铸铁材料因其良好的减震耐磨性、铸造性及切削加工性而在工业生产中获得广泛应用。其中球墨铸铁由于其石墨呈球状，对基体的切割作用较小，与灰铸铁相比，可有效利用基体强度的70%~80%，同时也可以通过合金化和热处理进一步提高强韧性、耐磨性、耐蚀性等各项性能。因此，球墨铸铁在一定程度上具有可与钢相媲美的强度和韧性，且生产工艺简单、制造成本低，在汽车、机床、矿石以及核工业等领域都有广泛应用。
国内某核电站应用于现场的偏心蝶阀在检修过程中发现其驱动机构中的拨叉断裂，拨叉的制造材质为QT450-10，在打开阀门过程中，执行机构传动轴带动拨叉移动，通过齿轮使阀门旋转打开，从手动装置图样和断裂零件图片可以看出，拨叉断裂位置是在阀门从全开到关闭的过程中，也就是弹簧瞬间复位时，轴带动拨叉顺时针转动时出现拨叉断裂，如图1所示。
图1 阀门装置及拨叉断裂现场照片
（1）宏观检验 图2为断裂阀门拔叉宏观照片，断口宏观上较为平整，无明显宏观塑性变形，断面呈暗灰色黑麻断面，为脆性断裂，断口表面及附近区域未见明显的腐蚀特征，表明拔叉的断裂与腐蚀无关。
（2）化学成分分析 对拨叉材质进行化学成分分析，结果如表1所示。标准中并未对QT450-10的化学成分做出规定，但在很多文献中提出工厂实际生产过程中对铸态QT450-10的化学成分要求控制在要求范围内。显然，断裂拨叉中Mn、P、S元素明显偏高，Mg、RE元素偏低。生产中为了稳定化学成分和有效控制促进白口化元素和反球化元素，尽量降低Mn、P、S的含量。
（3）金相检验 阀体产品要求其力学性能符合GB/T 12227—2005《通用阀门 球墨铸铁件技术条件》规定。金相组织要求球化等级不低于4级，金相组织主要为铁素体。
在断裂拨叉断口附近取样进行金相检验，抛光态下观察到其石墨并非呈球状，不具有球墨铸铁的特征，更倾向于灰铸铁中的石墨分布形态，如图3、图4和表2所示。
图2 断裂阀门拨叉宏观照片
（4）力学性能测试 在断裂拨叉断口附近取样进行布氏硬度检测，测试设备为SHBRV-187.5型数显布洛维硬度计，检测结果如表3所示。结果表明，拨叉断口附近取样的硬度分布不均匀，硬度范围为91~116HBW。明显低于GB/T 12227—2005中对QT450-10球墨铸铁的硬度要求。
对断裂拨叉取样进行室温拉伸性能测试，拉伸试验在日本岛津AG-IC 100kN精密电子万能材料试验机上进行，试验结果如表4所示。
由图4a)可知：物体在漂移了90 min后第1次出现和岸线相交的情况，且随着时间的推移，预测区域不断扩大。由图4b)可知：漂移物沿岸线的搁浅概率同样呈现先增加后减少的变化趋势，变化幅度与图2比较区别不大。分布的期望处于4 400～4 800 m。仿真结果表明流速的改变同样不能影响触岸概率的整体变化规律。
表1 QT450-10化学成分（质量分数） （%）
元素 C Si Mn P S Mg RE实测值 3.6 2.73 0.42 0.061 0.037 0.022 0.012要求值 3.4~4.0 2.4~3.0 ≤0.4 ＜0.050 ＜0.025 0.04~0.10 0.015~0.04
表2 金相组织检验结果
试样 石墨类型 金相组织近表层 B型+少量粗大A型石墨 铁素体+少量珠光体近心部 D型+E型石墨 铁素体+少量珠光体
图3 抛光态石墨形状
图4 经侵蚀后金相组织
表3 QT450-10布氏硬度试验结果 （HBW）
试样 硬度值 平均硬度近表面 86 103 85 88 96 92中心 125 123 114 104 116 116标准要求 160~210
表4 QT450-10室温拉伸性能检验结果
L2 102 — 0.5 L3 89 — 1.5标准要求 ≥450 ≥310 ≥10试样 Rm /MPa Rp0.2/MPa A（%）试验值 均值 试验值 试验值 均值L1 93 95—2.0 1.3
室温拉伸检验结果表明，3个试样均在未发生屈服的情况下断裂，测得平均抗拉强度仅为95MPa，断后伸长率约为1.3%，远低于GB/T 12227—2005中对QT450-10拉伸性能的要求。
（5）断口微观分析 在ZEISS EVO18型扫描电镜下观察断口微观形貌，如图5所示。断口表面粗糙，无明显塑性变形，整个断口呈现出菊花状解理断裂特征，未见有韧窝和剪切唇，具有典型的灰铸铁脆性断裂断口特征。断面未见明显的气孔、缩松等铸造缺陷。
综上所述，拨叉材料力学性能明显低于GB/T 12227—2005《通用阀门 球墨铸铁件技术条件》中对QT450-10球墨铸铁的要求，为质量不合格产品。从微观组织的检验结果来看，铸铁中的石墨并非呈球状，拨叉材质更倾向于铸造工艺不良的灰铸铁。但从拨叉的化学成分分析结果来看，材质中含有少量Mg及稀土元素，由于球墨铸铁铸造过程中通常会加入稀土硅铁镁合金作为球化剂，由此可见断裂拨叉很可能是由于铸造过程中球化剂衰退失效所导致的。
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球墨铸铁在实际生产过程中，对铁液浇注时间有严格要求，通常从球化处理到浇注完毕应保证在20min以内。这是因为球化剂中的镁、稀土与氧的亲和力大于与硫的亲和力，所以浮在铁液表面的MgS、Ce2S3夹渣物与空气中的氧发生反应：2MgS+O2=2MgO+2S、2Ce2S3+3O2=2Ce2O3+6S，所生成的硫又进入铁液中，与镁、稀土发生反应，Mg+S=MgS、2Ce+3S=Ce2S3，硫化物夹渣不断地被空气氧化，循环进行，从而消耗球化剂，导致球化衰退。另外，由于回硫现象使得铁液中的S、O等活性元素增加，石墨与铁液的界面张力较低，尤其是铁液与石墨棱柱面的界面张力低于与其他面的界面张力，根据热力学能量最低原理，则石墨棱柱面暴露于铁液，造成石墨正常球状生长受到干扰，又因为铁液缺乏形核因子或孕育效果的影响，使得浇注后期石墨的形态主要呈现B型+D型特征，在灰铸铁中B型、D型石墨属于不良石墨形态分布，其存在于基体中将对材料力学性能造成不良影响，致使部件早期疲劳失效。
2.市场化风险合作承包模式。在现有技术、经济、政策下开发无效益甚至负效益的难采储量区块，大港油田提出了在中国石油内部开展市场化风险合作承包的策略，得到中石油集团公司的认可。在严格执行中国石油“油气田开发管理规定”和矿权归属不变的前提下，邀请渤海钻探、长城钻探、大港油田集团公司3 家企业参加6 个难采储量区块的开发竞标。通过竞标，与渤海钻探工程有限公司、长城钻探工程有限公司、大港油田集团有限责任公司3 家企业签订了滨海一区、塘沽-长芦、叶三拨等6个风险区块的开发协议。生产期间，全部油气产量归甲方所有，由甲方按照中国石油相关规定向乙方支付服务费。
图5 断口微观形貌
（1）断裂拨叉在原始铸造过程由于球化衰退导致力学性能下降，阀门动作过程中受到瞬间载荷发生脆性断裂。
项目工程在进行施工的过程里，如果建筑单位以及监理的部门无法有效的发挥与落实监督与管理的职责，就会导致在进行实际施工的过程里频繁发生方案变更的情况。一般情况下，建筑项目工程在施工之前应该经过严格的可行性把控与审批，才可以被允许去建设施工，而且在建设过程中不允许随意的变更与修改设计的内容。但是在实际的施工环境中，许多的建设单位总是会在准备不足的情况下进行投产或施工，往往对于项目投资额的管理不够，审查设计不严格，施工的标准把握不到位，未按照招标文件的相关合同规定，没有进行高度重视和，且质量关把控不严，导致后期呈现了施工与方案变更，给工程的造价管理带来一系列的麻烦问题。
（2）严格控制球墨铸铁件铸造过程中的浇注时间，避免出现球化衰退。
（3）加强对采购备件的抽检。
参考文献：
[1] 杨世洲，傅骏.铸态QT450-10球墨铸铁熔炼过程控制[J].铸造技术，2009，30（5）：599-606.
[2] 王建民，刘君武，周远标，等.铸态QT450-10球磨铸铁生产工艺研究[J].现代铸铁，2007（2）：48-51.
[3] 王永华，王文清，吕洪涛.铸态高韧性球墨铸铁QT450-10的生产[J].铸造技术，2010（9）：1253-1254.
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