對灰(hui)鑄鐵(tie)而言，經熔(rong)煉(lian)過程(cheng)制得的鐵(tie)液中含(han)有(you)適量硫和(he)氧，是(shi)此后進(jin)行有(you)效(xiao)孕育處理的重要條件(jian)，是(shi)不可缺少的。

目(mu)前，對鑄鐵(tie)孕(yun)(yun)育作(zuo)用的(de)(de)(de)機制尚未(wei)完(wan)全認(ren)識，仍存在(zai)多種說(shuo)法。其中(zhong)(zhong)，非金屬夾(jia)雜(za)物(wu)成(cheng)核(he)說(shuo)已得(de)到廣泛的(de)(de)(de)認(ren)同。通常用于鑄鐵(tie)的(de)(de)(de)孕(yun)(yun)育劑，以硅為(wei)主要成(cheng)分，還含有少量(liang)鋁、鈣、鋯、鋇等(deng)元素。澆注前向鐵(tie)液(ye)中(zhong)(zhong)加入(ru)孕(yun)(yun)育劑后，其中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)活性元素與(yu)鐵(tie)液(ye)中(zhong)(zhong)含有的(de)(de)(de)硫(liu)、氧(yang)作(zuo)用，生成(cheng)大量(liang)微(wei)細的(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)物(wu)、硫(liu)化(hua)物(wu)和硫(liu)氧(yang)復合(he)化(hua)合(he)物(wu)，彌散于鐵(tie)液(ye)中(zhong)(zhong)。在(zai)灰(hui)鑄鐵(tie)鐵(tie)液(ye)的(de)(de)(de)共晶(jing)(jing)凝(ning)固過程中(zhong)(zhong)，這(zhe)些夾(jia)雜(za)物(wu)能(neng)作(zuo)為(wei)石(shi)墨的(de)(de)(de)外來晶(jing)(jing)核(he)，促進石(shi)墨生核(he)、使共晶(jing)(jing)團細化(hua)。

因(yin)此，灰鑄(zhu)鐵孕(yun)育(yu)處理前的(de)原鐵液中，硫(liu)含量不宜低于(yu)0.06%，保持在(zai)0.06%～0.08%之間(jian)。原鐵(tie)液中硫(liu)(liu)含(han)量(liang)很低時，還有必要故意加入‘硫(liu)(liu)化亞鐵(tie)’使其增硫(liu)(liu)；氧含(han)量(liang)，一般在(zai)20×14-4%～30×10-4%之間(jian)。

對沈陽球墨鑄鐵而言(yan)，硫(liu)和氧(yang)都是(shi)有害元素。特別(bie)是(shi)硫(liu)，屬于(yu)作(zuo)用很強的(de)反球(qiu)化(hua)元素，只在原鐵液(ye)中的(de)含量降低到0.02%以下，才(cai)能保證石(shi)墨的(de)球化(hua)良好，采用型(xing)內球化(hua)工藝時(shi)，還應使(shi)硫含(han)量降(jiang)低(di)到0.01%。因此，降(jiang)低(di)原鐵(tie)液中的(de)硫含(han)量，是進行球化(hua)處理(li)的(de)前提。生產(chan)沈陽球墨鑄鐵件時，嚴格控制爐料，以確保(bao)鐵液中(zhong)的硫含量低，必要時應進行(xing)爐外脫硫作(zuo)業(ye)。

在沈(shen)陽球墨鑄鐵(tie)原鐵(tie)液(ye)中(zhong)加鎂(mei)(mei)進(jin)行球化處理(li)時(shi)，鎂(mei)(mei)與鐵(tie)液(ye)中(zhong)的硫(liu)和(he)氧發生(sheng)(sheng)反應(ying)，生(sheng)(sheng)成(cheng)MgS和MgO。有資(zi)料(liao)說，加鎂后可使鐵(tie)液中(zhong)的硫(liu)含(han)量(liang)降低80～90%，氧含(han)量(liang)降低40～50%。可見，鐵(tie)液中(zhong)的硫(liu)、氧含(han)量(liang)高，將使球(qiu)化(hua)劑中(zhong)的鎂大(da)量(liang)損失，導致球(qiu)化(hua)作用難以控制，而且會造成大(da)量(liang)熔渣。所以，生產沈陽球墨(mo)鑄(zhu)鐵件時，對硫和氧都是避之(zhi)尤(you)恐不及(ji)的。

既然如此，在灰鑄(zhu)鐵中有促進石墨(mo)生(sheng)核作用的(de)氧化物(wu)、硫化物(wu)和(he)硫氧復合化合物(wu)，在沈陽球墨鑄鐵(tie)中可否起同樣地作(zuo)用？如(ru)何才能利用這種作(zuo)用？是大家所關(guan)心(xin)的問題。

氧化物(wu)、硫(liu)化物(wu)和硫(liu)氧復合(he)化合(he)物(wu)在沈(shen)陽(yang)球墨鑄鐵(tie)中的作用

根據一些(xie)研究工作的結果，氧化(hua)物、硫化(hua)物和硫氧復合化(hua)合物在沈陽球墨鑄(zhu)鐵中同(tong)樣也(ye)能作為球狀(zhuang)石墨的外來晶核。如果(guo)運用(yong)得當(dang)，將含硫、氧的孕育劑用(yong)于沈陽球墨鑄鐵，可多方面地(di)改善沈陽球墨(mo)鑄鐵的性能，如(ru)：

·石墨球(qiu)的尺寸減小，數量增多(duo)、球(qiu)化(hua)率提高；

·減輕鑄鐵的白口(kou)傾(qing)向，有利于制造薄壁(bi)沈陽(yang)球墨鑄鐵件；

·生(sheng)產厚壁鑄件時，可減輕晶間(jian)偏析，提高鑄件質量；

·生產厚壁鑄件時，可減輕或防止石(shi)墨漂浮；

·使(shi)鑄鐵(tie)組織中鐵(tie)素(su)體量增(zeng)多(duo)；

·減少鑄固過程中的收縮，鑄件產生(sheng)縮松(song)、縮孔的傾向小。

在灰鑄鐵(tie)中(zhong)可作(zuo)為(wei)石(shi)墨(mo)外(wai)來晶(jing)核的氧化(hua)物(wu)、硫(liu)化(hua)物(wu)和(he)硫(liu)氧復合(he)化(hua)合(he)物(wu)，在沈陽球(qiu)墨(mo)鑄(zhu)鐵(tie)中的情況就很不(bu)相同。化學活性很強的鎂能使(shi)其中的大部分還原，生(sheng)成(cheng)MgS和MgO進入熔渣，因而，不足(zu)以(yi)為球狀石墨的(de)形成提供有效的(de)生核條件。

因此，對于(yu)沈陽球墨鑄鐵而(er)言，能作為球狀(zhuang)石(shi)墨外來晶核的(de)氧(yang)化(hua)物、硫化(hua)物和硫氧(yang)復合化(hua)合物，在(zai)熱(re)力學上應比(bi)鎂的(de)氧(yang)化(hua)物和硫化(hua)物更為穩定(ding)。

在鐵液(ye)溫(wen)度下(xia)，常用于(yu)處理鑄鐵的合(he)金元素中，鈰、鈣與(yu)硫、氧的親和力大 于鎂。因而，使鈰、鈣(gai)與硫、氧(yang)結合不失為一種可(ke)取的方(fang)案。

鈰可(ke)與硫、氧(yang)結合(he)，形成的化合(he)物有(you)CeS、Ce2O3、Ce2O2S等(deng)，這(zhe)些化合物在1500℃左右是穩定的，尺寸約為1～3μm，密度約為6.5 g/cm3，基本上呈球形(xing)，可以(yi)彌散分布于鐵液中、作(zuo)為石墨的外來晶(jing)核(he)，而且研(yan)究工作(zuo)中已(yi)見(jian)到(dao)球狀石墨的心部有這(zhe)類化合物。

鈣(gai)的(de)化合物對球狀石(shi)墨的(de)生核也有十(shi)分(fen)重(zhong)要的(de)作用。

孕育劑(ji)

用于沈(shen)陽球墨鑄鐵的(de)原鐵液中硫(liu)(liu)含(han)量都很低，而(er)且(qie)往往要(yao)進行爐(lu)外脫硫(liu)(liu)作業(ye)，很難(nan)穩定(ding)地將(jiang)硫(liu)(liu)含(han)量控制(zhi)在(zai)很窄的(de)范(fan)圍(wei)內。原鐵液中的(de)氧含(han)量也難(nan)以準確(que)地控制(zhi)。 因(yin)此，生(sheng)產沈陽球墨鑄鐵(tie)件時(shi)，要(yao)利用硫(liu)化(hua)物和氧(yang)化(hua)物作為(wei)球狀石墨(mo)的外來(lai)晶核，可(ke)行的方法之一(yi)是將硫(liu)、氧(yang)和鈰、鈣都(dou)配合于孕育(yu)劑中。

適(shi)用于沈陽球墨鑄鐵的(de)、含鈰、鈣、硫、氧等多(duo)種元素的(de)孕(yun)育劑，歐洲早已有商品供應，且有多(duo)種規格的(de)產(chan)品以適應不同的(de)生產(chan)條件。這類孕(yun)育劑，主要成分仍是硅，但(dan)配有細微而(er)分散的(de)氧化物和硫化物，因而(er)外觀多(duo)呈黑色顆粒狀。表1中(zhong)(zhong)列出(chu)了其中(zhong)(zhong)一種的化學成(cheng)分，由此(ci)可見這(zhe)類孕育劑的大致(zhi)情況。

這種孕育(yu)劑(ji)加入鐵(tie)液以(yi)后(hou)，鈰、鈣與(yu)孕育(yu)劑(ji)本(ben)身所含的(de)硫(liu)和(he)(he)氧(yang)反應(ying)，也與(yu)鐵(tie)液中殘(can)留(liu)的(de)硫(liu)和(he)(he)氧(yang)反應(ying)，產(chan)生(sheng)(sheng)硫(liu)化(hua)物(wu)、氧(yang)化(hua)物(wu)和(he)(he)硫(liu)氧(yang)復合化(hua)合物(wu)。這些化(hua)合物(wu)同(tong)樣(yang)可作為球狀石墨(mo)的(de)外來晶核，對石墨(mo)的(de)生(sheng)(sheng)核有重要的(de)作用。鈰還可以(yi)與(yu)其(qi)他微量元素作用，形(xing)成穩定(ding)的(de)金屬間化(hua)合物(wu)，抑制(zhi)(zhi)其(qi)有害(hai)的(de)影響(xiang)。采(cai)用這類孕育(yu)劑(ji)，如果處理、控(kong)制(zhi)(zhi)得(de)當，就可以(yi)得(de)到(dao)前節所列的(de)效果。

由于這類孕育劑(ji)中含有鈰(shi)和(he)(he)鈣，產生的硫化(hua)物、氧化(hua)物和(he)(he)硫氧復合化(hua)合物的穩定(ding)性好(hao)，用于沈陽球(qiu)墨鑄鐵時，可(ke)在(zai)加(jia)鎂(mei)處(chu)理(li)之前作為預(yu)處(chu)理(li)劑加(jia)入，加(jia)入鎂(mei)后絕大(da)部分仍能保持(chi)，不(bu)致(zhi)被鎂(mei)所(suo)還原。

由于這類孕(yun)育(yu)劑中含有硫和(he)(he)氧，即使在加鎂處(chu)(chu)理(li)之后、鐵液中硫、氧含量很(hen)低時加入(ru)，也能形成硫化(hua)(hua)物、氧化(hua)(hua)物和(he)(he)硫氧復合(he)化(hua)(hua)合(he)物，作為石(shi)墨的(de)外(wai)來(lai)晶核。因此，也可在球化(hua)(hua)處(chu)(chu)理(li)后用于澆注(zhu)過程中的(de)瞬時孕(yun)育(yu)。

含硫、氧。鈰、鈣的孕育劑(ji)的應用

化學成分如表1的(de)含硫、氧、鈰、鈣等元素的(de)孕育(yu)劑(ji)（以下(xia)簡稱新型孕育(yu)劑(ji)），既可用于(yu)球(qiu)化(hua)處理前的(de)預處理，也可用于(yu)澆注過程(cheng)中(zhong)的(de)瞬時孕育(yu)。

1.用于預處理

為使新型孕育(yu)劑的應用(yong)得到的效果，采(cai)用(yong)與其特點相適(shi)應的處理方法(fa)。目前看來，采(cai)用(yong)三(san)步處理法(fa)(即預處理(li)、球化處理(li)和(he)孕育處理(li))效果(guo)較好。

在加鎂進(jin)(jin)行球化處(chu)理(li)之前，用新型孕育劑對鐵(tie)(tie)液(ye)進(jin)(jin)行預處(chu)理(li)，引入的(de)鈰(shi)、鈣不僅與孕育劑本身中(zhong)的(de)硫、氧(yang)(yang)結合(he)，形(xing)成化合(he)物(wu)，而且(qie)與鐵(tie)(tie)液(ye)中(zhong)的(de)硫、氧(yang)(yang)反應(ying)，使鐵(tie)(tie)液(ye)進(jin)(jin)一(yi)步脫(tuo)氧(yang)(yang)、脫(tuo)硫。這兩項條件對于石墨(mo)的(de)球化都是非常有利的(de)。

預處理所(suo)用孕育劑的(de)加(jia)(jia)入(ru)量，按需(xu)要加(jia)(jia)入(ru)的(de)鈰計算。從理論(lun)上說，如不考(kao)慮溫度(du)、壓力等外部(bu)條(tiao)件(jian)，鈰的(de)加(jia)(jia)入(ru)量主要決定于兩種因素：

·與硫和氧生成穩定化(hua)合物所需的量；

·與鈦、鉛、鉍等有(you)害元素化(hua)合或形成金屬(shu)間(jian)化(hua)合物所需的量。

實際生(sheng)產(chan)中(zhong)，很(hen)難(nan)準確掌握上述兩方(fang)面的信息(xi)，而且，有害元素的含量往往變化無常，其在鐵液中(zhong)的狀態也無從得知。但是(shi)，在生(sheng)產(chan)條件下進行的試驗(yan)表明，一般(ban)情況(kuang)下，以新型孕育(yu)劑為(wei)載體(ti)，鈰的加入量為(wei)0.002～0.006%即可。

鉍在沈陽球墨(mo)鑄(zhu)鐵中(zhong)有(you)使石墨(mo)形狀退化(hua)的(de)作用，通常(chang)都(dou)認為是(shi)有(you)害元(yuan)素(su)(su)。但是(shi)，在孕育(yu)劑中(zhong)含鈰(shi)(shi)的(de)條(tiao)件下，鈰(shi)(shi)與鉍(bi)結合(he)可形成大量晶核，使石墨(mo)球細(xi)小。對于要求低溫沖擊韌度(du)的(de)鐵素(su)(su)體沈(shen)陽球墨鑄鐵（如QT 400－18L），在(zai)加(jia)(jia)入含鈰孕育劑(ji)的同(tong)時，加(jia)(jia)入少量(liang)的鉍(bi)是(shi)十(shi)分有(you)益的。如果有(you)必(bi)要加(jia)(jia)鉍(bi)，可采(cai)用含鉍(bi)的稀土硅鐵合金，合金用量(liang)按加(jia)(jia)鉍(bi)0.001～0.002%計算。

鐵液經預(yu)處(chu)(chu)理后，還應進行球化(hua)處(chu)(chu)理和孕育處(chu)(chu)理。

經(jing)預處(chu)理的(de)(de)鐵液(ye)，不僅因(yin)硫、氧含量降(jiang)低(di)(di)可(ke)減少(shao)鎂的(de)(de)用量，而且還有另一個促進(jin)石墨(mo)球狀(zhuang)化的(de)(de)因(yin)素(su)，那(nei)就是鐵液(ye)與(yu)石墨(mo)界面(mian)處(chu)的(de)(de)表(biao)面(mian)張力(li)大(da)為提高。鐵液(ye)的(de)(de)表(biao)面(mian)張力(li)也是影(ying)響石墨(mo)球狀(zhuang)化的(de)(de)重(zhong)要因(yin)素(su)之一，要使(shi)石墨(mo)以(yi)球狀(zhuang)析(xi)出，鐵液(ye)與(yu)石墨(mo)界面(mian)處(chu)的(de)(de)表(biao)面(mian)張力(li)很(hen)高。鐵液(ye)中(zhong)溶(rong)有的(de)(de)硫和氧，都是使(shi)其(qi)界面(mian)處(chu)表(biao)面(mian)張力(li)降(jiang)低(di)(di)的(de)(de)重(zhong)要因(yin)素(su)。經(jing)預處(chu)理后，孕育劑(ji)中(zhong)的(de)(de)鈰、鈣可(ke)將鐵液(ye)中(zhong)的(de)(de)硫和氧脫除到很(hen)低(di)(di)的(de)(de)程度，幾乎可(ke)使(shi)表(biao)面(mian)張力(li)倍增。因(yin)此，球化處(chu)理時鎂的(de)(de)加入量可(ke)以(yi)減少(shao)，殘(can)留鎂量在0.03%以下仍能保(bao)持(chi)球化正常。

鐵液經預處(chu)理和加鎂處(chu)理后，仍(reng)有一定的(de)氧含量，孕育(yu)處(chu)理是(shi)保證(zheng)石墨球的(de)數量多和圓整度好(hao)所必需的(de)。這種條件下，孕育(yu)劑可(ke)用75硅鐵。

2.用于瞬時孕育

經球(qiu)化(hua)處理和孕(yun)育(yu)(yu)處理后(hou)的(de)鐵液，如(ru)保持時(shi)(shi)間較(jiao)長，其生核(he)能力即大為削弱(ruo)，導致鑄件出現各種(zhong)(zhong)質量(liang)問題(ti)。如(ru)果在(zai)澆注(zhu)過程中采(cai)(cai)用新型(xing)孕(yun)育(yu)(yu)劑進(jin)行瞬時(shi)(shi)孕(yun)育(yu)(yu)，就會有(you)很強的(de)生核(he)作(zuo)用。而且，有(you)試驗結果表明：采(cai)(cai)用這種(zhong)(zhong)孕(yun)育(yu)(yu)劑，可使石(shi)墨球(qiu)的(de)尺寸大、小(xiao)兼備，呈雙(shuang)峰分布，有(you)助(zhu)于減少(shao)收(shou)縮(suo)缺陷。

以(yi)下舉幾個國外(wai)應用的(de)(de)實例，說明處理的(de)(de)效果。

（1）石墨(mo)球數量增(zeng)多(duo)，厚(hou)截面鑄(zhu)件效果尤為(wei)明(ming)顯

某鑄造(zao)(zao)廠制造(zao)(zao)不同厚度的(de)板狀鑄件(jian)，用感應電爐熔煉(lian)，澆注時隨流瞬時孕育(yu)。原先用含鍶(si)（Sr）的孕(yun)育(yu)劑(ji)，后改用成分如表1所示的新型孕(yun)育(yu)劑(ji)，孕(yun)育(yu)劑(ji)改變前后，不同厚度鑄件上測定的石墨球數見表2。

由表2可見，無論鑄(zhu)件(jian)的(de)壁厚如何，用新型(xing)孕育(yu)劑時，鑄(zhu)件(jian)組織中(zhong)的(de)石墨球數都比用含(han)鍶孕育(yu)劑時多。

還有一點也(ye)很值得注意：用新型孕育劑時，40mm厚鑄件的石墨球數多于5mm厚的鑄件，說明在(zai)鑄件共晶(jing)凝(ning)固的過程中還(huan)有二次生核作用，這(zhe)也(ye)是(shi)石墨球的尺寸呈雙峰分布(bu)的原因。

采用新型孕(yun)育劑(ji)后，孕(yun)育劑(ji)用量(liang)降(jiang)低了(le)很多，而鑄(zhu)件產生收縮缺陷(xian)的情況減少。

（2）用于薄壁鑄件(jian)的效果

某鑄造廠用(yong)感應電(dian)爐熔煉，原先用(yong)含硅、鋯、錳(meng)、鈣的(de)孕育劑(ji)隨(sui)流瞬時孕育，經常(chang)遇見的(de)問(wen)題(ti)是：形狀復(fu)雜的(de)沈陽球墨鑄鐵(tie)件薄壁處出現碳(tan)化物，而(er)(er)熱節部(bu)位則有因收縮(suo)而(er)(er)致(zhi)的疏松。

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(ye)生產中的廢品率明顯降低，而孕育劑用量減少了25%。

（3）用于厚壁鑄(zhu)件的效果

主要產品為厚截面沈陽球墨鑄(zhu)鐵(tie)件的某鑄(zhu)造(zao)廠(chang)，用感應電爐熔煉，用蓋包法進行球化(hua)處理。鑄(zhu)件質量方(fang)面存在的問(wen)題(ti)主要是石墨(mo)(mo)漂浮(fu)、偏析(xi)、石墨(mo)(mo)畸(ji)形和(he)收縮缺陷。后采用在澆包中(zhong)沖入的方(fang)式(shi)進行瞬時孕(yun)育(yu)(yu)，并用含(han)鋇(bei)的孕(yun)育(yu)(yu)劑和(he)新型(xing)孕(yun)育(yu)(yu)劑作了對比。

用含鋇的(de)孕育劑時，鑄件(jian)微觀組織中石(shi)墨(mo)球(qiu)數為187個/mm2。

采用新型(xing)孕育(yu)劑時(shi)，石(shi)墨球數為357個/mm2，而且(qie)石墨球(qiu)尺寸(cun)的變化范圍較寬，呈(cheng)雙(shuang)峰(feng)分布(bu)，球(qiu)化率也提高(gao)了10%，鑄件(jian)的收縮缺陷明顯減少。

由于石墨球數增(zeng)多，晶(jing)間偏析減少，鑄(zhu)鐵的(de)抗拉強度和沖擊韌(ren)度提(ti)高，同(tong)時加工性能也顯著改(gai)善(shan)，刀(dao)具壽命(ming)提(ti)高了50%。

（4）大模數鑄件收縮(suo)缺(que)陷減少

某(mou)鑄造廠經常(chang)生產模數較(jiao)大的(de)鑄件，關鍵截面(mian)處有縮(suo)孔一(yi)直是(shi)困擾(rao)工藝人(ren)員(yuan)的(de)問題。采用新型孕(yun)育(yu)劑進(jin)行瞬時(shi)孕(yun)育(yu)處理后，取得了(le)很好的(de)效果(guo)。