提高灰铸铁孕育效果的关键措施

[原文来自：www.11jj.com]

孕育以获得细珠光体基体及A型分布的石墨组织为灰铸铁的原则，是提高灰铸铁力学性能、改善石墨形状与分布的有效措施。但在实际生产中，情况复杂，孕育效果往往与期望值相差甚远，下面就生产中经常发生的一些问题进行分析，以便改进。

一、孕育的定义

至今国内对于孕育的机理尚未有完全一致的看法。但对孕育的一些特点则具有下列共性的认识：

（1）炉前性与随流性

孕育处理需在铁液出炉后的炉前处理或在注入铸型前处理,随铁液流入。

（2）少量性与微量性

加入的孕育剂量仅千分之几或万分之几，即可对铸铁的力学性能、物理性能起到明显的改善作用。

（3）时间性与衰退性

孕育后的效果随时间的延长而衰退，要求孕育处理后与浇注结束之间的时间段越短越好。

（4）形核性

孕育促使铁液在凝固结晶时产生大量的石墨晶核促使铁液由Fe-Fe3C结晶体系转变为Fe-C（石墨）结晶体系，从而改变了铸铁的共晶组织，即由白口或麻口组织转变为细灰口组织。大量的生产实践表明，孕育具有下列作用：

（1） 促进石墨化，减少共晶的过冷度，能有效地消除渗碳体，降低铁液的白口倾向，消除铸件薄壁处的白口。

（2） 增加共晶团数，细化石墨，减少过冷度石墨及其伴生的铁素体，获得细小的A型分布的石墨。

（3） 促进与细化珠光体基体，变白口或麻口组织为细灰口组织。

（4） 改善断面敏感性。

（5） 提高力学性能，改善加工性能。

根据上述孕育的作用，下列的孕育定义比较符合实际：在炉前或进入铸型前，向铁液中加入少量的物质（孕育剂），促使铁液中大量石墨核心的产生，改变了铁液的结晶过程，显著地改善了铸铁的组织与性能，该处理的方法称其为孕育。

对孕育的作用与意义看法虽有较一致的看法，但孕育的机理却有不同的解释，有核心论、脱气论、起伏论等，如表1所述。

表1  各类孕育机理概述

机理名称

机理要点

核心论

硅酸盐核心

硅铁加入后，SiO2与FeO生成硅酸盐，呈高弥散度的难熔质点悬浮于铁液中，形成石墨结晶核心

直接核心

石墨系孕育在铁液中产生高弥散的细小石墨，形成石墨核心

氧化物核心

孕育剂中的Al、Ti、Ca、Zr与O生成氧化物，形成氧化物的石墨核心

硫化物核心

与S亲和力大的元素如Mn、Ce、La等形成硫化物石墨结晶核心

固有石墨核心

高CE铁液对低碳CE铁液进行孕育，高CE铁液中的超显微石墨晶核，成为现成的石墨核心

碳化物核心

孕育剂中的Ca、Ba生成的碳化物，成为石墨核心

脱硫

促核论

孕育剂中的脱S元素，脱去铁液中S，降低了S对石墨的阻碍作用，促进了石墨化

脱气促核论

孕育中的脱气元素使铁液中的N、H、O含量减少，缓和了它们对石墨化的阻碍作用，促进了石墨化

浓度、温度起伏论

孕育剂的加入造成铁液显微区域温度与Si浓度的不均匀，显微区的过冷及Si浓度的增加，促使石墨核心的大量产生

上述的论述将加深对提高孕育效果的认识理解。生产中的孕育误差往往是对熔炼方式、熔炼工艺对铁液的形核能力认识不足或孕育剂孕育方式对铁液的形核程度，作用大小认识不足，从而造成孕育效果事倍功半。

二、提高孕育质量与效果的几个环节

1、孕育剂的粒度

生产中，孕育剂粒度过大， 造成熔解不尽，如铸件上形成的“硬点”；稀土孕育剂形成的偏析、反白口；孕育剂中碳化物元素形成的过冷石墨等都是其表征。过细的孕育剂易氧化、飞散、漂浮于液面，失去孕育作用，常在小于1mm的随流孕育剂中发生。生产中常发现：粒度大的孕育剂衰退慢，但增加石墨数量与减少白口方面不如小粒度。小粒度孕育剂增加石墨数多，但衰退快。因此，需根据铸件重量、浇包容量、孕育方式合理选择孕育剂粒度，见表2。

表2  孕育剂粒度选择

出铁槽上与包内孕育

随流孕育

铁液量（Kg）

粒度（mm）

人工随流

（mm）

0.3-0.7

机器随流

（mm）

0.2-0.5

50-100

2-5

100-1000

5-10

1000-3000

15-20

＞5000