對灰鑄鐵而言，經(jing)熔(rong)煉(lian)過(guo)程制得(de)的鐵液中含有適量硫和(he)氧，是此后進行有效(xiao)孕育處理的重要條(tiao)件，是不可缺(que)少的。

目前，對鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)孕(yun)(yun)育(yu)作用(yong)的(de)(de)(de)機制尚未(wei)完全認(ren)識，仍存在(zai)多(duo)種說(shuo)法。其(qi)中(zhong)，非金屬(shu)夾(jia)雜物成(cheng)(cheng)核(he)說(shuo)已得(de)到(dao)廣泛的(de)(de)(de)認(ren)同。通常用(yong)于鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)的(de)(de)(de)孕(yun)(yun)育(yu)劑，以硅為主要成(cheng)(cheng)分，還含有少量鋁、鈣、鋯、鋇(bei)等元(yuan)(yuan)素。澆注前向鐵(tie)(tie)(tie)(tie)液中(zhong)加入孕(yun)(yun)育(yu)劑后，其(qi)中(zhong)的(de)(de)(de)活性元(yuan)(yuan)素與鐵(tie)(tie)(tie)(tie)液中(zhong)含有的(de)(de)(de)硫(liu)、氧(yang)(yang)作用(yong)，生成(cheng)(cheng)大量微細的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)化物、硫(liu)化物和硫(liu)氧(yang)(yang)復合化合物，彌(mi)散于鐵(tie)(tie)(tie)(tie)液中(zhong)。在(zai)灰鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)鐵(tie)(tie)(tie)(tie)液的(de)(de)(de)共晶(jing)凝固過程中(zhong)，這些(xie)夾(jia)雜物能(neng)作為石墨(mo)的(de)(de)(de)外(wai)來晶(jing)核(he)，促(cu)進石墨(mo)生核(he)、使共晶(jing)團細化。

因此，灰鑄鐵孕育處理前的原鐵液(ye)中，硫含量不宜低于0.06%，保持在0.06%～0.08%之間。原(yuan)鐵(tie)液(ye)中硫(liu)含量很低時，還有(you)必要(yao)故意加入‘硫(liu)化亞鐵(tie)’使其(qi)增硫(liu)；氧含量，一(yi)般(ban)在20×14-4%～30×10-4%之間。

對沈陽球墨鑄(zhu)鐵而(er)言，硫和氧都(dou)是有害元(yuan)素。特(te)別是硫，屬于作用很強的(de)反球化元(yuan)素，只在原鐵液中的(de)含量降低到0.02%以下，才能(neng)保(bao)證石(shi)墨的球化良好，采用型內球化工藝時，還應使硫(liu)含量降(jiang)低到0.01%。因此，降(jiang)低原鐵液中的硫(liu)含量，是進(jin)行球化處理的前提。生產沈陽球墨鑄鐵件時(shi)(shi)，嚴格控(kong)制爐(lu)料，以(yi)確保鐵液中的硫(liu)(liu)含(han)量低，必(bi)要時(shi)(shi)應進行爐(lu)外脫硫(liu)(liu)作業。

在沈陽(yang)球墨鑄(zhu)鐵原鐵液中加鎂進(jin)行(xing)球化處(chu)理時，鎂與鐵液中的硫和氧發(fa)生反應，生成MgS和MgO。有資料說，加鎂后可(ke)使(shi)(shi)鐵液(ye)中的(de)硫含量(liang)降(jiang)低80～90%，氧含量(liang)降(jiang)低40～50%。可(ke)見，鐵液(ye)中的(de)硫、氧含量(liang)高，將使(shi)(shi)球化劑(ji)中的(de)鎂大(da)量(liang)損失，導(dao)致(zhi)球化作用(yong)難以控制，而(er)且會(hui)造成大(da)量(liang)熔渣。所以，生(sheng)產沈陽(yang)球(qiu)墨(mo)鑄鐵件時，對硫和氧都是避(bi)之(zhi)尤恐不及的。

既然如(ru)此，在灰鑄鐵中有促進(jin)石墨生核作用的氧(yang)化(hua)物(wu)、硫化(hua)物(wu)和硫氧(yang)復合化(hua)合物(wu)，在沈(shen)陽(yang)球墨鑄(zhu)鐵中可否起同樣地作用？如何才能利用這種作用？是大家所(suo)關心的問(wen)題。

氧化物(wu)、硫化物(wu)和硫氧復合(he)化合(he)物(wu)在(zai)沈陽球(qiu)墨鑄(zhu)鐵中的作(zuo)用

根據一(yi)些研(yan)究工作(zuo)的結果，氧化物、硫化物和硫氧復合(he)化合(he)物在沈陽球墨鑄鐵中同樣也能作為(wei)球(qiu)狀石(shi)墨的外來晶核。如(ru)果運用(yong)得當，將含硫、氧(yang)的孕育(yu)劑用(yong)于沈(shen)陽球墨(mo)鑄鐵，可多方面地(di)改善沈陽球(qiu)墨鑄鐵的性能(neng)，如：

·石墨(mo)球(qiu)的尺寸減小，數量(liang)增多、球(qiu)化率提高(gao)；

·減輕鑄鐵的白口(kou)傾向，有利于制(zhi)造薄壁(bi)沈陽(yang)球墨(mo)鑄鐵件；

·生產厚壁鑄件時(shi)，可(ke)減輕晶間偏(pian)析，提高鑄件質量(liang)；

·生產厚壁鑄件時，可減輕或防止石墨漂浮；

·使鑄鐵組織(zhi)中鐵素體量增(zeng)多(duo)；

·減少(shao)鑄(zhu)固過程中的收縮(suo)，鑄(zhu)件產生縮(suo)松、縮(suo)孔的傾向小。

在(zai)灰鑄(zhu)鐵(tie)中可作為石(shi)墨(mo)外(wai)來晶核的氧(yang)化物、硫(liu)化物和(he)硫(liu)氧(yang)復合化合物，在(zai)沈陽球墨鑄鐵中的情況就很不相同。化學活性很強的鎂(mei)能使其(qi)中的大部分還原，生成MgS和MgO進入熔渣，因(yin)而(er)，不(bu)足以為球(qiu)狀石(shi)墨的形成提供有效的生核條件。

因此(ci)，對于沈陽球墨鑄鐵而言，能(neng)作為球狀石墨外(wai)來(lai)晶核的氧化(hua)物、硫(liu)化(hua)物和硫(liu)氧復合化(hua)合物，在熱力學上(shang)應比鎂(mei)的氧化(hua)物和硫(liu)化(hua)物更為穩定。

在鐵液溫(wen)度下，常用于處理鑄鐵的(de)合金元(yuan)素中(zhong)，鈰、鈣與(yu)硫、氧的(de)親和力(li)大 于鎂。因而，使鈰、鈣與(yu)硫、氧結合不失(shi)為一種可取(qu)的方案(an)。

鈰可(ke)與硫(liu)、氧結合，形成(cheng)的化合物有CeS、Ce2O3、Ce2O2S等，這些(xie)化合物在1500℃左右是(shi)穩定的(de)(de)，尺寸(cun)約(yue)為1～3μm，密度約(yue)為6.5 g/cm3，基本(ben)上呈(cheng)球(qiu)形，可以彌散分布于鐵(tie)液中、作為石(shi)墨(mo)的(de)(de)外來晶核(he)，而且(qie)研究(jiu)工作中已見到球(qiu)狀(zhuang)石(shi)墨(mo)的(de)(de)心部有這類化合物。

鈣(gai)的(de)化(hua)合(he)物對(dui)球狀石(shi)墨(mo)的(de)生(sheng)核也有十(shi)分重要的(de)作(zuo)用。

孕育劑

用于沈陽(yang)球(qiu)墨鑄鐵(tie)(tie)的(de)原鐵(tie)(tie)液中硫(liu)含量都很(hen)(hen)低(di)，而且往往要(yao)進行爐外脫硫(liu)作業，很(hen)(hen)難穩(wen)定地將硫(liu)含量控(kong)制(zhi)在很(hen)(hen)窄的(de)范圍內。原鐵(tie)(tie)液中的(de)氧含量也(ye)難以(yi)準確地控(kong)制(zhi)。 因(yin)此，生產沈陽(yang)球墨(mo)鑄(zhu)鐵件時，要利(li)用硫化物和氧化物作為(wei)球(qiu)狀(zhuang)石墨的外(wai)來晶核，可行的方(fang)法之一(yi)是將硫、氧和鈰、鈣都(dou)配合于(yu)孕(yun)育劑中。

適用于沈(shen)陽球墨鑄(zhu)鐵(tie)的(de)、含鈰、鈣、硫、氧等(deng)多(duo)種元素(su)的(de)孕(yun)育劑，歐洲早已(yi)有(you)商品供(gong)應，且有(you)多(duo)種規格(ge)的(de)產品以適應不同的(de)生(sheng)產條件。這類孕(yun)育劑，主要成分(fen)仍是硅，但配有(you)細微而(er)分(fen)散的(de)氧化物(wu)和硫化物(wu)，因而(er)外觀(guan)多(duo)呈黑(hei)色(se)顆粒狀(zhuang)。表1中列出了其中一種的化(hua)學成分(fen)，由(you)此可見(jian)這類孕育劑的大(da)致(zhi)情況(kuang)。

這(zhe)種(zhong)孕育(yu)(yu)劑(ji)加入鐵液(ye)(ye)以后，鈰、鈣(gai)與孕育(yu)(yu)劑(ji)本(ben)身(shen)所(suo)(suo)含的(de)(de)硫(liu)和(he)(he)氧(yang)反應(ying)，也與鐵液(ye)(ye)中殘留的(de)(de)硫(liu)和(he)(he)氧(yang)反應(ying)，產生硫(liu)化(hua)物、氧(yang)化(hua)物和(he)(he)硫(liu)氧(yang)復合(he)化(hua)合(he)物。這(zhe)些化(hua)合(he)物同(tong)樣可作(zuo)(zuo)為(wei)球狀石墨的(de)(de)外來晶核(he)，對石墨的(de)(de)生核(he)有(you)重要的(de)(de)作(zuo)(zuo)用。鈰還可以與其他微量元素作(zuo)(zuo)用，形成穩定的(de)(de)金屬間化(hua)合(he)物，抑(yi)制其有(you)害的(de)(de)影響。采用這(zhe)類孕育(yu)(yu)劑(ji)，如果處(chu)理(li)、控制得當(dang)，就可以得到前節所(suo)(suo)列的(de)(de)效果。

由于這類孕育(yu)劑中含有鈰和(he)鈣，產生的(de)硫(liu)化(hua)物(wu)、氧化(hua)物(wu)和(he)硫(liu)氧復合化(hua)合物(wu)的(de)穩定性好，用于沈陽球墨鑄鐵時，可在加(jia)(jia)鎂(mei)(mei)處(chu)理之前作為預處(chu)理劑加(jia)(jia)入(ru)(ru)，加(jia)(jia)入(ru)(ru)鎂(mei)(mei)后(hou)絕大部分(fen)仍能保持，不致被(bei)鎂(mei)(mei)所還原。

由(you)于這類孕育(yu)劑中(zhong)(zhong)含有(you)硫(liu)(liu)和(he)氧，即(ji)使(shi)在加鎂處理之(zhi)后、鐵(tie)液中(zhong)(zhong)硫(liu)(liu)、氧含量很低時加入，也能形成硫(liu)(liu)化(hua)(hua)物(wu)、氧化(hua)(hua)物(wu)和(he)硫(liu)(liu)氧復合化(hua)(hua)合物(wu)，作為(wei)石墨的外來晶核。因(yin)此(ci)，也可在球化(hua)(hua)處理后用于澆注過程中(zhong)(zhong)的瞬時孕育(yu)。

含硫、氧。鈰、鈣的(de)(de)孕育劑的(de)(de)應用

化學(xue)成分如表1的含硫、氧、鈰、鈣等元素的孕(yun)育劑（以下簡稱(cheng)新(xin)型孕(yun)育劑），既可(ke)用于(yu)球化處(chu)理(li)前的預(yu)處(chu)理(li)，也可(ke)用于(yu)澆注過程中的瞬時(shi)孕(yun)育。

1.用(yong)于(yu)預處理

為使新型孕育劑的應用(yong)得(de)到的效果，采(cai)用(yong)與其特點相(xiang)適應的處(chu)理方法。目前看來，采(cai)用(yong)三(san)步處(chu)理法(即預處(chu)理、球化(hua)處(chu)理和孕育處(chu)理)效果較(jiao)好(hao)。

在(zai)加(jia)鎂進(jin)行球化處理(li)之前，用(yong)新型孕(yun)育劑對(dui)鐵液(ye)進(jin)行預處理(li)，引入(ru)的(de)鈰、鈣不僅與孕(yun)育劑本(ben)身中(zhong)的(de)硫、氧結合(he)，形成化合(he)物，而且與鐵液(ye)中(zhong)的(de)硫、氧反應，使(shi)鐵液(ye)進(jin)一步(bu)脫氧、脫硫。這兩項條件對(dui)于石墨的(de)球化都是非常有利的(de)。

預(yu)處理(li)所用孕(yun)育劑的(de)(de)加入量(liang)，按(an)需要加入的(de)(de)鈰計算。從(cong)理(li)論上說，如不考慮(lv)溫度、壓力等外部條件，鈰的(de)(de)加入量(liang)主要決定(ding)于(yu)兩種因(yin)素：

·與硫和氧生成穩定化合物所需的量(liang)；

·與鈦(tai)、鉛、鉍(bi)等有害元素化(hua)合(he)或形成金(jin)屬間化(hua)合(he)物所(suo)需的量(liang)。

實際生(sheng)(sheng)產中，很(hen)難準確(que)掌握上述兩方面的(de)(de)信息，而且，有(you)害元素的(de)(de)含量(liang)往往變化無常，其在鐵液中的(de)(de)狀態也無從得(de)知。但是，在生(sheng)(sheng)產條件下(xia)進行的(de)(de)試驗(yan)表明，一般情況下(xia)，以(yi)新型孕育劑為載(zai)體(ti)，鈰的(de)(de)加入(ru)量(liang)為0.002～0.006%即可(ke)。

鉍在沈陽球墨鑄(zhu)鐵中有(you)使石(shi)墨形(xing)狀(zhuang)退化的作用，通常都認為(wei)是(shi)有(you)害元(yuan)素。但(dan)是(shi)，在孕育劑中含鈰(shi)的條件下，鈰(shi)與鉍(bi)結合可形(xing)成大量(liang)晶(jing)核，使石(shi)墨球細小。對于要(yao)求(qiu)低溫(wen)沖擊韌度的鐵素體(ti)沈陽(yang)球墨鑄鐵（如QT 400－18L），在(zai)加(jia)(jia)入(ru)含(han)鈰孕育劑的(de)同(tong)時，加(jia)(jia)入(ru)少(shao)量的(de)鉍(bi)是(shi)十分有益的(de)。如(ru)果有必要加(jia)(jia)鉍(bi)，可(ke)采用(yong)含(han)鉍(bi)的(de)稀土硅鐵合金(jin)，合金(jin)用(yong)量按(an)加(jia)(jia)鉍(bi)0.001～0.002%計算(suan)。

鐵液經預處理(li)后，還應進(jin)行球化處理(li)和(he)孕育處理(li)。

經預(yu)處(chu)(chu)理的(de)(de)鐵(tie)(tie)液，不僅因(yin)(yin)硫(liu)(liu)、氧含量(liang)降低可(ke)減少鎂的(de)(de)用量(liang)，而(er)且(qie)還有另一個促進石(shi)墨(mo)球(qiu)狀化(hua)的(de)(de)因(yin)(yin)素(su)，那就是(shi)鐵(tie)(tie)液與(yu)石(shi)墨(mo)界面(mian)處(chu)(chu)的(de)(de)表(biao)面(mian)張(zhang)(zhang)(zhang)力(li)大為提高(gao)。鐵(tie)(tie)液的(de)(de)表(biao)面(mian)張(zhang)(zhang)(zhang)力(li)也是(shi)影響石(shi)墨(mo)球(qiu)狀化(hua)的(de)(de)重要因(yin)(yin)素(su)之(zhi)一，要使石(shi)墨(mo)以(yi)球(qiu)狀析出，鐵(tie)(tie)液與(yu)石(shi)墨(mo)界面(mian)處(chu)(chu)的(de)(de)表(biao)面(mian)張(zhang)(zhang)(zhang)力(li)很(hen)高(gao)。鐵(tie)(tie)液中(zhong)溶有的(de)(de)硫(liu)(liu)和氧，都(dou)是(shi)使其(qi)界面(mian)處(chu)(chu)表(biao)面(mian)張(zhang)(zhang)(zhang)力(li)降低的(de)(de)重要因(yin)(yin)素(su)。經預(yu)處(chu)(chu)理后，孕(yun)育劑中(zhong)的(de)(de)鈰(shi)、鈣可(ke)將鐵(tie)(tie)液中(zhong)的(de)(de)硫(liu)(liu)和氧脫(tuo)除到(dao)很(hen)低的(de)(de)程度，幾乎可(ke)使表(biao)面(mian)張(zhang)(zhang)(zhang)力(li)倍(bei)增。因(yin)(yin)此，球(qiu)化(hua)處(chu)(chu)理時鎂的(de)(de)加入(ru)量(liang)可(ke)以(yi)減少，殘(can)留鎂量(liang)在(zai)0.03%以下(xia)仍能保持球化(hua)正常。

鐵液經(jing)預處(chu)理和加鎂處(chu)理后，仍有一定的(de)氧含量(liang)，孕育處(chu)理是保(bao)證石墨球的(de)數(shu)量(liang)多和圓整度(du)好所必需的(de)。這種條件下，孕育劑可用75硅鐵(tie)。

2.用于瞬時孕(yun)育(yu)

經(jing)球化(hua)處理(li)和(he)孕(yun)(yun)(yun)育(yu)處理(li)后的鐵液，如(ru)保持時間(jian)較(jiao)長，其生核(he)能力即大為削弱，導致鑄件出現(xian)各(ge)種質量問題。如(ru)果(guo)在澆(jiao)注(zhu)過程中(zhong)采(cai)用新型孕(yun)(yun)(yun)育(yu)劑(ji)進行瞬時孕(yun)(yun)(yun)育(yu)，就會(hui)有(you)很(hen)強的生核(he)作用。而且，有(you)試(shi)驗結(jie)果(guo)表明：采(cai)用這種孕(yun)(yun)(yun)育(yu)劑(ji)，可使石墨球的尺寸大、小兼(jian)備，呈雙峰分布，有(you)助于減少收縮缺陷。

以下舉幾個國外應用的實例，說明處理的效果。

（1）石墨球數量(liang)增多，厚截面鑄件(jian)效(xiao)果(guo)尤為明(ming)顯

某鑄造廠制(zhi)造不(bu)同(tong)厚度(du)的板狀鑄件，用感應電爐熔(rong)煉，澆注時(shi)隨流瞬(shun)時(shi)孕育。原先用含鍶（Sr）的孕育劑，后(hou)改用成分如(ru)表(biao)1所示的新型孕育劑，孕育劑改變前后(hou)，不(bu)同厚(hou)度鑄件上(shang)測定的石(shi)墨球(qiu)數見(jian)表(biao)2。

由表2可見，無論鑄件(jian)(jian)的壁厚(hou)如何，用(yong)新(xin)型孕(yun)育(yu)劑時，鑄件(jian)(jian)組(zu)織中(zhong)的石(shi)墨球數都比用(yong)含鍶孕(yun)育(yu)劑時多。

還有一點也很(hen)值得注(zhu)意：用新型孕育劑(ji)時，40mm厚鑄件(jian)(jian)的石(shi)墨球數多于5mm厚的鑄件(jian)(jian)，說明(ming)在鑄件(jian)(jian)共晶(jing)凝(ning)固的過程中還有(you)二次生(sheng)核(he)作用，這也是石(shi)墨球的尺寸呈雙峰分布的原(yuan)因。

采用(yong)新型孕育劑(ji)后(hou)，孕育劑(ji)用(yong)量降低了很多，而鑄件(jian)產(chan)生收縮缺陷(xian)的情況(kuang)減少。

（2）用于薄(bo)壁鑄(zhu)件的效(xiao)果

某鑄造廠用(yong)(yong)感(gan)應電爐熔煉，原先用(yong)(yong)含硅、鋯(gao)、錳、鈣的孕育(yu)劑(ji)隨流瞬時孕育(yu)，經常遇(yu)見的問(wen)題是：形狀復雜的沈陽球墨(mo)鑄鐵件薄(bo)壁(bi)處出現碳化物，而熱節部位則有因(yin)收縮(suo)而致的疏(shu)松。

改用新型孕育劑隨流孕育后，消除了薄壁處的碳化物，肥厚處的微觀疏松也大為減輕。也生產中的廢品率明顯降低，而孕育劑用量減少了25%。

（3）用于厚(hou)壁鑄(zhu)件的效果(guo)

主要產品為厚截面沈(shen)陽球墨鑄(zhu)鐵件的(de)某鑄(zhu)造(zao)廠，用(yong)感應電爐熔煉，用(yong)蓋包法進行(xing)球化(hua)處(chu)理。鑄(zhu)件質(zhi)量方面存在的(de)問(wen)題(ti)主要是(shi)石墨漂浮(fu)、偏析、石墨畸形和收(shou)縮缺陷(xian)。后采(cai)用(yong)在澆包中沖入(ru)的(de)方式(shi)進行(xing)瞬(shun)時孕(yun)(yun)育，并用(yong)含(han)鋇的(de)孕(yun)(yun)育劑和新型孕(yun)(yun)育劑作了(le)對(dui)比(bi)。

用(yong)含鋇的孕育劑(ji)時，鑄件微觀(guan)組織中(zhong)石墨(mo)球數為187個(ge)/mm2。

采用(yong)新(xin)型孕育劑(ji)時，石墨球數(shu)為(wei)357個/mm2，而且石墨球尺寸的(de)變化范圍(wei)較寬(kuan)，呈雙峰分布，球化率也提高(gao)了10%，鑄件的(de)收(shou)縮缺陷明顯減少。

由于石墨球數增多(duo)，晶間(jian)偏(pian)析減少，鑄(zhu)鐵的抗拉強度和沖擊韌度提高(gao)(gao)，同(tong)時加(jia)工性能也顯著改善，刀具壽(shou)命提高(gao)(gao)了50%。

（4）大模數鑄件(jian)收縮缺(que)陷減少(shao)

某鑄造廠經常生(sheng)產(chan)模(mo)數較大的(de)鑄件(jian)，關鍵截面(mian)處有縮孔一直是(shi)困(kun)擾(rao)工藝人員的(de)問題。采(cai)用新型孕(yun)育劑進行瞬時孕(yun)育處理后，取得了很好的(de)效果。