球鐵生產(chǎn)技術管理知識資料

1、 球鐵生產(chǎn)技術資料 哈爾濱科德威冶金新材料有限責任公司 目錄 頁FeSi合金在儲存過程中的氧化作用 4鑄鐵的孕育 4鋁在鑄鐵中的作用 6Ba在鑄鐵中的作用 7Ca在鑄鐵中的作用 8Ce在鑄鐵中的作用 8S和O在鑄鐵中的作用 9Sr在鑄鐵中的作用 10孕育實踐 11孕育機理 13孕育衰退 14球鐵的Mg含量 16鐵水的取樣 17加蓋中間包的球化處理 19“帶凹坑的Sandwhich”法 21微量和痕量元素鑄在鐵中的作用 22蠕墨鑄鐵 25鐵合金儲倉的結構 27灰鐵用孕育劑的選擇 29球鐵用孕育劑的選擇 31推薦的灰鐵目標成分 31球鐵的推薦目標成分 33球化劑的選擇 34鐵水的保溫 35后期的隨

2、流孕育 37影響鎂在球鐵的包處理中的加入量和回收率的因素 39渣相在球鐵處理和澆鑄時的分布 43球化不良 45球鐵的球化衰退 47可供選擇的中間包包蓋結構 49球鐵的鎂/硫比 51氮氣孔 52氫針孔 53灰鐵中的一氧化碳氣孔 54灰鐵中的渣缺陷 55型內(nèi)球化 56厚大斷面鑄件的孕育 58FeSi合金在儲存過程中的氧化作用在球鐵生產(chǎn)中用作孕育劑的FeSi合金，如果在運輸和儲存過程中受了潮或處于高濕度空氣中，很容易產(chǎn)生表面氧化。這種氧化作用會演變成為一個嚴重問題，尤其是經(jīng)過破碎的，低級細粒硅鐵合金，當其被加入到鐵水中時，會降低其使用效率。這意味著將加大用量，并因此而增加成本和增多因渣而可能導致的問

3、題。 可以把FeSi的氧化程度與其氧含量關聯(lián)起來。已經(jīng)測定過孕育劑和MgFeSi合金的含氧量與其在干燥和高濕度條件下的儲存時間的關系。下圖是所獲得的典型結果。合金在干燥條件下儲存時，其氧含量只會發(fā)生很小的變化，而在儲存過程中受潮時，則顯示出了嚴重的氧化傾向。在干燥和潮濕儲倉中儲存的硅鐵的氧化長度儲存FeSi合金的重要措施（1）總應用密封容器或防水包裝物，如大包裝袋或鋼桶，運輸鐵合金。包裝應很好加以遮蓋以防下雨和水淋。（2）如果鐵合金不得不露天存放，則必須將它們裝在密閉的防水鐵桶或包裝袋中，以免暴露在水或雨中。為使產(chǎn)生冷凝的危險減至最小，應避免大的溫度變化（避免暴露在陽光下）。（3）避免FeSi

4、合金氧化的最好辦法是將其儲存在恒溫的干燥倉庫中。鑄鐵的孕育孕育是用來控制鑄鐵的組織和性能的一種手段， 它是通過為灰鐵的石墨片和球鐵的石墨球的生長增加成核點的數(shù)量來達到的。它將減小共晶凝固期間的過冷，從而使組織中形成堅硬的鐵碳化合物或白口的危險減至最小，尤其是在薄壁鑄件的情況下。孕育劑是在澆鑄前往鐵水中加入的一種材料，它將為石墨提供合適的成核點。最有效的孕育劑是含有少量一種或幾種元素（如Ca、Ba、Sr、Zr和/或Ce）的FeSi合金。下面的金相照片和表格示出的是幾個加和不加孕育劑的灰鐵和球鐵的組織和性能的例子。如同從金相照片中可以看出的那樣，未進行孕育的鑄件（左邊的）含有大量硬而脆的鐵碳化合物

5、（滲碳體、Fe3C）和很差的石墨組織。進行過孕育的鑄件（右邊的）則是含有許多無序排列的細小石墨片的均勻組織（灰鐵）和在鐵素體和珠光體基體中存在大量細小石墨球的組織（球鐵）。孕育的重要優(yōu)點：（1）可以消除組織中通常被稱為 “白口”的硬而脆的鐵碳化物（滲碳體）的形成，促進石墨在共晶凝固過程中的生成。（2）提高切削性能和機械性能，減少因斷面尺寸改變引起的變化。（3）增加球鐵的石墨球數(shù)，從而在整個斷面厚度上形成更細更均勻的組織。這樣的組織將有利于改善機械性能，減小合金化元素或微量元素在鑄鐵中的偏析傾向以及獲得較好的機加性能。注：鑄鐵的某些條件，如原鐵水的硫含量（灰鐵），溫度和總的“衰退”時間將會影響對

6、某一專利孕育劑的選擇。在選用孕育劑之前，應參考Elkem技術資料第15和16頁.有關孕育和專利孕育劑的詳細的資料請看Elkem下列小冊子：鑄鐵的孕育Foundrisil孕育劑Surerseed孕育劑鋁在鑄鐵中的作用鋁在鑄鐵熔煉時將起脫氧劑的作用，會同溶解于鐵液中的氧反應生成Al2O3。這種氧化物會與SiO2形成硅酸鹽相Al2O3 SiO2，或作為一種組份進入含鈣硅酸鹽相CaOAl2O3 SiO2中。不含鈣硅酸鹽的孕育作用有限。含鈣硅酸鹽相可促成最高的成核率（它是怎樣起作用的，可在關于鈣的一節(jié)中找到）。加入小量鋁可以提高Fe-C相圖中穩(wěn)定系的熔點。增大穩(wěn)定和亞穩(wěn)定凝固之間的溫度范圍，并可在無任何

7、太大亞穩(wěn)定凝固危險的情況下允許鐵水有較高的過冷。這也使得鋁是石墨一種的強穩(wěn)定劑。由于鐵液中存在有鋁，因而會增大對H的吸收，并可使較多的H含量溶解于鑄鐵液中。H在鐵水中的溶解度將隨熔體溫度的下降而降低，過量的溶解H可成為氣孔或所謂的針孔進行脫溶。這就是會使鑄件機械性能和表面質(zhì)量下降的鑄造缺陷。眾所周知，在灰鐵方面，Al是用來增加抗拉強度。除了能促進H-針孔的形成之外，Al還會因為氧化膜的包裹而造成缺陷。在球鐵方面，Al能促進蠕狀石墨的形成，尤其是在厚大斷面鑄件情況下。作為一種脫氧劑來說，應當記住的是：渣量也會隨其含量的增加而增大。Al的來源：Al鎮(zhèn)靜鋼廢料孕育劑鐵合金被爐料中有色金屬廢料的污染故

8、意加入通常的含量；小于0.03%Ba在鑄鐵中的作用Ba在鑄鐵熔體中將起脫氧劑的作用。Ba會同氧起反應，并生成為硅酸鹽相BaOAl2O3SiO2和BaO SiO2的組份之一的氧化物BaO。這兩種相都具有一個在尺寸方面僅與石墨稍稍不同的六角形晶體結構。Ba會以與鈣相同的方式起作用，但它同氧的反應是發(fā)生在Ca同O的反應結束以后（關于Ba在鑄鐵熔體中的作用請見有關鈣的那一節(jié)）。加Ba的優(yōu)點是：含Ba的活化晶核在較長時間內(nèi)都是穩(wěn)定的，而且將使孕育劑更加抗衰退。這樣的結果就是一種能保持20分鐘以上時間的孕育劑。這樣一種孕育劑在澆鑄大件和常出現(xiàn)延遲的生產(chǎn)線方面是很有用的。在灰鐵和球鐵這兩種情況下，Ba能增加

9、成核率。在晶核具有長時間穩(wěn)定性的球鐵方面，這種作用就是高球數(shù)，即或在鎂處理后不加孕育劑的情況下也如此。Ba會同鈣生成一種易去除的渣。另一個作用是：因為含Ba渣將主要保留在處理包中，所以它易于使塞棒和澆鑄機保持清潔。雖然表面看起來生成的渣很多，然而這只是一種假象，因為渣將保留在鐵水包中，而不是被轉(zhuǎn)入自動澆鑄機里。因此，需要對鐵水包進行更多的清理和維護，然而大多數(shù)鑄造廠將會發(fā)現(xiàn)這是一種比起更換塞棒和清理澆鑄機來更好，更清潔和更廉價的選擇。這樣的效果是塞棒和澆鑄機內(nèi)部都比較清潔，而且具有較長的使用壽命。由于Ba能促進和改善石墨的成核作用，因而使含Ba孕育劑成為白口的有效去除劑。Ba的來源：含Ba孕育

10、劑常用量，很少不大于0.003%。Ca在鑄鐵中的作用Ca在鑄鐵熔體中將起脫氧劑的作用。Ca將與 O起反應，并生成氧化物CaO，成為硅酸鹽相CaOAl2O3SiO2和CaOSiO2的一部份。這兩種硅酸鹽相都有一個與石墨結構僅稍不同的六角形晶體結構。Ca是通過孕育劑加到鑄鐵熔體中的，在那里將發(fā)生Ca同O生成硅酸鹽相的反應。這些相將沉積在熔體中的其它氧化物表面上，并成為加速石墨成核和生長的活化晶核。這意味著為使凝固作用得以發(fā)生，熔體必須較小的過冷。這將防止發(fā)生亞穩(wěn)凝固和生成鐵碳化物。由此可見，在灰鐵和球鐵的凝固條件下，Ca有助于石墨的形成以及改善石墨的成核。此外，Ca還有一個好作用：當將其用于球鐵生

11、產(chǎn)時， Ca能同S起反應從而生成CaS。這個CaS將對富Mg硅酸鹽相起晶核作用，從而賦予石墨以球形而不是片形。在球鐵生產(chǎn)中，Ca將通過同S和O的反應，并生成硅酸鹽相的途徑而促進孕育過程的發(fā)生。這樣一來的效果是：一個高的成核率和一個賦予高球數(shù)的高石墨球生長率。Ca既能強化它自身的孕育作用，也能加強Al和Ba的孕育效果。在鑄鐵熔體中，因鈣含量太高而帶來的問題是：使熔體中渣的生成量增多，以及可能使石墨的形態(tài)不對。而且，如果Ca含量太高，則會使FeSi基孕育劑在熔體中的溶解度下降。此外，過高的Ca還會促進碳化物的生成。這就是為什么對孕育劑的Ca含量有一個建議的上、下限的原因。孕育劑的Ca含量取決于是讓

12、Ca僅起孕育作用，還是還要其與鑄鐵熔體中的S起反應。Ca的來源：鐵合金球化劑孕育劑常用量：最多達 0.01%Ce在鑄鐵中的作用Ce既可起孕育劑的作用和也可起球化劑的作用。Ce可以使對石墨結構有負面影響的痕量元素(如Pb、As、Bi、Sb、Sn、Al、Ca和Ti)處于停頓狀態(tài)。額外的Ce將同鑄鐵熔體中的溶解O和S起反應。許多夾雜物都屬X2Y3和XY2類型，其中X代表Ce，Y代表S或O。這些夾雜物將對石墨的成核起晶核的作用，并會降低熔體開始共晶凝固所需的過冷。遵循穩(wěn)態(tài)FeC相圖的凝固作用是較容易發(fā)生的，而且顯微組織將由石墨而不是碳化鐵所組成。尤其是含S夾雜物已經(jīng)顯示出能增加球鐵中石墨球的成核率。含

13、Ce夾雜物以及含Ca和Al的硅酸鹽相都是良好的成核點，Ce基孕育劑會造成大量的成核點。由于S和O被有效地加以了凍結，因此，石墨的生長形態(tài)將從片狀改變成球狀。在球鐵熔體中，Ce的作用是增加成核點和使有較多的球數(shù)。當孕育劑中含有Ce時， Ca和Al之類的其它活性元素的敏感性將增大。過量的Ce可以導致不希望的石墨組織和碳化物的形成， Ce過量還可導致開花狀和塊狀石墨組織的生成。這兩種組織都會導致鑄件機械強度的降低。這是一個問題，尤其是在厚大斷面鑄件方面。另外還知道Ce能促進塊狀石墨在奧氏體球鐵中的形成。Ce的來源：大多來自所加入的MgFeSi 作為混合稀土加入到純Mg球化過程中的 可能存在于有些孕育

14、劑中的常用量：小于0.02%S和O在鑄鐵中的作用將S和O加到鑄鐵熔體中是為了使熔體對孕育更加敏感。進行球鐵生產(chǎn)時，是在Fischer轉(zhuǎn)包中用純Mg或MgFeSi對熔體進行Mg處理。進行這種處理的目的是為了抑制表面活性元素S和O，借此使石墨的生長形態(tài)從片狀改變成球狀。S和O將固定在石墨的斜方晶晶面上，并減小該晶面的表面能，使斜方晶晶面成為生長較快的晶面。這樣的結果就是形成許多石墨片。問題是當所有的S和O被球化過程固定住，且沒有留下足夠的S和O同孕育劑中的活性元素Al、Ca、Ba、Ce相反應時。這些元素以及S和O將提供在晶體方面與石墨稍有不同的氧化物和硅酸鹽，成為石墨的合適成核點。當熔體中不存在這

15、些氧化物和硅酸鹽時，則需要較大的過冷，以便激活使鐵水發(fā)生亞穩(wěn)凝固的石墨的成核。如果不是石墨而是鐵碳化物被成核，則鑄件的機械性能將大大下降。另外，如果S和O在熔體中的含量很高，為了得到球鐵，則必需在球化處理之前，加入較多的Mg。較高的加Mg量將導致較多的渣和煙霧的產(chǎn)生，Mg回收率的下降以及比較猛烈的反應。S含量過高還會對球鐵的石墨結構產(chǎn)生負面影響。當不能對S加以抑制時，它可能同F(xiàn)e相反應從而生成可在晶邊附近看到的低熔點共晶相FeS。這樣的結果就是鑄件機械性能的下降，尤其是高溫性能的下降。O含量過高會導致渣量增加，從而增加成品鑄件因渣的關系而產(chǎn)生缺陷的危險?？傊稍斐傻娜毕輹档丸T件的機械性能

16、，如同在FeS的情況下那樣。雖然灰鐵中的S含量比球鐵中的S含量高，但是，仍然要記住的是：盡管S將增大對孕育劑的響應，但它也會增大產(chǎn)生MnS氣孔和反白口的傾向。S和O的來源：焦炭增碳劑生鐵廢鐵加入的FeS 灰鐵通常的S含量：小于0.15%球鐵通常的S含量：小于0.015%Sr在鑄鐵中的作用鍶總是以FeSi基孕育劑形態(tài)Superseed75、Superseed50或Superseed Extra精確地加入到鑄鐵中的。這個元素不會自然存在于用來生產(chǎn)鑄鐵的爐料中，然而作為孕育劑進行很少量的添加卻對金屬的組織具有有益的作用。孕育劑Superseed75和Superseed50最初是由英國鑄鐵研究學會研制

17、的，現(xiàn)在則是由在挪威和加拿大的Elkem工廠進行生產(chǎn)。這種孕育劑主要用于中、高S含量的灰鐵，而這些含Sr的孕育劑大多是在灰鐵生產(chǎn)中用的最廣的配方。這是因為Sr具有獨特的性能。當今鑄鐵廠最關心的問題之一就是縮松或收縮。這主要是因鑄型膨脹而由砂子引起的，但偶爾也是由鑄件的狀況（例如，起熱點作用的小圓角）造成的。孕育劑中的Sr具有促進A型石墨生長的作用，盡管保持比其它孕育系統(tǒng)少的共晶晶粒數(shù)不變的時間相同。雖然其它孕育劑也能促使大量A型石墨的生成，但大量成核點會引起大量共晶晶粒的生成。石墨生長和晶粒數(shù)之間的這種不平衡會導致小共晶晶粒的生成，以及可能在晶粒之間產(chǎn)生收縮。Sr能促進生成較大的共晶晶粒，從而

18、防止晶粒之間出現(xiàn)縮松。注意：由砂子引起的收縮問題不能用孕育劑來解決。在這個領域內(nèi)，已經(jīng)研制出了新一代含Zr和Sr的孕育劑-Superseed Extra，可用于S含量范圍較寬的時候。這種把鋯的作用和鍶的上述作用組合在一起的孕育劑能生產(chǎn)具有細小石墨形態(tài)和優(yōu)良機械性能的灰鐵。Sr的通常用量：達 0.003%。孕育實踐 通常都是在澆鑄作業(yè)三個階段中的一個或幾個階段里把孕育劑加入到鑄鐵中的：（1）加入到出鐵時的鐵水包中。（2）加入到隨它進入鑄型的金屬流中。（3）采用放置在澆道系統(tǒng)關鍵地方的鑲塊。影響孕育方法選擇的因素是：（1）從開始出鐵到澆完最后一件的時間，即通常所說的衰退時間。（2）鐵水溫度。（3）

19、在過程的特定位置處入孕育劑的可能性。（4）澆鑄系統(tǒng)對后期隨流孕育的適應性。鐵水包孕育由于運送鐵水包所涉及的時間長度是無法消除的，因此，為彌補會出現(xiàn)的衰退損失，必須加入量比較多的孕育劑。加入量從大多數(shù)灰鐵的0.2%到最苛刻球鐵的0.75%。孕育合金應根據(jù)鐵水包尺寸加以選擇，并且應是無灰塵的，從而避免因氧化和熱氣流引起的損失。在一般情況下，300公斤以下的鐵水包可以采用0.5-3mm粒度的，大于300公斤的鐵水包建議采用1-6mm粒度的。為從孕育劑獲得最高的效率，應遵循以下加入原則：（1）不是在裝入鐵水前進行添加，而是將孕育劑加到進入鐵水包的金屬流中；（2）隨鐵水包被裝滿到25%和75%之間時，使

20、孕育劑細細地流入金屬流中。這將保證其很好的混合和溶解；（3）確保在裝入鐵水包之前鐵水是無渣的。被渣包裹的孕育劑是無效的；（4）當需要使金屬在包和包之間進行多次轉(zhuǎn)移時，應在澆鑄前的最后一次轉(zhuǎn)移過程中加入孕育劑，以便使衰退減至最小。注意：絕不應在出鐵前將孕育劑加到包底，尤其是當鐵水包還是紅熱的時候或鐵水包中還殘留有少量前一次澆鑄剩余的鐵水時。對球鐵進行孕育時，很重要的一點就是必須在Mg反應完成后加入孕育劑。與球化劑一起加入或者正發(fā)生反應時加入，會大大減少孕育劑的有效性，并可能導致鑄件碳化物含量的增加。在必須將球化劑和孕育劑加到同一個鐵水包中的情況下，當已經(jīng)把大約2/3的鐵水澆到球化劑上時，應停止出

21、鐵。然后進行等待，直至反應結束，而后將孕育劑加入到剩余的鐵水流中。隨流孕育后期的隨流孕育，是將孕育劑加到進入鑄型的金屬流中，這樣實際上可以消除衰退。照此，同常規(guī)的鐵水包處理相比，可大大減少孕育劑的加入量。在通常情況下，灰鐵的用量為0.02-0.05%，球鐵的用量為0.05-0.2%。在一般情況下，必須將孕育劑的粒度專門定在0.2-0.7mm以確保其在鐵水中的快速溶解，以及很好通過應用機械的流動性。雖然專業(yè)應用機械在市場上就可以買到，但是，為在澆鑄期間獲得穩(wěn)定的加入量，許多鑄造廠已經(jīng)設計和制造出了螺旋給料機構。很容易將后期的隨流孕育應用到固定式澆鑄站或鐵水包輸送裝置上，在移動包上使用是不容易達到

22、的。型內(nèi)孕育由壓制或鑄造的孕育劑制成的鑲嵌塊可作用一種保險手段，但是，將這種處理用作主要孕育作用源還很稀少。有多種不同規(guī)格和成分的鑲嵌塊可資利用，而且已經(jīng)證明：當衰退時間較長時，或當無法進行后期的隨流孕育時，用其擔任次要孕育任務是很有價值的。有可能產(chǎn)生不能將鑲嵌塊加入鑄型的人為錯誤，但也無需對鑄件進行嚴密的事后檢查，因為通常將鑲嵌塊用作唯一孕育劑的情況很少。孕育機理在過去的時間里，為了解釋在鑄鐵凝固過程中石墨成核的機理，已經(jīng)研究出了許多理論。大多數(shù)理論都是建立在這樣的設想上：即，石墨是由非金屬基質(zhì)在冷凝過程中的多相成核結果形成的以及微量元素Ca、Ba、Sr等在成核過程中將起重要作用。球鐵在Mg

23、處理過的鑄鐵中，處理后的微小夾雜物主要含有Mg，Ca、S、Si和O。這些都是鎂處理的一次反應產(chǎn)物。這些夾雜物由一個硫化物核心和一個具有許多小平面的硅酸鹽外殼組成。硫化物核心含有MgS和CaS這兩者，外殼則是鎂的復合硅酸鹽（例如MgSiO3、Mg2SiO4）。這些相在冷凝過程中將不起石墨潛在成核點的作用，因為存在一個大的晶核/石墨界面能阻擋層。用含鈣硅鐵孕育后，在球化過程中產(chǎn)生的硫化物/氧化物夾雜物表面上，將會形成CaSiO3和CaAl2Si2O3類型的六角形硅酸鹽相。在冷凝過程中，這些鈣硅酸鹽對石墨的成核將起最最好的成核點的作用，這是因為它們的六角形晶體結構同石墨的晶格（即低能界面）非常相似。

24、下圖左邊示出的是球化后在球鐵中生成的典型微笑夾雜，右邊的則是用含Ca、Ba或者Sr的硅鐵進行孕育處理后的夾雜物的組成示意圖。表面殼體含有加入孕育劑期間生成的六角形鈣的硅酸鹽，而大顆粒則是球化處理的產(chǎn)物。因此，孕育處理不會增加熔體晶核粒子總數(shù)，而是使已經(jīng)存在的球化處理產(chǎn)物表面發(fā)生變質(zhì)。這可說明Mg處理和孕育之間的重要關系，而且，為球化處理期間球鐵的有效孕育提出了基本原理。由于夾雜物表面的變質(zhì)結果，球數(shù)的最終密度也會大大的不同。當用含Sr或Ba的硅鐵孕育劑進行孕育時，會形成與鈣的硅酸鹽等效的六角形硅酸鹽（即SrSiO3、SrAl2Si2O8、BaSiO3、BaAl2Si2O8）。灰鐵灰鐵的成核機理

25、與球鐵的情況有些不同，主要因為孕育處理之前不加鎂入。因此，其它基質(zhì)將為在孕育處理期間形成的Ca、Ba或Sr的硅酸鹽起作為成核點的重要作用。從原理上講，同一種孕育劑既可用于灰鐵，也可用于球鐵，而且產(chǎn)自原生夾雜物表面上的六角形硅酸鹽相的孕育機理對所有的鑄鐵都是勝任的。然而，灰鐵中沒有鎂的原生硫化物和硅酸鹽意味著是其它粒子在起主要作用。假定的是：大量存在硫化錳（MnS）會取代可在球鐵中看到的含鎂粒子?；诣F中Mn和S之間的關系應是如下那樣：Mn%=1.7×S%+0.3當達到這種平衡時，便可獲得形成細小MnS粒子的最佳條件。此外，按照有效孕育的原理，為有一個最大可能的MnS粒子密度數(shù)，灰鐵的S

26、含量應大大高于球鐵才行。通常情況下推薦的S含量為0.05-0.15%。一些重要的考慮·純硅鐵一點孕育作用也沒有；·孕育處理不會增加灰鐵和球鐵潛在成核點的數(shù)量，但可以把現(xiàn)存的成核點改變成有利于的形態(tài)；·有效孕育的重要考慮是在球鐵的Mg處理期間生成大量的非金屬微小粒子（硫化物和氧化物），在灰鐵中生成大量的MnS粒子；·孕育劑中除了Si之外含有的微量元素（如Ca、Ba、Sr）對孕育劑的有效性來說是至關重要的；·基鐵的氧含量在生成供石墨成核用的有效氧化物基質(zhì)方面也是很重要的。孕育衰退鑄鐵孕育劑是通過使共晶凝固期間適合于石墨生長的成核點數(shù)顯著增加的途徑爾

27、產(chǎn)生它們孕育作用的。這些作用會因灰鐵中共晶晶粒數(shù)和球鐵中石墨球數(shù)的顯著增多而變得十分明顯。這將導致過冷度的減小，從而使鑄件生成鐵碳化物或白口的危險減至最小，尤其是在快速冷卻的薄壁鑄件情況下。孕育劑的作用是加入之后立刻就能達到最大，而且它們會隨時間而衰退。衰退速度與以下因素有關：·孕育劑成分；·往其中加入的生鐵的類型；·溫度；·表面能；·擴散速度。衰退會因為加入后頭幾分鐘內(nèi)孕育作用的大量損失而變得很快。孕育衰退可用導致成核點總數(shù)減少（即晶核粒子按照Ostwala Ripenmg效應進行生長或長大）的晶核群的聚合與重新分離加以解釋。這一特點與下圖所

28、示的衰退試驗結果非常符合。衰退的主要后果（1）導致共晶凝固期間發(fā)生較大過冷，從而增大灰鐵和球鐵的白口傾向，尤其是在薄壁鑄件的情況下；（2）減少組織中的共晶晶粒數(shù)或石墨球數(shù)，使石墨形態(tài)變壞。嚴重衰退可在灰鐵中形成含有共生鐵素體的過冷石墨，以及使球鐵大量增加非球形石墨，這兩者都會對鑄鐵的性能產(chǎn)生不利影響。有關孕育衰退的一些得到很好肯定的事實·所有孕育劑的作用都會隨時間而衰退；·孕育處理之后沒有哪個時間不發(fā)生衰退。為取得最大的效果，孕育處理之后應盡快進行澆鑄，最好是將孕育劑加到鑄流中；·依附于成分和使用條件的不同，有些孕育劑的作用會比其他孕育劑衰退的慢；·能獲

29、得大量共晶晶粒的孕育劑在減少白口方面未必是最有效的。在灰鐵方面，為了獲得粗晶組織，小收縮傾向和低白口量的最好組合，得到公認的是含Sr孕育劑。·在任何一組具體的條件下，孕育劑的衰退特性不可能用它的成分進行預測。因此，鑄造廠應通過試驗來確定最合適其應用目的的孕育劑。避免鐵水溫度、孕育劑儲存情況等因素造成假象，應仔細進行這些試驗。球鐵的Mg含量Mg通常是用加入硅鐵鎂合金（MgFeSi或FeSiMg）的辦法進入鐵水中的。當加入Mg時，它的第一個作用是同存在于鐵水中的S和O 結合成硫化物和氧化物。為促進球狀石墨的形成，在所有的S和O已被消耗掉了以前，鐵水中是不可能出現(xiàn)成溶解狀態(tài)的“游離”Mg的

30、。為了克服基鐵中S和O含量的變化，通常都是加入比確實需要多的鎂。此外，也是為了彌補Mg在加入期間因汽化而產(chǎn)生的損失。僅有部分鎂在球化反應結束后溶解于鐵水中。處理后立刻進行分析，鐵水的全鎂或殘鎂量包括：·溶解鎂；·由鎂的化合物（氧化物和硫化物）組成的微小夾雜物；·較大的含Mg渣顆粒。在隨后的鐵水停留過程中，構成全鎂的這些物質(zhì)將以不同的途徑發(fā)生反應。下圖示出的是鎂含量在鐵水停留過程中的衰退特性。用僅能給出全鎂含量的常規(guī)分析方法將構成殘余鎂的這三種組成之間分離開是不可能的。 石墨球化率隨時間衰退的示意圖。第二次加入孕育劑可再次 獲得充分球化的石墨組織，盡管分析鎂含量還在

31、繼續(xù)下降Mg含量和Mg衰退隨停留時間變化的重要特點 ·分球鐵析出來的總殘鎂量不是溶解鎂含量；·Mg含量隨處理過的鐵水的停留時間的衰退可能是渣分離、夾雜物上浮和溶解鎂的汽化損失的結果。在有些情況下，Mg衰退可以對鐵水的潔凈度和免除渣的夾帶產(chǎn)生好的作用，這是由于有害的渣粒將隨鐵水的停留而上浮到熔池表面，并因此可以被去除；·采用常規(guī)的分析方法只能分析出試樣中的全鎂含量（渣+微小夾雜物+溶解Mg）；·已經(jīng)表明：鐵水溶解鎂隨停留時間的損失一般都很小，常常歸罪于Mg衰退的球狀石墨組織的惡化實際上是孕育衰退造成的。通過最后加入少量孕育劑常?？梢栽俅潍@得充分球化的石墨組

32、織。鐵水的取樣從鐵水取樣時，通常是用取樣勺將鐵水澆入激冷鑄模中，這樣就可以保證供分析用的試樣是同一標樣的。從鐵水中得到一個有代表性的試樣并不是如此簡單的，因為就微量元素和合金化元素的濃度而言，從其取樣的大多數(shù)鐵水是不均勻的。鑄鐵中的活性元素在鐵水中將以溶解狀態(tài)和與其他元素結合成氧化物、硫化物、氮化物等之類的顆粒存在。這些非金屬顆粒一般都比鐵水輕，這意味著它們在鐵水中將不斷地向上移動，而較輕的顆粒將上浮到鐵水表面。溶解元素也會因原子量與鐵的差異而在鐵液中產(chǎn)生偏析。較輕的元素和形成氣體的元素具有向上遷移的趨向，而較重的元素則可能進一步向下聚集。例如碳（輕）具有向上偏析的趨向（甚至在高于液相線的溫度

33、情況下），而鉛（重）則會聚集在溶池的下部。下圖示意地示出了一個盛著一份成分偏析的鐵水的容器（即熔煉爐、鐵水包、保溫爐、澆鑄機等）。示出了兩個取樣位置及其化學成分。在化學成分方面，容器上部和下部因為上浮和偏析現(xiàn)象而存在很大的不同。 按Stock定律的上浮鑄鐵中典型的非金屬顆?；驃A雜物的比重都在2-4g/cm3之間。鐵的比重接近8g/cm3，這意味著大多數(shù)顆粒的比重都不到鐵的一半。這將迫使它們上浮，而決定上浮速度的主要驅(qū)動力是顆粒的尺寸。Stock定律可以表達如下： 式中 為上浮速度（m/s）， 為顆粒的尺寸（m）， 為鐵水的比重（kg/m3），為顆粒相的比重（kg/m3），為重力常數(shù)（9.81m

34、/s 2），為鐵水的黏度（Ns/m2或kg/ms）。鐵水的典型黏度約為0.007kg/ms. 取樣時的重要考慮 總應在同一位置和同一時間進行取樣； 在感應爐中的攪拌或因澆鑄造成的攪拌將使偏析得到調(diào)整。應在混合攪拌期間或混合攪拌之后立即進行取樣； 化學分析可以同來檢驗組織和性能，但是不能與其他鑄造廠進行比較，因為取樣和偏析變量不同。 分析結果應仔細加以采用，不要盲目相信。從這個試樣到那個試樣的變化不僅必須被看成是工藝的變量，而且必須被看成是取樣的變量。 在爐子，帶嘴包，茶壺包及底鑄容器的澆鑄過程中，將有應為偏析情況不同而產(chǎn)生的變量。對于一已知體積的鐵水來說，不存在絕對的化學成分。 由于上浮和偏析

35、的結果，底鑄容器（如茶壺包和某些自動澆鑄機）將對聚集在澆鑄容器上部，和后部的元素顯現(xiàn)出一種相反的衰退作用。 加蓋中間包的球化處理球鐵球化用的鎂處理可用幾種不同的處理方法來進行。加蓋中間包處理工藝在大多數(shù)條件下都是一種簡便，有效，經(jīng)濟而可靠的方法。這個方法可在較寬的處理規(guī)模范圍內(nèi)對鎂給出一個好的穩(wěn)定性和高的收得率。一個好的操作系統(tǒng)能使鎂的收得率達到60-80%，而操作與維護成本將大大低于其它工業(yè)方法。另外，加蓋中間包處理不會出現(xiàn)閃光，可減少90%的煙氣，無金屬噴濺，碳和溫度損失最小。下圖是加蓋中間包的一個例子。具有兩個合金凹槽的加蓋中間包示意圖鐵水注入孔尺寸的計算 下列公式可以用來計算中間包包蓋

36、注入孔的直徑其中d 是注入孔德直徑（cm）， W是鐵水的批重（g）， t是澆鑄時間（s）, h是金屬中間包澆口盆中的鐵靜高度（cm）。 注：h是金屬的高度，不是澆口盆本身的高度。 為保證中間包的最大效率，處理前基鐵的S含量最好不要超過0.02%。如果S含量比較高，建議球化前先進行脫硫。鎂合金的選擇和加入量大多數(shù)含鎂在3-12%之間的鎂硅鐵合金都可用于中間包加蓋法，但是，通常都是采用含4-6%鎂的合金。有代表性的是用下表所列成分的合金處理由廢鋼、生鐵和回爐料混合物組成的基鐵。粒度為1-10mm的合金最適合小量處理，而較大規(guī)模的處理則偏愛采用4-36mm粒度的。詳細情況請看球化劑那一節(jié)。 依附于基

37、鐵的硫含量、鐵水溫度、合金含鎂量以及進行這一處理的穩(wěn)定性，合金的加入量常常處于1.2-1.8%（重量）之間。覆蓋材料的選擇為使處理獲得最大的經(jīng)濟效果，建議采用一種覆蓋物將反應室中的鎂合金蓋上。覆蓋物應在開始反應之前將鎂合金盡可能長地保留在反應室中。覆蓋物通常由清潔的鋼板或與用于爐料中的同類剪切物組成?？蓪茶T結束時多余的鐵水澆鑄成鑄鐵蓋板，這樣可以避免因鋼蓋板而造成含碳量的減少。然而，用硅鐵作為覆蓋材料所得的結果最好。 提高收得率的實例 “帶凹坑的Sandwhich”法 廣泛用于球鐵生產(chǎn)的Sandwhich（沖入）法需要經(jīng)過仔細確定粒度的鎂硅鐵合金，以便于處理規(guī)模相配。盡管這樣，由于裝入鐵水初

38、期合金由反應室的不規(guī)則爆發(fā)而可能使鎂的收得率發(fā)生變化，因而為彌補這些變化就需要過多的加入合金。Elkem研制的“帶坑的Sandwhich”法已經(jīng)過鑄造的廣泛試驗，并且發(fā)現(xiàn)可把與普通Sandwhich法有關的許多問題減至最少。同時，由于在比較寬的處理范圍內(nèi)所采用的細粒鎂硅鐵數(shù)量較少，因而成本也得到了下降。這個方法的優(yōu)點主要來自專門設計的圓柱形坑的采用，而鎂合金和覆蓋料是被放置其中。這個坑既可像上圖（a）那樣設置在處理包包底，但最經(jīng)常的是像上圖（b）那樣設置在包底的周邊上。 當腰把這個方法與中間包蓋一起使用時，后者是非常重要的。這個圓柱形坑的高徑比至少必須為1:1, 而且，必須夠大，以便容納下整個

39、鎂合金和覆蓋料。裝完了之后，不得有物料高出包底。為避免將合金灑在包底上，使通過一根鋼管（漏斗）裝填這個坑。為避免往處理包沖入鐵水時發(fā)生對坑底的快速熱滲透，應在坑的四周映涂上一薄層耐火材料。鎂合金的粒度最好比較細一點。最好的結果是用粒度范圍約為0.1-10 mm的合金獲得的。在這個方法的情況下可以使用常規(guī)數(shù)量的合金（含3-7%鎂合正常水平的鈣，鋁和稀土）。下面示出的是合金坑以及供各種處理規(guī)模用的合金坑的建議尺寸河合金加入量。適合這個方法的合金的典型粒度為0.1-1 mm, 0.4-4 mm，0.5-5 mmm.1.0-10 mm。所有這些粒度的松散比重約為2kg/dm3. 采用普通的硅鐵作為覆蓋

40、物可以獲得最高的合金收得率，粒度為1-10mm 或5-12 mm 的45或75% 合金能對下面的細粒鎂合金產(chǎn)生有效的覆蓋。覆蓋物的理想數(shù)量與被處理鐵水的溫度有關，但在一般情況下約是鎂合金容積的10-15%。如果用硅鐵作覆蓋物會導致硅的過量吸收，采用清潔的優(yōu)質(zhì)鋼沖屑作覆蓋物也可獲得令人滿意的結果。 采用“帶坑Sandwhich”法時，為了防止包被倒空時渣和金屬珠流入合金坑中，減小它的容積，并且將包保持被倒轉(zhuǎn)的位置是很重要的。 微量和痕量元素鑄在鐵中的作用許多元素都會以小量存在于鑄鐵中，并對鑄件的組織及性能產(chǎn)生明顯的影響。有些是有意加入的，而另一些則是來自于含有痕量雜質(zhì)的原料。在這些元素當中，有的

41、是有益的，尤其是在灰鐵方面，而有些則是很有害的，必須盡可能加以避免。下表列出了這些元素的通常來源，可能出現(xiàn)的含量水平，以及它們的主要作用。表中未包括將其用作主要合金化元素的那些元素（例如Cr）元素通常來源通常含量（%）在鑄鐵中的作用Al鋁鎮(zhèn)靜廢料、孕育劑、鐵合金、輕合金零件及加入的鋁達0.03含量高于0.005%時，可使薄壁件出現(xiàn)氫致針孔。抑制氮的作用。促使浮渣形成，高于 0.08%時對球狀石墨有害?？捎肅e加以抑制。石墨的強穩(wěn)定劑。Sb廢鋼、廢上釉搪瓷、軸承架、有意加入達0.02珠光體和碳化物的強促進劑。沒有稀土時會阻止球化。As生鐵、廢鋼達0.05珠光體和碳化物的強促進劑。改善球狀石墨的形

42、態(tài)。Ba含Ba孕育劑達0.003改善石墨的成核和減少衰退。減小白口傾向和促進石墨生成。Bi有意加入、含Bi的鑄模涂料很少高于0.01引起白口和不良球形。增加含稀土（Ce）球鐵的球數(shù)。球數(shù)過多可引起收縮問題。B 廢上釉搪瓷、成硼鐵有意加入達0.01高于5ppm促進鐵素體的形成。高于10ppm促進碳化物形成，尤其是在球鐵中。20ppm改善可鍛鑄鐵的退火。Ca鐵合金、球化劑、孕育劑達0.01促進石墨球的球化作用。改善石墨的成核。減小白口傾向和促進石墨生成。Ce大多數(shù)鎂合金或成鈰鐵或其它稀土源加入的達0.02灰鐵一般不用。抑制球鐵中的有害元素，改善石墨的球化作用。因析出而穩(wěn)定碳化物。Cr合金鋼、鍍鉻鋼

43、板、某些生鐵、鉻鐵達0.3促進白口和珠光體生成。增加強度。含量大于0.05%時，在球鐵生成碳化物析出物。Co工具鋼達0.02在鑄鐵中無明顯作用。Cu銅線、銅基合金、廢鋼、有意加入達0.5促進珠光體。增加強度，削弱球鐵的鐵素體化作用。無有害影響。H潮濕的耐火材料、鑄型材料和潮濕的添加劑產(chǎn)生皮下針孔。有輕度的白口促進作用。沒有足夠的錳去中和硫時，促進“反白口”產(chǎn)生，促進粗大石墨生成。Pb舊油漆、某些搪瓷、易切鋼、鍍鉛錫合金鋼板、焊錫、汽油發(fā)動機沉積物。達0.005在灰鐵中造成尖角形和不希望的石墨組織。含量高于0.004%時急劇降低強度。促進珠光體和碳化物。使球狀石墨形態(tài)蛻化。Pb對球鐵中石墨的影響

44、是用稀土（Ce）進行抵消。Mg加入的Mg合金（球化劑）0.030.08促進球狀石墨在球鐵中的生成。穩(wěn)定球鐵中的碳化物。灰鐵不用。Mn大多數(shù)生鐵、廢鋼、錳鐵塊或壓塊0.21.0通過生成MnS中和S。促進珠光體形成。在球鐵中生成碳化物析出物。在高Mn和高S條件下，促進氣孔的形成。Mo再生生鐵、合金鋼、加入的鉬鐵達0.1弱珠光體促進劑。提高強度。能促使縮孔和碳化物生成。Ni鍍鎳板、廢鋼、精煉生鐵、NiMg合金達0.5量小沒作用。量大有石墨化作用。N焦碳、滲碳劑、砂芯粘結劑、廢鋼、加入的滲氮錳鐵達0.015壓縮片狀石墨。促進珠光體形成。提高強度。含量高時會在大斷面鑄件中造成裂紋缺陷。可用Al 、Ti和

45、Zr進行中和。對球鐵沒作用。P含磷生鐵和廢鐵，加入的FeP達0.1增加CEV。提高流動性。形成磷共晶。高于0.05%時對球鐵有破壞性。高于0.04%時，可造成金屬滲透。Si硅鐵合金，廢鋼、生鐵0.84.0促進石墨化，減少白口，穩(wěn)定鐵素體，改善可鑄性。S焦碳、滲碳劑、生鐵、廢鐵、加入的硫化鐵達0.15（灰鐵）對組織和性能非常有害，除非用錳加以平衡。提高灰鐵對大多數(shù)孕育劑的敏感性。在球鐵方面，增加對Mg的需求。在球鐵中，S應低于0.03%。Sr含鍶孕育劑達0.003改善石墨在灰鐵和球鐵中的成核作用。，大大減少灰鐵的白口傾向。Te易切削鋼、鑄型涂料，冷卻曲線的碳樣達0.003強烈促進碳化物的生成。造

46、成許多不理想的石墨形態(tài)。低達0.0003時，也可看到它的作用 。在球鐵中，是通過同Mg和Ce的化合來減少它的作用。 Sn焊錫、鍍錫廢鋼、青銅零件，加入的錫達0.15珠光體的強促進劑。提高強度。高于0.08%時使球鐵變脆。無其它有害作用。Ti某些生鐵、某些油漆和搪瓷、CG鑄鐵回爐料、加入的Ti或FeTi達0.1中和灰鐵中的N。促進由鋁引起的氫致針孔。促進過冷石墨在灰鐵中的形成。抑制蠕鐵中的球狀石墨。W高速工具鋼達0.05很少?？吹酱罅康?。珠光體的弱促進劑。V廢鋼、工具鋼、某些生鐵、加入的FeV達0.10促使白口形成。細化片狀石墨。顯著增加強度。 蠕墨鑄鐵 蠕墨鑄鐵（CG鑄鐵）是機械性能和物理性能

47、介于片狀石墨和球狀石漠之間的一種鑄鐵。由于它們具有很好的強度，導熱性和熱穩(wěn)定性，因此工程師們感興趣。蠕墨鑄鐵可用多種不同的方法進行生產(chǎn)。它的生產(chǎn)需要許多類似于球鐵生產(chǎn)所用的那些控制裝置。本資料講簡要介紹一個成功的由Elkem研制的CG鑄鐵生產(chǎn)方法，以及這種材料的一些組織與性能的實例。處理是建立在專門為蠕鐵生產(chǎn)設計的含有大量稀土的鎂硅鐵合金的基礎之上。按照現(xiàn)在的合金化理論，無須加入鈦和氮之類元素。 處理合金CompactMagTM的推薦成分，%Si Mg Ca Re Al Fe 44-46 5.0-6.0 1.8-2.3 5.0-7.0Max.1.0 其余對蠕鐵生產(chǎn)的建議基鐵的成分基鐵應是碳當量

48、（CE）約為4.5-4.6的過共晶鐵水。建議的基鐵成分，% C Si S3.5-3.8 1.5-1.90.007-0.012雖然其它所有元素都不大重要，但是，也不應明顯高于球鐵生產(chǎn)時的含量。在通常的情況下，只要硫含量保持較低，珠光體和碳化物促進元素含量高一點是允許的。合金加入量上述合金的加入量必須根據(jù)每一個鑄造廠的基鐵成分與處理方法進行調(diào)整?；F的含硫量是影響所需合金加入量的主要因數(shù)。用具有上述成分的基鐵進行試驗表明：取得最好結果的上述合金的加入量介于0.30-0.45%（重量）之間。加入方法可以是普通用于球鐵生產(chǎn)的鐵水包處理法（Sandwhich法和中間包法）。孕育劑的Sandwhich覆蓋

49、 建議加入強力適度的孕育劑作為Sandwhich覆蓋物。發(fā)現(xiàn)含鋇硅鐵孕育劑（例如Foundrisil 孕育劑）能給出比較好的結果。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)：這種孕育劑覆蓋能減少百口形成傾向，以及使不同斷面的鑄件獲得比較單一的石墨組織。在許多情況下都不需要隨后的孕育，但是，對于有白口傾向的鑄件還是應該進行后孕育。Sandwhich覆蓋物的加入量應加以選定，而且應在0.2-0.3% (重量)范圍內(nèi)。 組織 下圖給出的是用高稀土MgFeSi合金生產(chǎn)CG鑄鐵鑄件時，所得到的組織和最終成分的一些實例。列出薄壁（5mm）和厚壁（36mm）這兩種鑄件的組織是為了指出所得到的斷面有限敏感性。與原來稀土含量較低的MgFeSi合

50、金相比，所有斷面尺寸鑄件都有單一的CG組織是采用高RE-MgFeSi合金所得到的一個特征。CG鑄鐵的最終成分經(jīng)過處理之后，鐵的最終成分應在下列范圍內(nèi)，%： C Si S Mg Ce 3.3-3.6 2.0-2.5 0.005-0.012 0.005-0.0150.005-0.015衰退時間和處理溫度 內(nèi)部和現(xiàn)場的試驗發(fā)現(xiàn)：20分鐘前對組織沒有負面影響。已在1400-1520處理溫度范圍內(nèi)進行過試驗，沒有發(fā)現(xiàn)對組織有任何負作用，但是，對后孕育劑的選擇需要根據(jù)所采用的溫度加以調(diào)整。 鐵合金儲倉的結構 本節(jié)將敘述可使合金在鑄造廠加工過程中偏析最小的鐵合金儲倉。偏析可使用于鑄鐵生產(chǎn)時的合金性能和收得率發(fā)生無規(guī)律的變化。合金會如何偏析？鐵合金通常是用大袋子進行包裝運輸?shù)摹Ｋ鼈兪且圆煌男问胶痛笮∵M行提供的。當把合金裝入袋子中時，就有可能發(fā)生使較大的顆粒沿袋子周邊聚集，而小顆粒聚集在中央的偏析。下圖a是這種現(xiàn)象的示意圖。 當合金