一段時間以來，消失模管件表面出現(xiàn)自生銹斑，成為困擾技術人員的一項難題。為搞清楚銹斑的成因，先后排查了爐料組成和熔煉工藝，核對EPS、消失模涂料、型砂等原輔材料的品質性能，仔細觀察分析銹斑在管件上表現(xiàn)出的特點和分布規(guī)律，解析銹斑物質構成，最終找到了銹斑的成因，提出了防治措施,生產取得良好效果。
一、自生銹斑在管件表面呈現(xiàn)的特點和分布規(guī)律所謂管件自生銹斑，是指管件經落砂、拋丸清理后放置在干凈、干燥的環(huán)境下，經過較短的時間由管件內部自身長出來的銹斑。取名自生銹斑以區(qū)別于因外界環(huán)境因素造成的管件表面銹蝕，如：灑水、淋雨或其他液體造成的管件表面生銹。自生銹斑主要突出表現(xiàn)在消失模管件，而煤粉砂濕型、呋喃樹脂砂等砂型鑄造的管件沒有發(fā)現(xiàn)這種銹斑。通過細致觀察，消失模管件自生銹斑具有如下幾個特點：
管件經過拋丸清理后表面潔凈，經過3-5小時管身局部長出細小銹點，隨后銹點數(shù)量增多，由小變大，且邊緣逐漸模糊成為銹斑。經過反復跟蹤觀察，確認銹斑是從管件表面生長出來的，生長速度比潮濕環(huán)境的銹蝕要快得多。剛拋丸后管件照片見圖1；長出銹斑后的管件照片見圖2。
球墨鑄鐵件表面灑水后引起的銹點顏色為淺黃色，管件在潮濕環(huán)境長期存放生銹也為淺黃色，之后變?yōu)樯铧S色，這種長時間的外界氧化銹蝕會連續(xù)地布滿整個管身。自生銹斑的顏色為紅褐色，呈點狀不連續(xù)分布，直徑一般在2-5mm，與外界氧化引起的銹蝕還是有明顯區(qū)別。
球鐵管件管身面積大壁薄，法蘭承口部位厚實，存在明顯的壁厚不均。蕪湖新興鑄管消失模生產管件，通常采用從管身一側引入內澆口工藝。管身是管件的薄壁處，這種澆注系統(tǒng)符合均衡凝固理論。在現(xiàn)場追蹤管件自生銹斑規(guī)律時發(fā)現(xiàn)，內澆口周圍500mm范圍內銹斑數(shù)量最多，距內澆口越遠銹斑越少，內澆口對面沒有銹斑。
同一管件自生銹斑多出現(xiàn)在管身薄壁處，管件厚大部位銹斑不明顯，如法蘭盤、承口很少出現(xiàn)銹斑現(xiàn)象（圖,3，盤插法蘭未見銹斑）。自生銹斑主要出現(xiàn)在內澆口周圍，即使內澆口開在厚壁處，其產生銹斑不如薄壁處開澆口的情況突出。另外不同壁厚管件對比可知：薄壁管件易出現(xiàn)銹斑，厚壁管件出現(xiàn)銹斑幾率小，例如壁厚較大的盲板表面很少看到銹斑，同樣，管件的澆注系統(tǒng)表面很少發(fā)現(xiàn)銹斑。
自生銹斑的淺表性是指銹斑出現(xiàn)在管件表層，深層并沒有銹斑。為了驗證這個判斷，對廢品管件壓開看斷口，斷口上不會長出銹斑；另外，內澆口周圍容易出現(xiàn)銹斑，將內澆口片打斷之后，打磨光滑放置幾天，打磨面上沒有發(fā)現(xiàn)銹斑點。兩個實驗說明，自生銹斑具有淺表性。帶有銹斑的管件再次拋丸后銹斑清除，見圖4。
為了弄清楚管件自生銹斑的成因，委托河北機電職業(yè)技術學院、安徽工程大學等高等院校和科研機構，對自生銹斑的微觀形態(tài)、成分組成進行了檢測，管件銹斑部位和正常部位分別進行能譜分析。分析結果顯示，管件無銹斑的正常位置主要成分有Fe、C、Si、Mn,銹斑處除了含有正常的Fe、C、Mn外，Si、O含量明顯大于正常組織。能譜分析表明，銹斑處含有大量的鐵的氧化物，銹斑核心檢測出大量的Ba元素。
根據(jù)自生銹斑的顏色為紅褐色，能譜分析銹斑處含有大量的Fe和O元素，分析認為銹斑的主要組成物為Fe2O3。斑點狀的銹蝕通常是由于鑄鐵內部不同組織或相之間存在較大的電位差，從而形成了微電池和電化學腐蝕，電化學腐蝕是管件表面自生銹斑產生的根本原因。銹斑中心部位檢測出Ba元素，可能是由于隨流孕育時，Si-Ba復合孕育劑沒有完全熔解于鐵液中，形成了點狀的孕育劑富集。消失模管件局部表面富集Si-Ba孕育劑微質點，構成了不同組織的濃度起伏，組織間存在較大的電位差是電化學腐蝕的基礎。Ba極易與空氣中的水和氧作用生成Ba（OH)2，在一定區(qū)域內形成堿性環(huán)境，這會促使電化學腐蝕持續(xù)進行。
澆口周圍是鐵液最后填充的部位，該部位鐵水充型時間和流程短，隨流孕育劑熔解不充分的現(xiàn)象相對其他部位更明顯，因而澆口周圍自生銹斑相對明顯。距離內澆口遠的部位，鐵水攜帶孕育劑流程長，孕育劑溶解擴散均勻故銹斑少見；厚大鑄件凝固時間長，孕育劑熔解擴散充分，不易產生自生銹斑。對于自生銹斑具有淺表性，一是緣于消失模鐵水充型的附壁效應，型壁更易富集孕育劑；二是型壁表面冷卻快，孕育劑不易溶解充分。消失模鑄造鐵水充型時具有顯著的附壁效應，孕育劑的密度較小，在鐵水中有上浮的傾向，這些因素促使未熔解的孕育劑向鑄件表面匯集，因而相對于砂型鑄造的管件，在相同的澆注條件下消失模鑄造管件易產生自生銹斑。
為了解決管件自生銹斑缺陷，多次調整生產工藝的某一單項參數(shù)進行試驗，試驗結果匯總如下1）其他工藝不變，取消隨流孕育，管件沒有銹斑產生，但球化等級和性能不合格；
2）其他工藝不變，僅將Si-Ba孕育劑更換為75SiFe孕育劑，經跟蹤查證管件沒有銹斑產生，金相組織相對于復合孕育稍差些；
3） 原Si-Ba孕育劑粒度為0.8-1.5mm，加入量0.15-0.20%，銹斑較為突出。將粒度更換為0.2-0.6mm加入量不變，銹斑明顯減少，管件組織性能變化不明顯；
4）使用粒度0.2-0.6mm的Si-Ba孕育劑，加入量調整為0.1-0.15%，銹斑再次減少，管件薄壁處性能變化不明顯，厚大部位石墨數(shù)量減少。
2017年下半年，我們結合對自生銹斑的認識，針對管件壁厚不均、品種多、尺寸跨度大等特點，通過調整隨流孕育裝置給料的均勻性，采用粒度0.2-0.6mm的Si-Ba孕育劑，加入量控制為0.1-0.15%，大件取上限小件取下限，連續(xù)幾個月來，消失模管件自生銹斑得到有效控制。
（1）Si-Ba瞬時隨流孕育劑沒有充分溶解，是球鐵管件出現(xiàn)自生銹斑的主要原因，消失模附壁效應加劇了隨流孕育劑在型壁富集和不均勻熔化。
（2）不同結構特點的鑄件對隨流孕育有不同的要求，薄壁管件與厚壁鑄件相比，要求隨流孕育劑粒度更為細些；薄壁鑄件選用粒度小的75#硅鐵孕育劑合適，厚大鑄件防止球化衰退選用粒度稍大的Si-Ba長效瞬時孕育劑。
（3）消失模管件壁厚不均，可以選用Si-Ba孕育劑粒度0.2-1.0mm，加入量0.1-0.15%，可保證孕育效果并有效避免自生銹斑的產生。
