{一}、球鐵球化孕育處理發展

　　多年來，許多工程師和研究人員都在研究一種提高鑄鐵球化和孕育效果的辦法。薄壁球墨鑄鐵和厚壁球墨鑄鐵的球化方法和孕育處理工藝受到較大的重視。型內孕育由于孕育劑在型內進行，鑄件凝固時間短，球化和孕育的效果好，是目前球墨鑄鐵球化和孕育處理的新發展。這種工藝是在澆注系統中設計孕育處理室，把孕育劑直接放入型內反應室或者放入冒口頸、橫澆道或鑄件內澆口的上游型腔內進行處理，在充型過程中完成孕育處理，具有良好的球化和孕育效果。進行型內孕育時要注意的問題有，所加的合金必須完全溶解，而且要保證從澆注開始直到終了都具有適當的濃度均勻性；不允許將未溶的剩余合金帶入鑄件內部，同時澆注系統要設計集渣裝置，防止反應熔渣進入鑄件。為了滿足這兩個方面的基本要求，首先從孕育劑的物理形狀出發，合金的物理形狀有：單一塊狀、松散粒狀、密集粒狀或根據需要而具有的特殊形狀；一般國外采用單一塊狀合金的孕育劑，其尺寸設計應能保證在澆注終了時，孕育劑反應完全。型內孕育處理工藝的優點為處理過程反應平穩、孕育劑吸收率高、孕育衰退傾向較小。

　　稀土硅與球化劑同時添加后，普通孕育與型內孕育方法可以分別獲得鑄態薄壁新型高強度球墨鑄鐵件和Y型鑄態高強度球墨鑄鐵件。利用高純生鐵(3.9%C(質量分數，下同)、0.01%Si、0.05%Mn、0.01%P、0.006%S)、電解鐵、Fei-Si、Fe-Mn、S-Fe及純銅，用10kHz，20kW的高頻電爐溶制最終目標組成為3.7%C(質量分數，下同)、2.5%Si、1.0%Mn、0.02%P、0.012%S及1%～2.5%Cu的球墨鑄鐵原鐵水；鐵水溫度1773K時用Fe-Si-Mg-RE(5.95%Mg(質量分數，下同)、2.35%RE)球化劑澆包法球化處理，考慮原鐵水S含量RE目標值為0.05%，不足的RE量用RE-Si補充(其中w(RE)=31.7%)，與球化劑同時加入。球化反應后用質量分數為0.4%的Fe-Si進行孕育處理，在1673K時澆入!10mm試樣鑄型，用!10mm鑄件加工為!6mm標準拉伸試樣，進行拉伸試驗。結果表明：w(Cu)=2.5%的試樣抗拉強度超過1200MPa、伸長率3%、硬度310HB。獲得與奧貝球墨鑄鐵相匹敵的鑄態新型高強度、低硬度球墨鑄鐵。觀察顯微組織發現：其組織為無滲碳體析出的全珠光體基體上分布有球化良好的小球徑石墨，而且珠光體很細化。分析認為：通過添加與原鐵水中S量相對應的RE量，在鐵水中形成充當石墨核心的硫化物，當石墨核心數增加到臨界白口石墨球數以上時，石墨化作用抑制了滲碳體形成的同時，使錳、銅加入量提高成為可能；二者分布在珠光體基體上，錳促進珠光體中滲碳體形成，而銅阻礙固溶于奧氏體中的碳原子向石墨球擴散從而形成細化的珠光體基體，可以鑄態獲得高強度球墨鑄鐵。

　　{二}、球墨鑄鐵處理工藝

　　1、熔煉

　　目前較多使用的是沖天爐、電爐雙聯熔煉和中頻感應電爐熔煉兩種方式。兩種方式各有其優點和不足。沖天爐熔煉效率較高、鐵液純凈度高、流動性好，但熔煉過程中使用的焦炭具有增硫作用，而且沖天爐鐵液出爐溫度相對較低，需使用電爐對其鐵液進行加溫和吹氮脫硫，使得熔煉成本增加；單獨使用中頻感應電爐熔煉，對原材料提出較高要求。一方面，使用高純生鐵和碳素結構鋼熔煉；另一方面，使用碳素結構鋼加增碳劑熔煉。電爐熔煉不管采用哪種原材料的方式，鐵液的流動性都不如沖天爐電爐雙聯熔煉的好。而且澆注后的產品容易出現縮松等鑄造缺陷。必須采用在鑄件厚大面增設外冷鐵或良好的補縮手段才能生產出合格的產品(也有的廠家采用高剛性鑄型實現產品的自補縮)。

　　原材料在加入爐內之前，要除銹烘干，避免鐵液內含氣量超標。原鐵液出爐前不要做除氣處理，以免帶入雜質(如果用Al脫氧，產生高熔點Al2O3隨臟物排除的同時，部分的Al溶解入鐵液，不但破壞石墨球的生長，還偏析到奧氏體的周界；如果用1號稀土脫氧，將使鐵液中稀土含量增加，球墨鑄鐵件有變脆的傾向)。鐵液出爐溫度1480~1500℃左右，不要超過1520℃或在1520℃左右長時間停留，否則會使鑄件的致密度和力學性能明顯降低。因為較高的過熱度會造成近程有序結構不可逆的松弛，即使采用優良的孕育手段也很難奏效。

　　2、采用適量的球化劑和球化處理方法

　　采用稀土含量較低的球化劑。加入量適當控制。因原鐵液含S量較低，球化劑的加入量一般情況下不應該超過1.5%。如果鑄件中Mg或者RE的含量超過0.03%時，其離子有向晶界集中的傾向，使產品的脆性急劇增加。不管采用何種類型球化劑只要能保證球化效果，其加入量越少越好。球化時采用包內沖入法，球化劑和孕育劑上要覆蓋同類的鐵屑，覆蓋量應在5~8mm厚為宜。參與球化的鐵液不應少于300kg。1~2t的鐵液，兩次倒入鐵水包為好，其他情況下應一次孕育，直接倒入，避免中間環節時間過長。

　　3、合理孕育

　　采用75Si-Fe，二次孕育，合理分配。依據鐵液重量多少確定孕育劑塊度大小。1t以下鐵液，孕育劑尺寸為15mm；1~2t鐵液，孕育劑尺寸為20mm；2t以上為30~40mm。孕育劑要純凈，不得有氧化層和其他贓物，表面要新鮮，使用前要烘干。有條件的生產廠家可以采用隨流孕育或者在澆注系統中放置大塊孕育劑，保證良好、長效孕育效果。

　　4、澆注

　　鐵液出爐到澆注成型整個過程要緊湊、協調，任何環節不得出現故障停止現象。整個過程宜在15min內完成，時間越短越好。

　　5、熱處理

　　為了消除可能存在的碳化物和磷共晶；增加基體中鐵素體含量，提高韌、塑性；消除或減少鑄造應力吼采用退火工藝、二次保溫方法。