球墨鑄鐵黑渣缺陷分析

黑渣（矽酸鎂渣）是一種以MgO和SiO2複合形成的化合物為主體、並含有硫化物、氧化物、鐵、碳以及少量硫、鈣、錳所形成的熔渣。從形態上看，這種熔渣呈塊狀、條索狀或細碎狀。塊狀黑渣常和漂浮石墨結合在一起，尺寸 由幾百微米到幾毫米，鄰近渣區的石墨大部分是片狀或蠕蟲石墨。繩索狀黑渣多半是在鐵水流動時形成，一般多出現在鑄件上部。其附近的石墨多數呈爆裂狀或蠕蟲狀，更遠處有不規則石墨或片狀石墨。單個細碎黑渣體積比較細小，成群地存在於鑄件各處，沒有漂浮石墨的區域也有這種渣存在。渣區附近存在不規則石墨，鄰近渣區氧含量很低。

矽酸鎂渣在光鏡下呈暗黑色，常稱為黑渣。

黑渣的主要組成物是MgO、SiO2組成的復化合物矽酸鎂（2MgO·SiO2或 MgSiO3）和非晶質矽酸鹽，矽酸鎂被稱為鎂橄欖石。在黑渣中的質量分數約為25%~30%。除了鎂橄欖石以外，黑渣中還含有FeSiO4（鐵橄欖石）。MgSiO3和FeSiO4或以聚合狀態或以遊離狀態存在於鐵水中。上述成分的熔渣熔點較高，成為鐵水中的固態渣。

含有鎂和矽的球化合金中鎂大部分以Mg2Si形式存在。合金中的Mg2Si在高溫鐵水中瞬間即行燃燒，殘留物為MgO和矽。矽進一步氧化生成的SiO2與MgO反應，可能產生兩種產物：

2MgO+SO2—>Mg2SiO4（鎂橄欖石）

MgO+SiO2—> MgSiO3（頑輝石）

當MgO和SO2符合2MgO·SiO2化合比或MgO過剩時反應產物絕大多數為

Mg2SiO4，反之則MgSiO3生成量增加。我們希望儘量減少渣中Mg2SiO4量，因為Mg2SiO4含量少的熔渣，易於浮至鐵水錶面而被清除。

爐前處理完畢的鐵水應儘快澆注。因為鐵水停留時間延長，矽的氧化物增多，而且Mg2SiO4的陽離子被鐵離子置換，置換下來的鎂可能又進入新的矽酸鹽，增加黑渣數量。

以矽酸鎂為主體的熔渣量隨加鎂量增加而增加。加鎂0。15%時，熔渣總量約佔鐵水重量的0。1%。球化劑中矽含量低時，Mg2SiO4、晶態和非晶態氧化物均減少。即使球化劑不含矽，上述物質仍存在。球化劑中含有鈰或重稀土元素，明顯減少黑渣的生成量。殘餘鎂量超過0。06%時，黑渣量明顯增加。

MgS不是構成黑渣的物質，但它容易和黑渣聚合，增加黑渣體積。

下表為工藝因素對黑渣生成的影響

黑渣是影響球墨鑄鐵質量的缺陷，應盡力使之減少或消除。主要的消除方法是在鐵水中加入佔鐵水重量0。05%~0。1%的鋁冰晶石（Na3AlF6）。高溫下冰晶石能溶解鐵水及熔渣中的鎂、矽、鈣、鐵、鋁的氧化物，氧化物在冰晶石中溶解後形成熔點較低的液態熔渣。鐵水澆注前鎮靜幾分鐘，熔渣浮於鐵水錶面再加些除渣劑或氟化鈣，使渣呈聚集狀態，即可順利扒除。對減少鑄件中的黑渣十分有效。

值得注意的是：

冰晶石（Na3AlF6）在高溫下反應產物為具腐蝕性和毒性的氟化氫氣體。鑄造生產中使用冰晶石應特別關注。