灰铸铁件黑点缺陷原因分析及防止措施

灰铸铁件黑点缺陷原因分析及防止措施曹玉亭杨丹丹，王光见，王文胜，山东烟台（烟台胜地汽车零部件制造有限公司，

264006）

扫描电镜分析、能谱分析，确认黑摘要：介绍了HT250刹车盘大外圆黑点缺陷的特征及分布特点，通过金相显微镜分析、（1）点为石墨粗大缺陷。采取以下防止措施：控制铁液中CE，原铁液CE在3.7%~3.75%，终铁液CE在3.8%~3.85%；（2）为均衡铸件凝固冷却过程的温度场，避免局部过热现象的产生，改进浇注系统，将浇注系统由4个分散内浇道改为5个分散内浇道，同时内浇道尺寸由40mm伊35mm伊8mm减薄为25mm伊20mm伊6mm。生产结果显示，该型号铸件大外圆内浇道处的石墨粗大缺陷基本消除。石墨粗大关键词：灰铸铁；刹车盘；中图分类号：TG250.6

文献标识码：B

文章编号：（圆园19）员园园猿原愿猿源缘园3原园园30原05

阅韵陨：10.3969/j.issn.1003-8345.2019.03.008

AnalysisofReasonCausingGrayIronCastingsBlackSpotsDefectandPreventionMeasures

YANGDan-dan，WANGGuang-jian，WANGWen-sheng，CAOYu-ting（YantaiResortsAutoPartsManufacturingCo.,Ltd.，Yantai264006，China）

Abstract：Thefeaturesanddistributioncharacteristicsoftheblackspotdefectsoccurringonthelargeouterroundsurfaceofenergyspectrumanalysis，itwasconfirmedthattheblackspotwasdefectofthecoarsegraphite.ThefollowingpreventivetheHT250brakediscwereintroduced.Bymetallographicmicroscopeanalysis，scanningelectronmicroscopeanalysisand3.8%~3.85%respectively.（2）Inordertobalancethetemperaturefieldduringsolidificationandcoolingofcastings，avoidtheingates，andthethicknessoftheingateswerereducedfrom40mm伊35mm伊8mmto25mm伊20mm伊6mm.Theproductionresultshowedthatthecoarsegraphitedefectsattheingaesareasofthelargeouterroundsurfaceofthatmodelofcastinghadbeenbasicallyeliminated.

Keywords：grayiron；brakedisc；graphitecoarse

occurrenceoflocaloverheating，thegatingsystemwasimproved：theoriginal4dispersedingateswaschangedinto5dispersed（1）measureswereadopted：ControllingCEoftheironmelt：theCEbeforeandafterinoculationwasof3.7%~3.75%andof

笔者公司生产的某种型号刹车盘，在机加工导致该批次半成后的大外圆部位出现黑点缺陷，

品报废。黑点位于工件大外圆内浇道处，其尺寸确认该缺陷为石墨粗较小，经过扫描电镜检测，大[1-9]。

电炉熔化、新东FCMX-芋型水平造型线造型、一型1件的工艺，浇注温度为1360~1440益。

1.1缺陷分布特点

与模板内浇道分且均在大外圆内浇道处，100%，

共4处，布范围相同，如图1所示。1.2缺陷特征

内（1）通过肉眼观察，工件经精加工车削后，呈针孔状或浇道处的表面出现密密麻麻的黑点，

（由F0.5到F0.3）黑苍蝇脚状。减小刀具进给量，点更明显。

（2）沿径向以1mm的切削量车削工件大外该批次工件加工后出现黑点缺陷的比例为

1缺陷介绍收稿日期：2018-12-16

刹车盘的材料牌号为HT250，采用应达感应

修定日期：2019-05-20

（1986.11-）毕业于山东大作者简介：杨丹丹，女，汉族，吉林长春人，（鼓）的生产工艺设计学材料成型及控制工程专业，主要从事刹车盘及清理工艺研究工作。

30现代铸铁圆园19/3

Fig.1图1Black黑点缺陷spotdefects圆10次，共10mm，黑点仍然存在，

且尺寸无减小趋势。

（3）在放大镜下观察黑点缺陷，

形状似不规则的小孔洞。经立体显微镜三维合成，孔洞深度约为0.463mm，立体形貌如图2所示。

（4）经X射线无损探伤，工件的缺陷部位及正常部位均未检出异常。

（5）制备金相试块时，

用320目砂纸打磨，表面黑点数量减少、尺寸减小，抛光后经肉眼观察，黑点已经不明显。

2缺陷分析为确认缺陷的种类及产生原因，

对缺陷部位进行详细的检查分析。

2.1金相显微镜分析

将缺陷面的垂直剖面磨制抛光后，

在蔡司Zeiss损，并Observer沿石墨方向Z1光学开裂显，

如图微镜下7216-20093观察所示。，

表依面据基体GB/T破示。经硝酸酒来精评溶定液浸，

石墨蚀后长，度为显微2组织级，为如图石墨4+所珠光体组织，如图5所示。进一步放大，

有些石墨已经呈小的碎片状，而有的石墨是致密的灰色条状，

Fig.2Stereoscopic图2黑点立morphology体形貌ofblackspotsProblemsandCountermeasures如图6所示。由此可知，缺陷区域的石墨生长过大。2.2扫描电镜分析将缺陷部位放置到蔡司ZeissEVOMA10扫描电镜下观察，放大倍数为50倍，试样呈裂口状。经进一步增大放大倍数观察，发现缺陷形貌都是表面金属呈撕裂层状，内部呈黑色，在图7中未看到树枝状结晶组织。2.3能谱分析能谱进一步微区成分，

位置如图8所示。黑员园园滋mFig.3Matrix图damage3纵切on面the基体longitudinal破损section员园园滋mFig.源Metallurgical图源structure纵切面金相ofthe组织longitudinalsection10园滋mFig.缘图Structure缘石墨+of珠graphite+pearlite光体组织圆园19/3现代铸铁

31ProblemsandCountermeasures1园滋mFig.6图Graphite6石墨morphology形貌色的区域w（C）量较高，可达91.92%，如图9所示；而周围的区域虽然也有C峰位，但是体积分数远低于黑色的区域，

如图10所示。由此可知，黑色孔洞区域为C富集区，是粗大石墨剥落留下的痕迹。

2.4缺陷判定

刹车盘大外圆内浇道处产生的黑点缺陷，用

10园滋m（a）10园滋m（b）10滋m（c）Fig.图苑苑SEM缺陷photo位置扫描atdefect电镜location图32现代铸铁圆园19/3

谱图6谱图510滋m电子图像4Fig.8图Energy8能spectrum谱微区位micro-area置80C谱图6604020S0FeNaSiClKFe051015keVFig.9Energy图9spectrum黑色区域composition能谱成分ofblackarea30Fe谱图5Fe2010CSi0051015keVFig.10Energy图10aroundspectrum周围区域能谱成分blackcompositionspotofareas肉眼观察非常容易与缩松混淆。通过对缺陷周围的部位进行抛光、浸蚀后进行金相检查、缺陷表面扫描电镜检查、能谱分析，确认该黑点为石墨粗大缺陷[1]。

3产生石墨粗大缺陷的原因分析石墨粗大又称石墨集结或石墨针孔，

是出现在铸铁件厚大部位，且均匀分布、充满石墨粉的孔洞，其显微组织特征表现为粗大的片状石墨。石墨粗大缺陷的产生原因，

如图11所示[2]。3.1铸件厚大

该型号刹车盘铸件大外圆处的总厚度为44

问题与对策人机料C过高CE高炉料含有粗大石墨浇注温度过高石墨粗大孕育不良熔炼温度低浇注系统设计不当铸件厚大或壁厚差过大法环Fig.11Reason图11causing铸件石墨coarse粗大graphite缺陷形成原因defectofcastingmm边壁厚，

风道为宽20度为mm（10见mm图12，设置），属浇注于相系统对厚的大部结位构单。缺陷位置在工件大外圆靠近内浇道处，因凝固时间长，故石墨生长过大，易形成石墨粗大的缺陷。3.2铁液CE高

石墨形核主要来源于铁液中的C，Si是强烈促进石墨化的元素，在铁液中的体积分数较多，能使铁碳合金的共晶、共析点向上向左移动，表明了CSi能降低C在液增加但的w（活C度，）量石、w墨（Si易析出相）量过长和高大，固相，会使石促中进了的溶墨数石解墨化过程，度，量过多且粗大。

该型号工件的化学成分要求为：3.6%w

（C）3.2%~w（C），w

3.32%（Si），1.7%~2.3%w（Si）1.995%。缺陷，CE工抑件3.985化学成分为，对于铸件缺陷部位的壁厚而言，CE过高，石墨化程度过高，容易形成粗大石墨。

4防止措施通过上述原因分析，根据笔者公司的生产状

况，采取以下措施进行防止：

（3.75%1）控制铁液中CE，原铁液（2，

）终铁为均液衡CE铸件在凝3.8%~3.85%固冷却过程的温度；CE在3.7%~

场，

避浇口杯砂芯上分型面铸件内浇道下Fig.12图12Sketch铸件of简casting图ProblemsandCountermeasures免局部过热现象的产生，改进浇注系统（见图13），将浇注系统由4个分散内浇道改为5个分散内浇道，同时内浇道尺寸由40mm伊35mm伊8mm减薄为25mm伊20mm伊6mm。内浇道位置冷却速度明显加快（见图14）。5结束语通过采取上述防止措施，该型号铸件大外圆内浇道处的石墨粗大缺陷基本消除。参

考

文

献

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肖柯，2003则，姜：157-160.

不居.铸件缺陷和对策手册[M].北京：机械[2]中国机械[M].北京：机械工程学工业会出铸版社造分，会2011.铸：造728.

手册·铸造工艺（第5卷）排气道厚度2mm原工艺R3R3R319055（a）改进前排气道厚度2mm改进后工艺R3R3R319055（b）改进后Fig.13图13Gating浇注系统system（下转第40页）

圆园19/3现代铸铁

33问题与对策ProblemsandCountermeasures

避免浇注时液的二次氧化。浇口杯应快速充满，

充型从浇口杯卷裹气体进入浇注系统及铸型内，（避免横浇道内铁过程中横浇道应处于充满状态

液氧化），应尽量避免铁液从内浇道进入型腔时出现喷射和飞溅现象。

（4）在中频炉内加入一定量的SiC或其他具

利用SiC的脱O及还原有脱O功能的预处理剂，

（3）砂芯发气引起的气体夹杂缺陷具有非典

型的形貌特征，极易和砂眼或渣眼缺陷相混淆，严格控制砂芯原材其形成机理尚待进一步探究。

料的发气量、加强砂芯排气是防止铸件产生气体夹杂缺陷的关键措施。

（4）浇注系统与型腔之间部位的工艺间隙不

容忽视，要注意防止铁液在充型过程中溢流进入以及铸件固定位型腔（非工艺设计的充型路径）置产生氧化夹杂缺陷。

参

考

文

献

功能，还原铁液中SiO2、FeO、Fe2O3、Fe3O4等众多

的金属氧化物，减少炉内氧化夹杂的产生。

4结论影响因素（1）铸件的夹杂物缺陷成因复杂，众多，通过扫描电镜和能谱观察缺陷的形貌特征、

张文磊，等.灰铸铁缸体气孔缺陷的防止措施牟志刚，[1]赵群宪，

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（02）：[4]赵新武.气孔缺陷的防止措施[J].现代铸铁，2019，17-20.（01）：[J].现代铸铁，2018，42-45.

有利于甄别非典型夹分析缺陷物质的组成元素，

缩短缺陷的攻关周杂物缺陷的大致类型及来源，期。

（2）提高涂料的常温性能和高温性能，防止

是解决铸涂料层在铸件成型前出现物理性脱落，件产生涂料夹杂缺陷的前提条件。

（上接第33页）

（编辑：吕姗姗，xdzt_lss@126.com）E-mail：

（a）改进前（b）改进后图14冷却速度分布状态Fig.14Distributionstateofcoolingspeeds杜利峰.6DL缸体凸轮轴孔制芯方案的研究[J].现代铸[3]李壮，

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（编辑：王峰，xdzt_wf@wxfawfc.com）E-mail：

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