1 球墨铸铁的凝固特性 球墨铸铁和灰铸铁的凝固方式不同，是因为球状石墨和片状石墨的生长方式不同。

在低共晶灰铸铁中，石墨开始在原生奥氏体边缘析出。石墨片的两侧被奥氏体包围，并从奥氏体中吸收石墨使其变厚。石墨片的尖端位于液体中。它通过吸收石墨生长。

在球墨铸铁中，由于石墨是球形的，石墨球在析出后开始吸收周围的石墨。由于 w(C) 量减少，周围的液体变成固态奥氏体并包围石墨球；在奥氏体的包围下，能从奥氏体中吸收的碳相对有限，而液体中的碳通过固体缓慢扩散到石墨球中，奥氏体的包围限制了它的生长；因此，即使球墨铸铁的碳当量远高于灰铸铁，球墨铸铁的石墨化也更加困难，因此没有足够的石墨化膨胀来抵消凝固收缩；因此球墨铸铁容易产生缩孔。

此外，包裹石墨球的奥氏体层厚度一般是石墨球直径的 1.4 倍。也就是说，石墨球越大，奥氏体层越厚，液体中的碳就越难通过奥氏体转移到石墨球上。大[1]。

低硅球墨铸铁容易出现白口的根本原因还在于球墨铸铁的凝固方式。如上所述，由于球墨铸铁的石墨化困难，石墨化产生的结晶潜热没有足够的时间释放到铸型中，增加了过冷度，石墨来不及析出形成胶结物。此外，球墨铸铁具有生长快、下降快的特点，这也是极易出现过冷的因素之一[1]。

2 无冒口铸造球墨铸铁的条件

从球墨铸铁的凝固特点不难看出，球墨铸铁件实现无冒口铸造的难度较大。笔者根据多年的生产实践经验，对球墨铸铁实现无冒口铸造工艺所需的条件进行了一些归纳和总结，在此与同仁分享。

2.1 铁水成分的选择

2.1. 1 碳当量 (CE)

在相同条件下，微小的石墨容易溶解在铁水中，不易长大；随着石墨的长大，石墨的生长速度也变快，因此原生石墨在铁水中共晶之前产生，对促进共晶凝固石墨化非常有利。具有过共晶成分的铁水可以满足这样的条件，但过高的 CE 值会导致石墨在共晶凝固前长大，当长大到一定尺寸时，石墨开始上浮，造成石墨上浮缺陷。此时，石墨化引起的体积膨胀只会导致铁水液面上升，不仅对铸件的进料没有意义，而且由于石墨在液态时吸收了大量的碳，在共晶凝固时会导致铁水凝固。介质中低含量的 w(C) 无法产生足够的共晶石墨，也无法抵消共晶凝固造成的收缩。实践证明，将 CE 值控制在 4.30% 和 4.50% 之间是最理想的。50%.

2.1. 2 硅 (Si)

一般认为，在 Fe-C-Si 合金中，Si 是一种石墨化元素，大量的 w（Si）有利于石墨化扩展，可以减少缩孔的发生。很少有人知道 Si 会阻碍共晶凝固石墨化。因此，无论从喂料还是防止碎裂石墨产生的角度来看，只要能通过强化接种等措施防止白口，就必须尽可能减少 w（Si）的用量。

2.1.3 碳 (C)

在合理的 CE 值条件下，尽可能增加 w(C) 的用量。事实证明，球墨铸铁的 w(C) 含量控制在 3. 60%~3. 70%，铸件的收缩率最小。

2.1.4 硫 (S)

S 是阻碍石墨球化的主要元素。球化的主要目的是去除 S。然而，球墨铸铁的快速生长和衰退与 w (S) 的低含量有直接关系，因此需要适量的 w (S)。w(S) 的量可控制在 0. 015% 左右，并可利用 MgS 的成核效应来增加石墨芯颗粒，从而增加石墨球的数量，减少衰退[2]。

2.1. 5 镁 (Mg)

镁也是一种阻碍石墨化的元素，因此在球化率能达到 90% 以上的前提下，镁的含量应尽可能低。在原铁水 w(O)和 w(S)不高的条件下，残余 w(Mg)含量控制在 0. 03%~0. 04% 是最理想的。

2.1. 6 其他要素

锰、钾、铬和其他阻碍石墨化的元素尽可能少。

注意微量元素（如 Ti）的影响。当 w（Ti）的含量较低时，它是一种强烈促进石墨化的元素。同时，Ti 是一种形成碳化物的元素，也是一种影响球化和促进蛭石石墨生成的元素。因此，w（Ti）的含量越低越好。笔者所在的公司曾经有一套非常成熟的非冒口铸造工艺。由于原材料暂时短缺，公司使用了 w（Ti）含量为 0.1%的生铁。生产出的铸件不仅表面有缩孔，而且在加工后内部也出现了集中类型。缩孔。

总之，纯净的原材料有利于提高球墨铸铁的自进料能力。

2.2 浇注温度

实验表明，球墨铸铁的浇注温度从 1 350 ℃ 到 1500 ℃，对铸件的缩孔体积无明显影响，但缩孔形态逐渐从集中型过渡到分散型。随着浇注温度的升高，石墨球的尺寸逐渐增大，石墨球的数量逐渐减少。因此，没有必要要求过低的浇注温度。只要模具足够坚固，能够抵抗铁水的静压力，浇注温度就可以高一些。铁水用于加热模具，以降低共晶凝固过程中的过冷度，从而使石墨化有足够的时间进行。但浇注速度应尽可能快，以尽量减少铁水在模具中的温差[3]。

2.3 冷铁

根据笔者使用冷烫的经验和上述理论分析，冷烫可以消除收缩缺陷的说法并不准确。一方面，局部使用冷铁（如穿孔件）只能转移收缩型腔而不能消除收缩型腔；另一方面，大面积使用冷铁可以达到减少进料或不冒口的效果。无意识地增加模具强度而不是冷铁，会减少液态或共晶凝固收缩。事实上，如果过多使用冷铁，会影响石墨球的生长和石墨化程度，反而会加剧收缩。

2.4 模具强度和刚度

由于球墨铸铁大多选择共晶或超共晶成分，因此铁水在铸型中冷却到共晶温度需要较长的时间，即铸型的静水压力比共晶成分的静水压力长。如果灰铸铁的时间更长，模具就更容易产生压缩变形。当石墨化膨胀引起的体积增加无法抵消液体收缩+凝固收缩+模具变形体积时，缩孔是不可避免的。因此，足够的模具刚性和抗压强度是实现无冒口铸造的重要条件。有许多实现无冒口铸造的砂包铁铸造工艺就是这一理论的证明。

2.5 接种处理

强力孕育剂和瞬间延时孕育工艺，既能使铁水获得大量的铁芯颗粒，又能防止孕育量下降，还能保证球墨铸铁在共晶凝固过程中有足够的石墨球；石墨球大而小，减少了液中 C 向石墨芯的传递距离，加快了石墨化速度。在短时间内，大量的共晶凝固可以释放出更多的结晶潜热，降低过冷度，防止白口的产生，同时还可以强化石墨化膨胀。强孕育对提高球墨铸铁的自养能力至关重要。

2.6 液体铁过滤

铁水经过过滤后，一些氧化夹杂物被滤出，从而提高了铁水的微流动性，降低了微观收缩的概率。

2.7 铸造模数

由于铸造珠光体球墨铸铁时需要添加阻碍石墨化的元素，这将影响石墨化程度，并对铸件自给的实现产生一定影响。因此，有数据介绍。无冒口铸造适用于 QT500 以下的球墨铸铁。此外，由铸件形状和尺寸决定的模量至少应为 3.

值得注意的是，厚度小于 50 毫米的板铸件很难实现无冒口铸造。

还有资料表明，QT500 以上球墨铸铁实现无冒口铸造工艺的条件是其模量应大于 3.