制残余镁量在0.035%-0.05%之间,过高会增加收缩倾向。