球化劑和孕育劑

基礎知識講義鐵碳相圖

w(C)＜2.06%鑄鋼w（C)＞2.06%鑄鐵w(C)＜4.26%為亞共晶鑄鐵；w(C)=4.26%為共晶鑄鐵；w(C)＞4.26%，為過共晶鑄鐵實際應用的鑄鐵w(C)含量在2.0%～4.5%的鑄鐵同樣，根據w(C)=0.76把鋼分為亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼鑄鐵的分類鑄鐵是一系列主要由鐵、碳和硅組成的合金的總稱。在這些合金中，碳的質量分數超過了在共晶溫度時能保留在奧氏體固溶體中的量。（一）鑄鐵的分類1.根據碳在鑄鐵中的存在形式分類

（1）白口鑄鐵指碳主要以游離碳化鐵形式出現的鑄鐵，斷口呈銀白色。（2）灰鑄鐵指碳主要以片狀石墨形式出現的鑄鐵，斷口呈灰色。它是工業中應用最廣的鑄鐵。（3）麻口鑄鐵指碳部分以游離碳化鐵形式出現，部分以石墨形式出現，斷口灰白相間。2.根據鑄鐵中石墨形態分類

（1）灰鑄鐵石墨呈片狀（2）蠕墨鑄鐵石墨呈蠕蟲狀（3）可鍛鑄鐵石墨呈團絮狀（4）球墨鑄鐵石墨呈球狀3.根據鑄鐵的化學成分分類

（1）普通鑄鐵（2）合金鑄鐵灰鐵的牌號普通灰鑄鐵HT100HT150HT200孕育鑄鐵HT250HT300HT350片狀石墨形態片狀石墨均勻分布片狀與點狀石墨聚集成菊花狀分布部分帶尖角狀、粗大片狀初生石墨及小片狀石墨點、片狀枝晶間石墨呈無方向分布星狀（或蜘蛛狀）與短片狀石墨混合均勻分布短小片狀枝晶間石墨呈有方向分布石墨長度的分級級別1234名稱石長100石長75石長38石長18放大100倍時石墨長度mm＞100＞50~100＞25~50＞12~25級別5678名稱石長9石長4.5石長2.5石長1.5放大100倍時石墨長度mm＞6~12＞3~6＞1.5~3≤1.5灰鑄鐵的孕育處理

孕育是以少量材料加入熔融金屬，促進成核，以改善其組織和性能的方法。加入的材料稱為孕育劑。常用的孕育劑是FeSi75，熔點為1300℃，經孕育處理后的鑄鐵稱孕育鑄鐵。孕育鑄鐵的強度、硬度比普通灰鑄鐵有顯著提高。孕育鑄鐵適用于對強度、硬度和耐磨性要求較高的重要鑄件，尤其是厚大鑄件，如床身、凸輪、凸輪軸、氣缸體和氣缸套等。灰鑄鐵的孕育處理灰鐵的孕育處理孕育處理的作用促進石墨化，減小白口傾向改善石墨形態和分布狀況增加共晶團數量，細化基體組織改善斷面均勻性孕育劑的選擇Si、Ba、Ca、Al合金使用范圍廣泛，孕育效果十分理想且用量少。鋇是活性極強的元素，低鈣鋇的硅鋇孕育劑，石墨化能力強，是灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵鑄件的首選。高級脫氧孕育劑，具有強脫氧作用，并且增硅，節約成本，用于防止氣孔和皮下氣孔。硅鍶孕育劑在灰鑄鐵中不增加共晶團數，但石墨化效果好，防止薄壁、厚薄不均鑄件白口效果顯著。高鋁低鈣硅鐵孕育劑，消除灰鐵白口效果顯著。含鉍硅鐵孕育劑彌補單一加鉍效果不明顯的缺憾。硅鋯孕育劑可細化奧氏體枝晶提高鑄鐵強度。孕育劑加錳，可降低多元合金熔點便于在鐵液中擴散和吸收，硅鈣鋇錳孕育劑的功效在這方面尤為突出稀土孕育劑對降低白口鑄鐵的脆性有特殊功效。對于高牌號亞共晶灰鑄鐵，能夠明顯改善石墨形態，無需刻意降低含碳量，也能提高鑄鐵強度，從而提高機械加工性能。型內孕育塊是最節約資源、孕育效果最好的處理方式，澆注系統加裝泡沫陶瓷過濾器，二者構成生產高質量鑄件的組合。孕育塊將得到更多鑄造企業青睞。專門生產的覆蓋劑，成分純凈、粒度均勻，更利于獲得穩定的高品質鑄件產品。

孕育劑系列及其特點、適用范圍序號類別名稱代號主要成分（%）性能特點適用范圍1普通硅鐵FeSi75Si72~80,Al1.5~2.0,Ca1.0,Fe其余石墨化，孕育速效一般鑄件或后期、瞬時孕育2長效鋇硅鐵BaSiFeSi60~68,Ba4~6Ca0.8~2.2,Al1~2,Fe其余抗衰退，強石墨化，斷面均勻性好厚大件，壁厚不均，凝固時間長3強石墨化鍶硅鐵SrSiFeSi73~78,Sr0.6~1.2,Ca≤0.1,Al≤0.5,Fe其余強石墨化；不明顯增加共晶團，減少縮松傾向，易熔，形渣少薄壁極冷件復雜薄壁耐壓件4強石墨化碳硅鈣TG-1Si33~40,C27~37,Ca5~8.1,Al≤1,Fe其余強石墨化，斷面均勻性好，要求較高的孕育溫度壁厚不均勻件，薄壁極冷件序號類別名稱代號主要成分（%）性能特點適用范圍5稀土復合稀土鈣鋇硅鐵RECaBaRE3~5,Ca1~3,Ba1.5~4,Al≤3,Si46~54,Fe其余中等石墨化，高碳當量仍有較好孕育效果，改善強度、硬度和斷面均勻性薄壁復雜或壁厚不均勻中等強度的鑄件6稀土復合稀土鉻錳硅鐵RECrMnSi35~40,RE6~8Ba4~6，Ca5~6,Mn6,Cr15,Al3~4中等石墨化，改善強度、硬度、耐磨性壁厚不均勻的復雜件，耐磨和中等強度的鑄件7穩定化氮系復合孕育劑DWFSi25~50,Cr30,N2,Zr1,Ca1~10,Fe其余石墨化能力弱；穩定細化珠光體，顯著提高強度、硬度、彈性模量高碳當量(CE3.85%~4.0%)、高溫鐵水（≥1450℃）條件下，高強度厚大件8特殊性能或工藝型內孕育塊HT-1FeSi75粉，熱熔膠粘結劑瞬時高效強烈孕育劑，熔解均勻球鐵或灰鑄鐵型內孕育孕育劑的粒度孕育劑的粒度根據鐵液量、鐵液溫度及孕育處理方法確定；鐵液溫度一般不應低于1400℃鐵水容量(kg)硅鐵粒度(mm)50~1002~5100~10005~101000~500015~20爐內孕育和包內孕育方法名稱工藝方法要點優缺點及使用范圍爐內孕育扒清熔渣，孕育劑加入爐內，攪拌均勻后出爐澆注孕育劑熔解均勻，可是鐵水隨后繼續孕育取得更好效果。適用于小容量電爐一次出爐包內孕育出鐵槽沖入孕育劑加到出鐵槽的鐵水流中，隨鐵水沖入包內操作簡單，孕育劑消耗量較大，易出現孕育衰退。廣泛應用包內沖入孕育劑加入包內，然后沖入鐵水操作簡單，但孕育劑氧化燒損大，且浮起后易和渣混在一起，降低孕育效果，孕育劑消耗量大，易衰退，廣泛應用倒包孕育孕育劑在鐵水轉包或分包時加在承接包內，或隨鐵水沖入承接包操作較簡單，孕育劑消耗量小，不易衰退，適用于出鐵量大分包澆注或二次以上孕育場合浮硅孕育將大塊孕育劑放在包底后沖入鐵水或出鐵扒渣后將大塊孕育劑放在鐵水表面鐵水表面富硅，不易出現孕育衰退，但孕育劑消耗量大，且鐵水量、鐵水溫度、孕育劑塊度等必須匹配，較難控制，適用于大型灰鑄鐵件瞬時孕育方法名稱操作方法說明包外孕育細顆粒狀孕育劑在包嘴處加入鐵水中1.孕育劑粒度1~32.加入量0.1%~0.15%孕育棒法孕育棒插在包嘴處，深30~50mm1.孕育劑粒度0.1~1；2.填入Φ20~50薄鐵皮管中，3.孕育劑量為鐵水的0.05%~0.08%孕育絲法Φ3~5孕育絲插在澆包嘴處1.外皮為鐵皮或銅皮，填粉狀孕育劑，2.可用電腦控制孕育絲進給澆口杯孕育孕育劑加入在定量澆口杯內1.孕育劑粒度約1mm2.加入量0.06%~0.12%型內孕育在鑄型內孕育，孕育劑放在反應室內粉狀孕育劑涂在或撒在型腔內或某局部位，改善鑄件組織和共晶團數孕育效果的爐前檢驗與控制三角試樣法根據孕育前后白口寬度的差值來決定孕育劑的加入量；只有孕育前白口寬度達到一定值，孕育后才能達到足夠的強度；通常白口寬度控制在鑄件壁厚的1/4~1/7；鐵水溫度在1400~1430℃時，加入0.1%的FeSi75可降低白口寬度1mm。球鐵的牌號QT900-2/QT900-2AQT800-2/QT800-2AQT700-2/QT700-2AQT600-3/QT600-3AQT500-7/QT500-7AQT450-12/QT450-10QT400-18/QT400-18A/QT400-18L/QT400-18ALQT350-22/QT350-22A/QT350-22L/QT350-22AL球化級別石墨大小分級級別345678石墨直徑100×＞25~50＞12~25＞6~12＞3~6＞1.5~3＜1.5球化和孕育處理國內外常用球化劑類別及使用范圍序號名稱主要成分（%）密度g/cm3熔點(℃)沸點(℃)球化處理工藝適用范圍1純鎂Mg≥99.851.746511105壓力加鎂法轉包法鐘罩法適用于干擾元素少的爐料生產大型厚壁鑄件，離心鑄管、高韌性鐵素體集體的鑄件2稀土鎂硅鐵合金RE0.5~20,Mg5~12Si35~45，Ca＜5,Al＜0.5,Ti＜0.5,Mn＜4,其余Fe4.5~4.61100沖入法型內球化法密封流動法用于含干擾元素多的爐料，生產各種鑄件，有良好的抗干擾脫硫，減少黑渣、縮松的作用3鎂焦Mg浸入焦炭6511105轉包法鐘罩法大量生產，大中型鑄件、高韌性鐵素體鑄件4釔基稀土鎂硅鐵合金RE16~28，Si40~45，Ca5~84.4~5.1沖入法厚大斷面重型鑄件，抗球化衰退能力強序號名稱主要成分(%)密度g/cm3熔點℃沸點℃球化處理工藝適用范圍5銅鎂合金CU80Mg207.5800沖入法大型珠光體基體鑄件6鎳鎂合金Ni80，Mg20Ni85，Mg15沖入法珠光體基體鑄件，奧氏體基體鑄件、貝氏體基體鑄件7鎂硅鐵合金Mg5~20,Si45~50Cao0.5,RE0~0.6沖入法干擾元素含量少的爐料或凈化后的鐵液8鎂鐵屑壓塊Mg6~10，RE0~7Si≤10沖入法可大量使用回爐料，可減少增硅。與稀土鎂硅鐵合金混用9稀土硅鐵RE17~37，Mn5~8，Si35~46，Ti≤6Ca5~8，Fe其余4.57~4.81082~1089與純鎂聯合使用，以抵消干擾元素的作用10含鋇稀土鎂硅鐵合金Ba1~3，Mg6~9，RE1~3，Si40~45Ca2.5~4，Ti＜0.5，Al＜1,其余Fe沖入法鑄態鐵素體球墨鑄鐵，電爐用：Mg、RE較低，Ba較高，沖天爐用：Mg、RE較高，Ba較低稀土鎂硅鐵合金牌號化學成分（%）REMgSiMnCaTiFeFeSiMg8RE5FeSiMg8RE7FeSiMg10RE7FeSiMg8RE9FeSiMg10RE9FeSiMg8RE114.0~6.06.0~8.06.0~8.08.0~10.08.0~10.010.0~13.07.0~9.07.0~9.09.0~11.07.0~9.09.0~11.07.0~9.0≤44.0≤4.0≤4.0≤2.0其余FeSiMg13RE14FeSiMg8RE16FeSiMg8RE18FeSiMg10RE2113.0~15.015.0~17.017.0~20.020.0~23.012.0~15.07.0~10.07.0~10.09.0~11.0≤42.0≤4.0≤5.0球化劑的選擇（1）對鑄件鑄態組織的要求。鑄態鐵素體球墨鑄鐵選用低稀土球化劑，鑄態珠光體球墨鑄鐵選用含銅或鎳的球化劑。（2）鐵液中干擾元素的含量。如果干擾元素，諸如鈦、釩、鉻、錫、銻、鉛、鋅等含量較高，須選用稀土含量較高的球化劑。如果干擾元素含量較低（總量小于0.1%），可選用純鎂或鎂合金球化劑。（3）鐵液含硫量。硫含量較高時，一般采用稀土和鎂含量較高的球化劑，如有條件，可進行脫硫處理。硫含量較低時，可選用低稀土低鎂的稀土硅鐵鎂球化劑。（4）鑄件冷卻條件。冷卻速度較快的金屬型鑄造條件下,可選用低稀土球化劑。冷卻速度較慢的大型厚斷面鑄件可選用釔基重稀土球化劑。含鎂量4%、5％、5.5％屬于低鎂球化劑，RE在1％－2％之間，多用于中頻爐熔煉、低硫鐵液的球化處理。它具有球化反應和緩、球化元素易于充分吸收的優點。含鎂量6％、7％屬中鎂系列球化劑，多用于沖天爐、電爐雙聯熔煉，或中頻爐熔煉珠光體型鑄態球墨鑄鐵鑄件。根據鑄件壁厚和原鐵水含硫量，確定合適的球化劑加入量，適用范圍廣，球化處理工藝寬泛。高鎂系列球化劑，適合沖天爐熔煉、含硫量0.06％－0.09％的鐵液，加入量在1.6％－2.0％之間。低鋁球化劑使用于容易產生皮下氣孔缺陷的鑄件，以及對鐵液含鋁量有要求的鑄件。純Ce、純La生產的球化劑，球化處理后鐵液純凈夾雜物少、石墨球圓整。釔基重稀土生產的球化劑適合于大斷面鑄件，延緩球化衰退、防止塊狀石墨。含Sb球化劑用于珠光體型球墨鑄鐵。低硅球化劑適用于使用大量回爐料的鑄造工廠；鎳鎂球化劑則用于高鎳奧氏體球墨鑄鐵。常用球化處理方法沖入法

特點：設備簡單，操作方便；煙塵、閃光嚴重，吸收率低（30～40），廣泛應用。要求：處理包的深度與內徑之比在1.5～1.8之間，處理包要預熱到600～800℃，鐵液溫度應高于1400℃。

蓋包法在沖入法的處理包上部安裝一個中間包將其密封，處理包與中間包之間僅通過澆口連接。預先將球化劑放在處理包內，然后用中間包承接鐵液，靠由中間包流入處理包的鐵液使處理包處于密閉狀態，從而減少反應煙塵和鎂光外逸，提高鎂的利用率壓力加鎂法

特點：設備費用較高，操作較復雜；純鎂處理，吸收率高70～80%，穩定球化；灰塵少無鎂光；適用于要求較高，較嚴格的鑄件。

轉包法

反應室內裝入純鎂或鎂焦,轉包橫臥，接受鐵液，立起，使鐵液反應室與鎂反應。鎂的吸收率可達到60～70%,煙塵及鎂光較輕，可處理含硫高達0.15%的鐵液。缺點是需專用處理設備，操作較復雜。大量生產，大中型鑄件

型內球化法

把球化劑放置在澆注系統中專門設計的反應室內，澆注時，鐵液流經反應室時與球化劑發生反應進行球化處理。吸收率高70~80%，無塵、無閃光，無孕育球化衰退，球化穩定對鐵液要求嚴格，澆注系統復雜，易夾渣，適于大量流水線生產，低硫鐵液稀土鎂硅鐵合金加入量與原鐵水含硫量的關系原鐵水含S量(%)＜0.030.03~0.050.05~0.070.07~0.10球化劑加入量(%)0.6~0.80.8~1.11.1~1.31.3~1.6壓力加鎂處理加鎂量與原鐵水含硫量的關系原鐵水含S量(%)＜0.040.04~0.060.06~0.080.08~0.12加鎂量(%)~0.120.12~0.150.15~0.180.18~0.22孕育處理作用1.提高球化率，細化石墨，改善石墨圓整性。2.減少滲碳體，改變珠光體的相對含量孕育劑除前面介紹的外，還有硅鈣(Si60%~65%，Ca25%~30%)、硅鐵-鉍等，目前用得最多的仍是FeSi75。孕育劑的加入量根據鑄件壁厚、力學性能要求等決定，一般為鐵水量的0.3～0.6%，若要求鑄態鐵素體基體時，加入量可高些，為0.8%～1.0%球化效果爐前檢驗名稱試樣球化效果鑒別火苗判斷法球化處理后不加鐵液攪拌或倒包時，觀察鐵液表面火苗火苗長而多，球化良好；火苗短而無力，球化較差，無火苗，，球化很差三角試樣法澆注三角試樣，冷至暗紅，砸斷后看斷口斷口銀白色，尖端白口，中心有縮松，兩側凹陷，同時砸斷時有電石氣味，敲擊聲和鋼相似，則球化良好快速金相法澆注金相試樣，磨平拋光，用金相顯微鏡觀察石墨形態按球化分級標準評定，由于試樣尺寸小，球化級別高于鑄件，不作為驗收依據熱分析法金屬液澆入專用樣杯，用電子電位計測取冷卻曲線與球化級別標準曲線對照評定或與灰鑄鐵冷卻曲線比較，球化良好時：①初晶、共晶溫度低；②共晶回升溫度低；③曲線尾部下降平緩比電阻法金屬液澆入專用樣杯，測取可反映比電阻的電流變化曲線分析、比較電流值，評定球化級別，電流高，球化良好；電流低，球化不良委托生產的圣泉產品圣泉孕育劑牌號化學成分%應用范圍SiSrCaBaAlSQY072~75<1<1.5普通件SQY170~721~21~21~2大斷面鑄件SQY272~780.6~1.2<0.3<0.5薄壁件粒度：0.2-0.7mm,1-3mm,3-6mm包裝：25公斤塑編袋圣泉球化劑牌號對應鑄峰牌號化學成分%應用范圍SiMgCaReBaAlSQQ05ZFCR-4.5D40-455.0-5.51.8-2.21.8-2.2<1.0電爐低硫鐵水SQQ06ZFCR-640-456.2-6.82.4-2.82.3-2.7<0.7SQQ07ZFCR-740-456.7-7.32.0-2.50.8-1.2<1.0SQQ08AZFCR-8A40-458.0-8.61.8-2.22.8-3.2<1.0沖天爐高硫鐵水SQQ08BZFCR-8B40-457.7-8.32.5-3.04.3-4.7<1.0SQQ08CZFCR-8C40-457.7-8.3適量6.3-6.7<1.0SQQ06DZFBA-638-435.7-6.32.3-2.71.8-2.22.3-2.7<1.0大斷面低硫鐵水SQQ09DZFBA-938-439.0-10.0.8-1.23.5-4.53.5-4.5<1.0大斷面高硫鐵水粒度：1－6mm、2－12mm、3－