在球墨鑄鐵生產中最常見的缺陷就是皮下氣孔，在濕型砂鑄型，特別是比表面積大的小型鑄件中最易發生皮下氣孔。皮下氣孔往往位于鑄件表面以下0.5~1mm處，呈細小的圓形或橢圓形孔洞，孔徑多為0.5~2mm的針孔，內壁光滑(內表面有時附有石墨膜)，呈均勻分布在鑄件上表面或遠離內澆道的部位，但在鑄件側面和底部也偶爾存在。在鑄態時，皮下氣孔不易發現，但經熱處理后，或是經機械加工則顯露。皮下氣孔影響鑄件的表面質量，并且在出現皮下氣孔的部位，往往伴隨有片狀石墨，因而惡化了該部位的力學性能，嚴重的會使鑄件報廢。某產品的鑄造毛坯結構如圖1所示。

該鑄件材質為QT450，最薄處壁厚為6 mm，在頭弧部、尾弧部是非加工表面，技術要求規定在其表面不允許有深度大于1 mm的皮下氣孔，單件鑄件質量為1.1 kg，鑄造總質量為50 kg。采用濕砂型鑄造，氣壓造型。鑄件內腔用覆膜砂熱芯成形，從一端芯頭排氣，初期采用5t沖天爐熔煉鐵液，鐵水出爐溫度1 430℃左右，球化包底筑成凹坑式，采用沖入法球化處理，球化劑為FeSiMg8RE7，孕育劑為FeSi75Al0.5，總加入量為0.5%~ 0.8%，分多次加入。鑄件滾光清理后表面光潔平整，經第二次噴砂處理后，在鑄件表面發現彌散分布的小圓坑，孔徑為0.5~2 mm，經解剖后確定為皮下氣孔。為了消除這種流行性缺陷，針對在濕型生產球墨鑄鐵件易出現的特征，工藝上除注重這種缺陷對鑄件“壁厚效應”的敏感性，即它的形成同鑄件凝固速度有內在聯系，還應從形成原因上分析，找出相應對策。

1、皮下氣孔成因分析

皮下氣孔是濕型球墨鑄鐵件常見的鑄造缺陷，所以說它帶有流行性缺陷，且對薄壁鑄件特別敏感，原因是薄壁件凝固速度快，氣體來不及形成氣泡，厚壁件凝固速度慢，氣體形成氣泡后有足夠的時間上浮排出，不會滯留在鑄件表層。影響皮下氣孔形成的主要因素有:

①殘余鎂量和殘余稀土量，當鎂殘留量>0.06%時，皮下氣孔顯著增加。統計數據顯示，濕型球墨鑄鐵件ω_Mg_殘留=0.05%時，皮下氣孔缺陷率為7%，當ω_Mg_殘留=0.065%時，皮下氣孔缺陷率劇增，高達33%。殘留鎂量越高，形成皮下氣孔的傾向性越大。稀土元素會增大鐵液的表面張力，能有效防止皮下氣孔產生傾向，以ω_RE_殘留=0.025%左右為佳。

②鐵液中硫含量高，容易引起皮下氣孔，含硫量越高，情況就越嚴重。這是因為除了有氫致皮下氣孔外，還可能由于H₂S氣體而使缺陷情況更為嚴重，球化處理后會產生氧化物和硫化物(包括MgS)渣滓，若扒渣不凈MgS隨鐵液流進型腔，上浮至金屬一鑄型界面的MgS同界面水氣發生化學反應，反應產物H₂S氣體也會形成皮下氣孔。

③鋁和鈦的影響，鐵液中Al>0.03%時，皮下氣孔增加，若殘留鋁和殘留鈦兼有時，則皮下氣孔急驟增加，生產實踐證明：球墨鑄鐵件Al<0.03%時，一般不會產生皮下氣孔，但如果同時Ti >0.01%，則會促使鑄件產生皮下氣孔。

④鑄型水分>5%時，濕型球墨鑄鐵件易出現皮下氣孔。因為鐵液與鑄型界面上的水分存在化學反應，產生H₂、H₂S氣體，在鑄件快速凝固時，來不及上浮，就停留在靠近鑄件表面上，形成皮下氣孔。

⑤爐料有水、球化劑和孕育劑吸潮及鐵液中含氫量增加均會導致皮下氣孔較多。

⑥熔渣過多和鐵液氧化夾雜是產生皮下氣孔的重要原因(渣為觸媒導致皮下氣孔產生)。

⑦鐵水出爐溫度低，或澆注溫度低，易形成皮下氣孔。

⑧澆注速度慢，鐵液易氧化、降溫、進渣，易形成皮下氣孔。

上述諸因素單獨出現時，皮下氣孔雖有可能產生，但不會十分嚴重，如果兒種因素同時肴加一起作用，則皮下氣孔傾向大大增加。根據我公司鑄造廠的生產實踐，逐一對上述因素進行對照、分析、排查，最后確定其中②、⑥、⑦三種因素的影響較為嚴重。硫對濕型球墨鑄鐵件皮下氣孔的影響機理，目前尚無系統確切的理論依據，但原鐵液硫含量高易產生皮下氣孔，卻是不爭的事實，原因是高硫鐵液易形成較多的硫化物夾雜物(MnS、FeS、MeS等)，引起渣產生皮下氣孔，另外，熔煉與處理過程中形成氧化物熔渣(如FeO、MnO、AlO、SiO等)，鐵液與型砂表面水分發生反應生成的氧化物熔渣等，都可能成為氣體形核的襯底，吸附氣體分子聚集成氣泡，鐵液中殘留鎂量過高，鎂在脫硫、脫氧時產生的氧化物和硫化物越多，球墨鑄鐵的皮下氣孔會急劇增加，將澆注溫度提高到1380℃以上，可以有效地防止皮下氣孔，實質上鐵液溫度越高，夾雜物越少，其原因是:一方面氧化反應在高溫下不易進行；另一方面高溫下夾雜物易于上升排除。

另外，涉及到鐵液的化學成分、熔煉溫度和純凈度，這是鐵液冶金質量的3個主要指標。化學成分控制得越嚴格，有害元素硫含量越低；鐵液溫度越高，夾雜物越少；鐵液的冶金質量越高，則產生皮下氣孔的可能性越小。所以，提高鐵液冶金質量，是生產濕型球墨鑄鐵件中防止皮下氣孔的關鍵控制環節。

2、防止皮下氣孔的工藝措施

防止皮下氣孔的工藝措施主要有：

①脫硫處理。所謂脫硫，就是盡量將鐵液中的硫向爐渣中轉移，并隨之排除，鐵液中FeS量越少，脫硫效率也就越高，適當提高脫硫渣的堿度與鐵液溫度、減少爐渣中氧化亞鐵的含量，有利于促進脫硫，因此，加大爐渣量，提高熔渣的流動性、加強攪拌、提高鐵液與熔渣溫度都有利于脫硫的充分進行，及時扒渣，防止回硫。采用爐外脫硫處理的方法，利用由碳化鈣和氧化鈣組成的鑄造專用工業電石作為脫硫劑進行脫硫處理，加入量約占鐵液質量的0.5%~1.5%。

②提高鐵液純凈度為了提高鐵液的純凈度，減少熔渣。曾采用在小澆包內加集渣劑二次除渣的措施，皮下氣孔的數量(出現個數)有所減少，但未得到根除。在鑄型表面抖敷冰晶石粉可以消除皮下氣孔，但使用情況表明并不理想。鑄件清理后，表面仍會出現一些小的渣孔，有時與皮下氣孔轉變成的小凹坑極為相似，表面質量仍不符合產品質量要求，這可能是冰晶石與鐵液中的夾雜物反應(主要指固態渣)生成液態溶渣，仍然滯留在鑄件表面無法排除的原因，因此，對球墨鑄鐵件在設計澆注系統時要盡可能加設過濾網和擋渣裝置。

③調整焦鐵比，優化熔煉工藝。提高沖天爐出鐵溫度，有利于消除和減輕遺傳性和提高鑄件品質，因此可以說，沖天爐出鐵溫度的高低，反映了現代鑄鐵的生產水平，爐前測溫達到1470℃以上，同時采用脫硫、集渣措施，特別是在加商品集渣劑時，將定量的冰晶石粉(氟鋁酸鈉Na₃AlP₆，熔點994℃)作為熔劑一并加在鐵液表面，并適當攪拌靜置，提高了集渣效果，從而防止了界面鐵液層的吸氫，可以有效地抑制球墨鑄鐵件皮下氣孔的產生，效果顯著，工藝出品率也明顯提高。

④對化學成分的控制。化學成分雖不作為驗收依據，但它是生產高韌性鑄態鐵素體球墨鑄鐵件的前提，嚴格控制和計算爐料配比，控制終硅量（Si<3.0%），在保證鐵素體的條件下盡量降低硅量。另外，含錳量不宜高，過高（Mn>0.65%）時，也會造成渣氣孔，控制Mn<0.30%，可避免鑄態下形成滲碳體。同時使用低硫、低磷的純凈爐料，嚴格限制白口化和反球化元素含量，也是必須遵循的原則。

⑤提高鑄型的透氣性，有利于減輕皮下氣孔。

⑥采用5t中頻無芯感應電爐熔煉球墨鑄鐵鐵液，皮下氣孔得以控制。電爐熔煉時成分易于控制，鐵液溫度可以升高到1530℃~1550℃出鐵。由于不使用熔劑，保證了鐵液的純凈度，電爐不用焦炭(特別是高硫焦炭)，不會增硫，鐵液的冶金質量大大提高和穩定，為高質量球墨鑄鐵件的生產創造了硬件設施。

3、結語

熔煉球墨鑄鐵鐵液，在鑄型水分、鐵液中的含氣量、球化元素殘留量及其他有害元素都得到有效控制的情況下，同時提高脫硫、除渣效果，保證鐵液有較高的純凈度，并輔以較高的熔煉處理和澆注溫度，提高鐵液的冶金質量是防止皮下氣孔的**有效措施。