304不锈钢精铸件不规则截面和圆形截面点缺陷的形成原因及控制措施

黑色点缺陷常见于熔模铸造304(UNS S30400)不锈钢铸件机加工后表面，许多生产厂家都出现过类似问题，对其点缺陷的形貌、成分等进行了相关实验和检测，研究分析其形成原因，并在此基础上提出了此类缺陷的控制措施。

铸件生产工艺
304不锈钢精密铸件，生产过程中采用熔模精密铸造标准生产工艺，具体工艺过程为：压型制造→蜡模压制→蜡模组装→浸涂料→撒砂→硬化及干燥(重复多次) →脱蜡→造型→焙烧→浇注→落砂→清理。
经固溶处理和机加工后，铸件加工表面可见大小不一的黑点，出现位置主要为浇口附近。

点缺陷形貌特征
在铸件上点缺陷较为集中的位置进行取样、磨样，在A号腐蚀剂中进行腐蚀后在Olympus BX51型光学显微镜上观察其显微组织结构和电缺陷形貌，之后在FEI Sirion200型扫描电子显微镜上进行能谱分析，确定所选区域的成分。

观察结果表明，样品表面点缺陷大致可以分为两类：第一类黑点截面形状不规则，其直径在0.01~0.1mm,且数量较少,如图(a)；第二类黑点截面呈现规则圆形，直径在0.2～1mm，占缺陷的绝大多数，如图(b)。

点缺陷成分特征
首先，在不规则截面黑点区域进行能谱分析，确定其成分及元素含量见表l，可以看出，不规则截面黑点主要由C、O和Fe组成，并含有一定量的Cr和Ni，其中，C和O含量(质量百分比)占一半以上。
表1 不规则截面黑点缺陷成分
元素 C O Cr Fe Ni 总量
含量（质量分数 %） 42.40 11.56 8.03 32.88 5.14 100.00
含量（原子分数 %） 69.45 14.21 3.04 11.58 1.72 100.00
对于具有圆形截面的黑点，任意选取两点对其进行能谱分析，结果表明，黑点主要成分为O、Si和Mn。此外，还含有少量的Cr，其含量为4％左右。

点缺陷形成机理
从整个生产工艺来看，黑点可能产生的环节为：原材料、成形工艺和熔炼。
原材料合格与否，对于铸件质量有较大的影响。首先，对原材料的组织结构和成分进行分析，确定是否由于原材料中含有杂质而导致黑点的产生。304不锈钢是一种典型的奥氏体不锈钢，组织为C在 -Fe中的间隙固熔体。从样品显微组织结构来看，符合奥氏体不锈钢组织结构特征，在其中未发现任何夹杂。在所观察的微区内任意选取5点进行成分分析，取其平均值作为微区成分，见表2，测试结果表明，Fe、Cr、Ni元素的平均含量均介于标准值之间。由此可知，原材料中各元素含量符合标准要求。
表2 原材料成分检测结果
编号 含量（质量分数，%）
 Cr Fe Ni
1 20.92 69.13 9.95
2 18.00 70.15 11.85
3 19.91 70.03 10.06
4 18.13 71.25 10.62
5 19.94 70.13 9.93
平均含量 19.38 70.14 10.48
标准含量 18～20 69～72 10～12
根据能谱分析，在不规则黑点区域内，C和O的含量非常高，其中C含量高达42.40％，O含量为l1.56％。由此可知，这种点缺陷应该是碳化物。原材料的检测结果排除了使铸件增碳的可能，熔炼过程也不会导致金属熔体内大量增碳，最有可能导致这类不规则截面点缺陷的环节，应该是型壳的脱蜡。由于模型的主要成分是石蜡，而石蜡中含有大量的碳元素，如果在脱蜡的过程中石蜡没有完全从型壳内流出，就会有一定的剩余，在焙烧时，残留的石蜡将生成一定量的碳或碳化物。浇注过程中，碳或碳化物在高温金属液的作用下，与氧或金属液中的某些元素发生反应，生成新的碳化物，从而导致了不规则截面黑点的形成。这些碳化物相对于金属液密度较小，在凝固时将上浮，因此其多发位置在浇口附近。
对于圆形截面黑点区域，O、Si和Mn的含量较高，其中O含量高达62％，Si含量在16.43％～20.40％之间，锰含量也高达20％。分析可知，这类点缺陷是由硅和锰的氧化物组成的，可能的产生环节在熔炼工艺。合金熔炼过程中，要进行脱氧和除渣处理。脱氧剂和除渣剂的主要成分为硅铁和锰铁，熔炼时覆盖在金属液表面。由于上述添加剂与高温金属液发生反应，在感应熔炼的强搅拌力作用下，体积较小的添加剂颗粒被卷入到金属液中，因此，其形状趋于球形，具有圆形截面。由此可推断，圆形截面黑点缺陷可能是由于除渣和脱氧过程中杂质的卷入造成的。

点缺陷的控制措施
对于不规则截面点缺陷，主要是由脱蜡过程中石蜡有剩余引起的，解决这种点缺陷的办法要从脱蜡过程入手。其控制措施为：延长在蒸汽中的脱蜡时间，使蜡料充分熔化；脱蜡过程中要确保型壳死角处的石蜡完全脱去。
对于圆形截面点缺陷，主要是熔炼过程中引入硅和锰的氧化物造成的。因此，应对熔炼过程中的熔炼工艺进行优化，具体控制措施为：一方面提高熔炼功率，使得卷入的杂质颗粒完全熔化；另一方面是适当增加除渣次数，规范熔炼操作，尽可能降低杂质卷入的可能性。
依据上述工艺环节，在实际生产过程中有针对性地进行了工艺优化，取得了较好的效果，基本上消除了铸件内部的点缺陷。

更多信息
请直接与我公司服务人员联络（热线电话：0510-83632628），以获得更多的有关304不锈钢及其它高品质不锈钢的选择、应用、热处理及库存等相关资料。
资料来源：无锡市瀚超特殊钢有限公司
『版权所有，转载或引用请注明链接和出处』