由于安全原因，某些鑄造工藝的應用要求球墨鑄鐵沒有熔渣引起的表面缺陷。人們已經知道在產生這些缺陷的過程中，鎂、鐵液和溫度的作用。但是，更嚴重的熔渣缺陷可以和原鐵液中已存在的氧化反應聯系起來。
　　金相學的證據支撐了熔渣缺陷的這種附加的原因。在本文中，探究了此種熔渣缺陷的起源，并提供了預防這種缺陷的建議。
　　公認的原因
　　熔渣是一種薄膜型非金屬夾雜物，是鑄造工作者和顧客關注的重點，因為它會影響表面質量并促進裂紋的形成。以生產實踐為基礎的技術文獻表明鑄鐵中的熔渣由三種基本因素引起：鎂處理、再氧化和充型過程中的擾動。
　　鎂處理過程中，反應產物的種類和數量依賴于熔融的化學過程、處理溫度和母合金成分。酸性沖天爐中會提高富含硫化錳的熔渣的含量，這很容易辨認。如圖1。電爐熔化或用油、天然氣加熱旋轉爐熔化可以產生更少的以薄膜型鎂硅酸鹽夾雜物（頑火輝石和鎂橄欖石）為主的復合渣。如圖2。
　　液態冷卻過程中，鎂以一種依賴溫度走向的預定方式氧化。在較高溫度下鎂氧化后形成薄膜渣，在較低溫下產生含硅量更高的固體渣。
　　典型的母合金包含較低含量的鎂（<10%），而采用線技術的合金鎂元素含量超過20%。因此允許減小添加比例，并潛在減小熔渣量，但這依賴于粉末配方。此外，假定鎂含量越高，能增大熔渣中含有的性狀較一致的氧化鎂含量也越高，但這也并非總是這樣。
　　鎂的再氧化發生在鎂處理之后，并伴隨著溫度下降。當澆注系統內流速過大或發生金屬噴射時，在充型過程中也會發生再氧化。（如圖3）低溫會強化這種現象。
　　熔渣的其他來源
　　鎂處理后，球墨鑄鐵中鎂硅酸鹽夾雜物的產生是不可避免的。夾雜物的含量可高可低，主要取決于上文列出的因素的影響。但是這些夾雜物很少引起厚大鑄件報廢，因為它們一般出現在可以機加工去除的表層。嚴重的熔渣缺陷的起源與鐵液中熔融物的嚴重氧化有關，并深入到鑄件表皮中，而我們真正關心的是怎樣會被視為嚴重熔渣缺陷。
　　如果保持在較低溫度（<1360℃），熔融鐵水中的熔渣隨著在氧化鐵中集聚，會經歷成分上的變化。眾所周知，在灰鐵中氧化錳也起著添加劑的作用。這些氧化物均能降低富硅熔渣的熔點，并促進薄膜型夾雜物的生成，這些夾雜物能與熔融液中的碳發生激烈的反應，產生一氧化碳氣孔。連續使用臟的澆包也會引起相同的結果。由于這種缺陷并不常見，所以不算作熔渣缺陷。
　　盡管鎂是一種著名的還原劑，但在處理過程中，由于有效作用時間很短，鎂不能消除熔渣中所有的氧化鐵。所以處理結束后，熔渣中仍然有富含能增強其活性的氧化鐵的鎂硅酸鹽。
　　充型過程中的擾動會使這種情況惡化，表面氧化引起氧化鐵進一步富集，進而引起冷隔。如圖4。盡管不是主要的因素，但低的澆注溫度（<1320℃）也會加劇這種情況。
　　對一些鑄造從業者來說“熔融物的氧化態”聽上去有歧義，但作為一種估量方法時這種歧義并不存在。人們已經證明氧分析在鑄鐵行業中價值有限。由于熔融物和熔渣是共生的，基于氧化鐵含量決定熔渣一致性的事實，觀察熔渣的狀態比氧分析更容易，花費也更少。如圖5。
　　高度氧化的熔渣會顯示出有清晰顏色的流狀結構。在1460℃以上的溫度，熔渣的出現可能會被忽視，因為它細微地覆蓋在熔池表面，在出鐵過程中給人以溫度比測量結果更低的的感覺。盡管試著撇去表面浮渣，但在出鐵過程中鐵水很容易伴有熔渣。無論使用何種合金，鎂處理后，這種情況都會發生。如圖6。
　　對高熔點熔渣來說情況正相反。高熔點熔渣表現出代表良好一致性的黑色，這有助于在熔爐和澆包中去除浮渣。在鎂處理之后，這種情況仍然保持。如圖7。
　　處理和補救措施
　　長時間保存熔融液和使用臟的澆包都會促進形成嚴重的熔渣。這些情況可能會在不連續的大型鑄件生產中出現。為了防止這種情況發生，有必要對原鐵采取措施來改善過度氧化狀態，這種過度氧化狀態通過爐渣的顏色和總體流動性來顯示。
　　一種方法是改變熔渣的成分使硅元素占優。可以通過添加每2000lb物料10lb（5%）的新硅砂，或在過熱階段進行幾分鐘的強力攪拌來取得上述效果。圖6中左圖部分展示的熔煉過程使用了這種做法。這種方法可以解決拉伸試樣出現測得的伸長率偏低的問題，試樣取自飽受非金屬夾雜物困擾的鑄件。
　　另一種補救措施要求在鎂處理前加入熔渣調節劑。小劑量（0.05%）添加可以獲得很好的結果。但是這樣的產品要求鑄造工作者承擔額外的花費，而且可能并不總是有效。
　　在熔融過程中定期且穩定地添加硅鐵合金或碳化硅，也有可能消除熔渣。但是，除了對成本的考慮外，由于化學過程的局限性，這也并不總能行得通。
　　應該采取類似的措施來設計適當的澆注系統，以預防充型過程中的金屬噴射和擾動。
　　最后，由于熔融物和熔渣的共生關系，對熔渣的改變會給熔融物帶來好處，熔融物中過量的氧會影響形核并反過來減小自動給料的能力。可能會有不尋常的情況存在，所以任何對鑄件質量要求較高的鑄造廠，在觀察熔渣一致性的過程中應該依照本文給出的建議，在必要時對熔融物采取適當的監控。這種方法也可以擴展到灰鐵的熔煉。
　　關于作者
　　Julio Alva是一名意大利的鑄造顧問。
　　摘自《ＭＯＰＥＮ　ＣＡＳＴＩＮＧ／Ａｕｇｕｓｔ》
　　２００９　Ｐ３８－４０　華中科技大學　譙燚軍譯
　　周繼揚校核