球铁转向节的白口和反白口缺陷

潘世民

(东风汽车有限公司商用车铸造二厂，湖北十堰442000)

摘  要：白口和反白口缺陷是球铁件转向节的常见缺陷。引起白口的主要原因是随流孕育量不足以及铸件局部冷却速度过快；防止措施是确保足够的随流孕育量，提高浇注温度。引起反白口的主要原因是残余镁量，特别是残余稀土量过高，防止措施是采用稀土含量较低的球化剂，提高球化处理温度和浇注温度。

关键词：白口；反白口；冷却速度；残余稀土量

1  转向节生产条件简介

造型采用瑞士GF气冲自动造型线，模型采用水平分型，熔化为6t中频炉。采用1500kg球化包半自动浇注，直浇口尺寸φ55mm。开浇温度控制在1380～1420℃；每箱浇注时间控制在12～15s，砂箱尺寸1850×800×300/300mm，铸件单重9kg，每型4件，整型金属重88kg。采用FeSiMg8Re5合金球化处理。采用珠光体孕育剂，随流孕育方式，浇注前2s开始随流孕育，随流孕育加入时间控制在14～17s，孕育剂加入量10～12g/s，每型孕育剂加入量在140～204g之间。型板布置如图1。

2  转向节结构特点

转向节是轿车底盘零件，属轿车保安件，铸件质量要求很高，表面不能有砂眼，铸件内部不能有缩松，要求渗碳体≤2%。力学性能要求：抗拉强度≥552MPa，屈服强度≥340MPa，伸长率≥6%，硬度170～259HB，最大臂长为550mm，形状为弓形件(如图2)。

3  白口和反白口特征

3.1  白口

白口通常出现在铸件尾部的圆孔位置而造成加工局部过硬，在加工切削过程中易出现“切不动”或“打刀”现象，对“切不动”或“打刀”部位进行外观和断口金相观察，断口夹层1～3mm部位含有5%～20%的渗碳体。白口出现部位在图2中A处，白口金相组织如图3所示。

3.2  反白口

在铸件厚大部位断面中心部出现的白口，其渗碳体含量为5%～20%，白口出现部位在图2中B处，因其出现白口的部位与常规出现白口的部位相反，故称之为反白口。反白口由于降低铸件的强度和韧性，恶化加工性能，以及使性能不均等原因而造成废品。反白口在生产中出现的情况较少，但危害极大，一旦出现就会出现批量的报废，因此在生产中应引起重视。反白口金相组织如图4所示。

4  白口和反白口形成原因

4.1 白口形成原因

(1)在浇注时因加孕育剂的管道堵塞使孕育剂加入量不足直接导致白口产生。

(2)铸件壁薄和铁液的冷却速度是形成白口的主要原因。在砂型铸造过程中，冷却速度，冷却工艺和冷却形式是影响铸件基体组织的重要因素，化学成分相同的铁液，冷却速度快的，石墨化能力下降易形成白口。转向节铸件本身的结构特点和铸造工艺设计原因，致使在铁液充型过程中首先进入型腔的铁液因长时间接触低温的型腔而冷却速度快，并且先进入型腔的铁液最终凝固在转向节尾部孔壁最薄(8mm)的部位，因而在该部位容易形成白口缺陷。

4.2  反白口形成原因

反白口现象出现在铸件厚大部位断面中心位置，其原因主要与球化处理使用的合金元素有关。

球铁件w(Mg残)残控制范围0.025%～0.035%，w(Re残)控制范围0.025%～0.035%。稀土元素能够降低共晶转变温度而影响铁液组织，并且稀土元素在铁液中溶解度不大，铁液凝固过程中过多的稀土合金会集聚在最后凝固区，而稀土又是强稳定碳化物元素，所以在铸件的热节部位容易形成白口，当铸件中w(Re残)>0.035%、w(Mg残)>0.035%时，铸件心部就容易出现白口。

5  稀土元素对基体的影响及其偏析倾向简介[1]

(1)稀土元素对基体组织的影响稀土元素除了有改变石墨形态的作用外，还会促进碳化物形成。随着稀土加入量的增加，铸铁基体中铁素体含量减少，珠光体含量增加。当稀土含量超过一定量后就会出现白口。在w(S)量为0.01%的情况下，随着铈加入量的增加，铸铁组织的变化情况为：当铈的加入量分别为0.150%、0.170%、0.175%、0.200%时，珠光体量分别为：50%、60%、70%和出现白口组织。

(2)稀土的偏析倾向稀土在铁液中的偏析倾向比较严重，但是不同稀土元素的偏析情况是不一样的。铈即使在铸铁中处理过度、出现白口的情况下，试样边缘却形成蠕墨层，基体为珠光体组织。这是由于铈的熔点(798℃)比铁低得多，因而造成在结晶凝固过程中铈向凝固较晚的中心部分集聚，使得试样外层铈的含量较中心部分低的缘故。

镧由于其密度(6.166g/cm3)比铁的密度小，所以镧更多地呈现比重偏析的倾向，在球化处理后静置和结晶凝固过程中上浮，造成其在不同高度的含量不同，使试样沿高度方向的石墨形态不同。例如：在不含S的条件下用0.13%镧(质量分数)处理的铸铁试样，上层为球状石墨，底部为蠕虫状石墨，而中心部分为球状石墨和蠕虫状石墨的混合组织。

钕的密度(7.003g/cm3)比铁稍低，熔点(1016℃)虽比铁低，但比铈高得多，所以钕无论在比重偏析和反白口偏析方面都比铈和镧小，在w(S)量0.01%时用0.19%钕处理的铸铁中心部位为60%球状石墨和40%蠕虫状石墨，而在试样上表面层主要是球状石墨，底层和周围则为蠕虫状石墨。

6  改进措施

6.1  防止白口的措施

解决铸件形成的白口主要从以下几个方面：

(1)孕育量的控制：保证随流孕育剂加入量控制在10～12g/s；

(2)降低铁液的冷却速度：从提高型腔温度、在型腔表面喷涂料减少导热、提高浇注温度、控制每包铁液的浇注时间等几个方面采取措施都可以防止铁液凝固时析出渗碳体。

6.2  防止反白口的措施

(1)控制铁液中w(Re残)，w(Mg残)的含量：①使用FeSiMg8Re3合金替代FeSiMg8Re5合金降低铸件中残留稀土和镁的含量；②控制回炉料的加入量。

(2)提高球化处理温度和浇注温度，使得球化剂能够充分熔化，并扩散均匀。

最后要指出的是，稀土在铸铁中偏析倾向严重。用稀土处理的球铁存在反白口和表皮蠕墨层生成倾向，在生产中应该引起注意。