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摘要：本文分析了钢铁铸件的缺陷，以及这些缺陷会带来的危害.列举了四个实例，说明了各自发生破坏的情况，并分析了各自的原因.
关键词：石墨 铸铁 裂纹
铸件的结构和外形设计应该充分考虑到液体金属冷却凝固过程中，缩孔的形成以及产生的应力.这一点对于钢铁的铸件尤其重要.铸件在凝固过程中形成的缺陷，如果经过修复，铸件之后就难以进行机械加工.铸铁与铸钢不同，铸件组织中含有石墨，其强度和化学成分的关系，遵循一些特殊的规律.铸铁件的热处理，目的也与铸钢件有所不同.铸铁件如果热处理形成了缺陷，所引起的破坏事故的原因，也会与铸钢件不同.
铸件中经常会形成缩孔，缩孔主要出现于铸件的厚壁部分，原因是铁水先凝固的部分使通道变窄.妨碍了后续铁水的流动和补充.铸件造型的时候，为了使型心不影响收缩，浇注后要及时去掉妨爱收缩的芯铁和型心.冷却速度对形成缺陷也有很大影响.因为冷却速度快，产生的应力会大，在过冷状态下进行凝固，铸件强度也会降低.如果铸件壁厚相差明显，则冷却速度也相差明显，铸件的内部组织和性能相差也大，这也是不利的.基于这个原因，铸件的壁厚应尽量避免相差过大，否则就要采用冷铁等措施来实现厚壁部分的快速冷却.
钢铁铸件的化学成分对过冷度，相变，浇注性能，凝固，以及冷却后得到的组织及其强度，具有重大影响.硅能促进灰铸铁的形成，与之相反，锰使碳化物稳定，并易于产生缩孔，并使收缩量增大.硫使铁水变粘，加大收缩量.加大冷却应力的产生，形成裂纹.碳对铸铁件的强度有特殊的影响.具体表现是两个方面：一个方面是碳会形成珠光体是铸铁的强度增大，另外一个方面是形成片状石墨引起缺口效应而导致铸铁的强度降低.所以钢铁铸件的缺陷是多因一果.
鑄件内部的铸造应力经过随后的热处理退火而降低.退火温度以不超过550到600度为宜.否则，渗碳体就会分解，石墨生长。从金相组织上来看，可以观察到珠光体消失，同时在片状石墨周围出现退火石墨节。
某机械制造厂为了防止薄壁铸铁件在机械加工后产生变形，先进行去应力退火。退火有两个方案：
方案一：先在150度预热8小时，再经8小时升温到400度，然后经50小时冷却。
方案二：先在150度预热8小时，再经8小时升温到520度，然后经50小时冷却。
结果发现，方案一退火后的铸件，正常。方案二退火后的铸件，产生严重变形，不能使用。分析其原因，可能是退火温度过高。检验的结果证实了这个分析。方案一退火的铸件中有珠光体组织，方案二退火的铸件，珠光体都发生了分解，分解后的石墨在片状石墨周围析出。化学成分分析表明：方案二的零件比方案一的零件其化合碳的含量明显减少，与之相对应的硬度值也大幅度下降，方案一的零件硬度是HB198，方案二的零件硬度是HB112，方案一的零件，具有政策的铸态组织和性能，方案二的零件组织和性能都发生了明显的变化，究其原因，铸铁件长时间暴露与高温氧化性气氛中，渗碳体发生分解，同时，存在于片状石墨周围的含硅铁素体将被氧化，片状石墨越粗大，这种氧化越严重。这一过程发生的同时会导致体积的增长，从而产生内应力导致铸件变形甚至开裂。
某住宅小区集中采暖的锅炉，只经过仅仅14个月运转，就过早地出现裂纹而不得不进行拆除。裂纹发生在铸铁锅炉炉膛上方靠近弯曲处，这一部分是受热最强的地方。锅炉内侧经短时间使用后就出现很厚的水垢。水垢导热型差，阻碍了热的传导导致了锅炉局部的过热。铸铁锅炉中的铁素体在锅炉有水的一面沿着片状石墨产生氧化，同时也引起附近组织体积的膨胀，并伴随产生很高的内应力，很快就出现了小裂纹，在加上温度不断变化引起的反复热应力的共同作用，而造成锅炉的破坏。这是工作环境恶劣而造成的提前破坏。
某珠光体铸铁高温蒸汽阀导套仅使用三个月，就由于严重的变形而不得不更换。该导套下侧有10个大气压的500度高温蒸汽通过，不接触高温蒸汽的上侧则被外部空气所冷却。由于变形，下侧边缘鼓了起来，上面原为圆形的横向孔变成了椭圆。在纵断面的研磨面上，可以观察到组织疏松，没有发生变形的组织中，大部分是铁素体加珠光体为基体，再加许多粗片状石墨所组成。高温蒸汽通过时导致珠光体分解，片状石墨开始析出的小结节，轴孔四周饶开片状石墨的铁素体被严重氧化，造成了性能大幅下降。由此可见。铸铁件变形是由于内部氧化以及由此而引起的生长所造成的。
某活塞环经过镀铬抛光后，在高温蒸汽（520度）下使用了两年，虽然承受的载荷不大，在接触面上还是出现了疣状突起，虽然接触面依然光洁，但是出现了回火组织的颜色，活塞环的侧面和内面还生成了铁锈。观察疣状突起的断面金相图片，可以看到镀铬层厚度不正常。如此情况下，由于腐蚀介质的作用，活塞环上形成了贯穿的孔，应该认为是表层镀层与内层并不致密，铁铬之间形成微电池，使腐蚀严重发生，致使表层体积增加，使镀铬层拱起，最终导致发生了裂纹。
再看一个造成铸铁腐蚀的例子.铸铁件埋在地下或者放置在含硫化氢的水中，由于选择腐蚀的作用会生成海绵状石墨，即一方面铁素体和渗碳体被逐渐溶解，另一方面共晶组织和石墨会残留下来.这时，铸铁件外形没有任何改变，但是强度已经明显下降.用刀切削就可以切成黑色的粉末.1916年敷设的铸铁给水管的破坏就是由于海绵状腐蚀所造成的.从照片上可以观察到新出现的破坏面上有浅黑色的深腐蚀层.腐蚀层的厚度因所处的位置而有很大差异.管子大部分被腐蚀的地方与被腐蚀的地方相邻存在.全部被腐蚀的地方一触即溃.在被腐蚀的表面区域，腐蚀沿片状石墨进行，然后向珠光体基体继续扩展.
曾经钢铁制品在生产生活中占有较大比重，随着材料科学的发展与进步，塑料因为密度小，耐腐蚀，价格低等优点，塑料在一些领域里已经成功取代了钢铁，这也是人类进步的一个表现.
湖北职业技术学院机电学院 湖北 孝感 432000
关键词：石墨 铸铁 裂纹
铸件的结构和外形设计应该充分考虑到液体金属冷却凝固过程中，缩孔的形成以及产生的应力.这一点对于钢铁的铸件尤其重要.铸件在凝固过程中形成的缺陷，如果经过修复，铸件之后就难以进行机械加工.铸铁与铸钢不同，铸件组织中含有石墨，其强度和化学成分的关系，遵循一些特殊的规律.铸铁件的热处理，目的也与铸钢件有所不同.铸铁件如果热处理形成了缺陷，所引起的破坏事故的原因，也会与铸钢件不同.
铸件中经常会形成缩孔，缩孔主要出现于铸件的厚壁部分，原因是铁水先凝固的部分使通道变窄.妨碍了后续铁水的流动和补充.铸件造型的时候，为了使型心不影响收缩，浇注后要及时去掉妨爱收缩的芯铁和型心.冷却速度对形成缺陷也有很大影响.因为冷却速度快，产生的应力会大，在过冷状态下进行凝固，铸件强度也会降低.如果铸件壁厚相差明显，则冷却速度也相差明显，铸件的内部组织和性能相差也大，这也是不利的.基于这个原因，铸件的壁厚应尽量避免相差过大，否则就要采用冷铁等措施来实现厚壁部分的快速冷却.
钢铁铸件的化学成分对过冷度，相变，浇注性能，凝固，以及冷却后得到的组织及其强度，具有重大影响.硅能促进灰铸铁的形成，与之相反，锰使碳化物稳定，并易于产生缩孔，并使收缩量增大.硫使铁水变粘，加大收缩量.加大冷却应力的产生，形成裂纹.碳对铸铁件的强度有特殊的影响.具体表现是两个方面：一个方面是碳会形成珠光体是铸铁的强度增大，另外一个方面是形成片状石墨引起缺口效应而导致铸铁的强度降低.所以钢铁铸件的缺陷是多因一果.
鑄件内部的铸造应力经过随后的热处理退火而降低.退火温度以不超过550到600度为宜.否则，渗碳体就会分解，石墨生长。从金相组织上来看，可以观察到珠光体消失，同时在片状石墨周围出现退火石墨节。
某机械制造厂为了防止薄壁铸铁件在机械加工后产生变形，先进行去应力退火。退火有两个方案：
方案一：先在150度预热8小时，再经8小时升温到400度，然后经50小时冷却。
方案二：先在150度预热8小时，再经8小时升温到520度，然后经50小时冷却。
结果发现，方案一退火后的铸件，正常。方案二退火后的铸件，产生严重变形，不能使用。分析其原因，可能是退火温度过高。检验的结果证实了这个分析。方案一退火的铸件中有珠光体组织，方案二退火的铸件，珠光体都发生了分解，分解后的石墨在片状石墨周围析出。化学成分分析表明：方案二的零件比方案一的零件其化合碳的含量明显减少，与之相对应的硬度值也大幅度下降，方案一的零件硬度是HB198，方案二的零件硬度是HB112，方案一的零件，具有政策的铸态组织和性能，方案二的零件组织和性能都发生了明显的变化，究其原因，铸铁件长时间暴露与高温氧化性气氛中，渗碳体发生分解，同时，存在于片状石墨周围的含硅铁素体将被氧化，片状石墨越粗大，这种氧化越严重。这一过程发生的同时会导致体积的增长，从而产生内应力导致铸件变形甚至开裂。
某住宅小区集中采暖的锅炉，只经过仅仅14个月运转，就过早地出现裂纹而不得不进行拆除。裂纹发生在铸铁锅炉炉膛上方靠近弯曲处，这一部分是受热最强的地方。锅炉内侧经短时间使用后就出现很厚的水垢。水垢导热型差，阻碍了热的传导导致了锅炉局部的过热。铸铁锅炉中的铁素体在锅炉有水的一面沿着片状石墨产生氧化，同时也引起附近组织体积的膨胀，并伴随产生很高的内应力，很快就出现了小裂纹，在加上温度不断变化引起的反复热应力的共同作用，而造成锅炉的破坏。这是工作环境恶劣而造成的提前破坏。
某珠光体铸铁高温蒸汽阀导套仅使用三个月，就由于严重的变形而不得不更换。该导套下侧有10个大气压的500度高温蒸汽通过，不接触高温蒸汽的上侧则被外部空气所冷却。由于变形，下侧边缘鼓了起来，上面原为圆形的横向孔变成了椭圆。在纵断面的研磨面上，可以观察到组织疏松，没有发生变形的组织中，大部分是铁素体加珠光体为基体，再加许多粗片状石墨所组成。高温蒸汽通过时导致珠光体分解，片状石墨开始析出的小结节，轴孔四周饶开片状石墨的铁素体被严重氧化，造成了性能大幅下降。由此可见。铸铁件变形是由于内部氧化以及由此而引起的生长所造成的。
某活塞环经过镀铬抛光后，在高温蒸汽（520度）下使用了两年，虽然承受的载荷不大，在接触面上还是出现了疣状突起，虽然接触面依然光洁，但是出现了回火组织的颜色，活塞环的侧面和内面还生成了铁锈。观察疣状突起的断面金相图片，可以看到镀铬层厚度不正常。如此情况下，由于腐蚀介质的作用，活塞环上形成了贯穿的孔，应该认为是表层镀层与内层并不致密，铁铬之间形成微电池，使腐蚀严重发生，致使表层体积增加，使镀铬层拱起，最终导致发生了裂纹。
再看一个造成铸铁腐蚀的例子.铸铁件埋在地下或者放置在含硫化氢的水中，由于选择腐蚀的作用会生成海绵状石墨，即一方面铁素体和渗碳体被逐渐溶解，另一方面共晶组织和石墨会残留下来.这时，铸铁件外形没有任何改变，但是强度已经明显下降.用刀切削就可以切成黑色的粉末.1916年敷设的铸铁给水管的破坏就是由于海绵状腐蚀所造成的.从照片上可以观察到新出现的破坏面上有浅黑色的深腐蚀层.腐蚀层的厚度因所处的位置而有很大差异.管子大部分被腐蚀的地方与被腐蚀的地方相邻存在.全部被腐蚀的地方一触即溃.在被腐蚀的表面区域，腐蚀沿片状石墨进行，然后向珠光体基体继续扩展.
曾经钢铁制品在生产生活中占有较大比重，随着材料科学的发展与进步，塑料因为密度小，耐腐蚀，价格低等优点，塑料在一些领域里已经成功取代了钢铁，这也是人类进步的一个表现.
湖北职业技术学院机电学院 湖北 孝感 432000