張衛(wèi)剛

摘要：裂紋是水冷離心球墨鑄鐵管生產(chǎn)中經(jīng)常發(fā)生的質(zhì)量問(wèn)題，導(dǎo)致其產(chǎn)生的原因主要是冷卻速度不均勻、機(jī)械阻礙、鑄造組織不均勻、流槽位置不合理及高脆性斷裂等。一旦水冷離心球墨鑄鐵管產(chǎn)生裂紋，不僅會(huì)影響其使用壽命及內(nèi)在質(zhì)量，而且會(huì)增加企業(yè)的生產(chǎn)成本，這對(duì)于激烈市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)下球墨鑄鐵管生產(chǎn)企業(yè)提高核心競(jìng)爭(zhēng)力是非常不利的，故本文將對(duì)此展開(kāi)深入探討。

關(guān)鍵詞：水冷金屬型；離心球墨鑄鐵管；裂紋產(chǎn)生原因；預(yù)防措施

1.離心球墨鑄鐵管的離心鑄造方法

離心球墨鑄鐵管被廣泛地應(yīng)用于大型給水工程的輸水管和配水管、輸送冷卻用海水或用于路循環(huán)管路系統(tǒng)、輸送污水、城市煤氣和天然氣輸送管道等多種途徑。目前國(guó)內(nèi)外常用的離心球墨鑄鐵管的離心鑄造方法，主要有如下三類(lèi)（見(jiàn)表1）：

表1 三種離心鑄造方法的對(duì)比

方法 備注

水冷金屬型工藝 具有生產(chǎn)效率高、力學(xué)性能好、水壓合格率高等優(yōu)點(diǎn)，但管模壽命較短

噴涂料熱模法 具有管模壽命較高、內(nèi)外表面光潔等優(yōu)點(diǎn)

襯樹(shù)脂砂熱模法 具有設(shè)備配置和工藝操作簡(jiǎn)單、一次性投入低等優(yōu)點(diǎn)，但容易產(chǎn)生重皮、石墨漂浮、球化衰退、內(nèi)表面龜紋嚴(yán)重等質(zhì)量問(wèn)題

第一，水冷金屬型工藝（即De Lavaud法）。水冷金屬型工藝的生產(chǎn)過(guò)程為：準(zhǔn)備澆注→澆注→澆注完畢，拔管鉗伸入型內(nèi)→鑄型向右移動(dòng)，拔出鐵管后鑄型復(fù)位，準(zhǔn)備下一根管子的澆鑄。作為目前世界應(yīng)用最為廣泛的離心鑄造方法，水冷金屬型工藝非常適合用于大批量生產(chǎn)中小管徑的離心球磨鑄鐵管（DN80～1000mm）。

第二，噴涂料熱模法（即Wheat-Spray法）。噴涂料熱模法是將管模加熱到180～250℃，在管模內(nèi)壁涂上一層隔熱性能較好的涂料，此方法非常適合用于管模制造困難且費(fèi)用高的DN1200～2600mm大口徑鑄管。

第三，襯樹(shù)脂砂熱模法。襯樹(shù)脂砂熱模法是將管模加熱到160～220℃，在管模內(nèi)壁襯上一層覆膜樹(shù)脂砂。作為三種方法中鑄管冷卻速度最慢的一種，襯樹(shù)脂砂熱模法容易產(chǎn)生重皮、石墨漂浮、球化衰退、內(nèi)表面龜紋嚴(yán)重等質(zhì)量問(wèn)題。

2.水冷離心球墨鑄鐵管裂紋的產(chǎn)生原因

2.1鑄造組織不均勻。管模在冷卻條件下不均勻或者是鐵液中存在微觀(guān)成分、濃度偏析（主要是由晶內(nèi)偏析引起）而造成局部組織中碳化物量或珠光體量與周?chē)M織存在著較大的差異，從而導(dǎo)致冷卻凝固過(guò)程中應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋。

2.2冷卻速度不均勻。在澆注水冷離心球墨鑄鐵管的過(guò)程中，流槽因震動(dòng)會(huì)濺出少量的鐵液，在澆注前這部分濺出的鐵液會(huì)離心旋轉(zhuǎn)成環(huán)狀。隨后當(dāng)正常澆注的鐵液覆蓋在環(huán)狀鐵液上時(shí)，會(huì)導(dǎo)致正常澆注的鐵液局部傳熱條件降低，從而出現(xiàn)周?chē)F液已經(jīng)完全凝固而該處鐵液還處于固液兩相區(qū)的狀態(tài)，最終導(dǎo)致水冷離心球墨鑄鐵管裂紋的產(chǎn)生。在水冷離心球墨鑄鐵管的生產(chǎn)中，當(dāng)管模自身嚴(yán)重龜裂且拔管困難時(shí)，如果向球鐵管中打水將促使球鐵管的快速冷卻，但是此種操作會(huì)導(dǎo)致球鐵管冷卻速度的不均勻，從而形成裂紋管。

2.3流槽的位置不合理。流槽在管模中的位置適合合理，直接影響著水冷離心球墨鑄鐵管裂紋的產(chǎn)生。當(dāng)流槽位置不合理時(shí)，落入管模的鐵液處于不穩(wěn)定狀態(tài)，極易分流分散，造成過(guò)早凝固而產(chǎn)生裂紋。

2.4機(jī)械阻礙。當(dāng)承口部位的鐵液流入管模和砂芯的間隙中形成飛刺或毛邊時(shí)，水冷離心球墨鑄鐵管的收縮將會(huì)受到阻礙，在鑄管內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)引起圓周裂紋或斷裂。在生產(chǎn)實(shí)踐中，當(dāng)管模龜裂嚴(yán)重或芯架壓力太小時(shí)，如果鐵水落點(diǎn)不好，那么很容易發(fā)生鑄管斷裂。

2.5高脆性斷裂。如果過(guò)早或過(guò)量加入隨流孕育劑，硅含量增加，會(huì)導(dǎo)致鐵素體晶格的扭曲，降低水冷離心球墨鑄鐵管的沖擊韌度值，從而導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。

3.水冷離心球墨鑄鐵管裂紋的預(yù)防措施

第一，減少鐵液在高溫的停留時(shí)間，調(diào)整好離心機(jī)機(jī)頭的冷卻水布局。在鐵液長(zhǎng)時(shí)間高溫時(shí)，要盡量為鐵液的凝固提供足夠的外來(lái)核心（如加強(qiáng)孕育），并且盡量減少鐵液在高溫中的停留時(shí)間；調(diào)整好離心機(jī)機(jī)頭的冷卻水布局，確保流槽涂料厚度的均勻，從而保證化學(xué)成分和鑄造組織的均勻。

第二，采用合適的碳當(dāng)量。根據(jù)管徑的大小來(lái)選擇合適的碳當(dāng)量，避免因碳當(dāng)量過(guò)高，從鐵液中析出初生石墨球數(shù)量過(guò)高而引起凝固前體積膨脹量過(guò)大，從而減少裂紋的產(chǎn)生。

第三，合理確定流槽位置。一般在生產(chǎn)實(shí)踐中，要求流槽的出口與離心機(jī)的軸線(xiàn)大約呈17°的夾角，同時(shí)根據(jù)水冷離心球墨鑄鐵管的直徑來(lái)確定流槽出口距離心機(jī)軸線(xiàn)的高度。

第四，加強(qiáng)管模的維護(hù)和保養(yǎng)，避免管模出現(xiàn)龜裂裂紋。①內(nèi)孔修磨后，表面粗糙度應(yīng)為Ra3.2～6.3μm，表面應(yīng)無(wú)氧化皮及其它雜質(zhì)和缺陷，園弧處過(guò)渡要平滑；避免倒錐、鑼?zhuān)ㄑ┕?、和局部凹陷等不平整現(xiàn)象；從而預(yù)防拔管困難或斷管及棱角應(yīng)力過(guò)集中導(dǎo)致鑄管模開(kāi)裂。②管模內(nèi)壁打點(diǎn)要均勻，通常要求點(diǎn)間距小于0.5-0.7mm，深度0.2-0.3mm，點(diǎn)直徑為1.5-2.2mm，從而消除熱疲勞應(yīng)力、增加鑄管模內(nèi)表面強(qiáng)度，消除預(yù)防細(xì)微裂紋延伸，便于管模粉均勻吸附和增加鐵水與鑄管模內(nèi)表面的摩擦力。③同一種規(guī)格的管模在保證其機(jī)械性能使用的條件下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能減少壁厚，而且整體壁厚要均勻，圓弧過(guò)度要盡量平緩，降低尺寸突變落差，以便減少應(yīng)力集中點(diǎn)防止局部早期熱裂。

4.小結(jié)

本文對(duì)生產(chǎn)中水冷離心球墨鑄鐵管裂紋的缺陷進(jìn)行了分析，在掌握水冷離心球墨鑄鐵管裂紋產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上，針對(duì)性從減少鐵液在高溫的停留時(shí)間、調(diào)整好離心機(jī)機(jī)頭的冷卻水布局，采用合適的碳當(dāng)量，合理確定流槽位置，加強(qiáng)管模的維護(hù)和保養(yǎng)等幾個(gè)方面，提出預(yù)防水冷離心球墨鑄鐵管裂紋產(chǎn)生的對(duì)策。