影响球墨铸铁孕育效果的因素有哪些？

一、炉料和熔炼方法

      以相同孕育剂和处理方法对使用不同炉料或在不同熔炉中熔化的铁水进行处理，孕育效果通常会有差别。因为铁水在液态结构、过热温度、成分波动幅度、过冷倾向、杂质元素含量等方面都会使孕育效果出现差别。

      冲天炉以生铁为基本炉料。铸造生铁中多含有粗大初生石墨(炼钢生铁含渗碳体)。这些高碳相在熔化过程中往往不能完全溶解。铁水中未溶的石墨微粒是良好的石墨形核基质。

      即使碳当量较低，石墨形核几率也比较高。一般无须强效孕育剂也可能取得显著孕育效果。电弧炉和感应炉的炉料中含有较多废钢，铁水含氮量较高，氮阻碍碳原子扩散。因此，需要较强的孕育才能获得预期效果。特别是以炼钢生铁为主要炉料熔化的低碳当量铁水，其中存在大量促进渗碳体生成的C-Fe原子集团，对这种铁水必须采用强效石墨化孕育剂，如碳硅钙孕育剂、锶硅铁等，才能获得预期孕育效果。

      铁水氧化程度是重要的影响因素。铁水受到氧化会降低孕育剂的有效性。因为氧是表面活性元素，吸附于形核基质表面，妨碍铁水中碳原子向基质表面沉积，石墨形核概率相应下降。另外，铁水含氧量较高时，一些可作为形核基质的硫化物可能转变为氧化物，失去形核能力。

二 、铁水温度的影响

      铁水在炉中的过热温度和炉前孕育处理温度都对孕育效果产生影响。

      从提高铸件质量的角度看，人们希望铁水在较高温度下出炉。因为这样可使铁水内高碳相溶解、杂质分离、铁水得到净化，流动性提高，易于浇出优质铸件。但是从孕育角度看，铁水过热温度是有限度的。超过这个温度，孕育效果随着过热温度上升而降低。这是因为铁水中存在的石墨微粒在高温下溶入铁水，有些可成为形核基质的二氧化硅微粒也被碳还原而减少。这种现象对碳当量较低的铁水更为敏感。非合金低碳原铁水的这种临界温度较低，约在1470~1500℃之间,高碳铁水则在1500~1550℃之间。

      较高处理温度虽能使孕育剂加速熔化，但也导致孕育衰退过程提前出现。各种孕育剂都有各自的合适处理温度：75硅铁及硅系复合孕育硅铁为1380~1420℃，硅钙孕育剂为1400~1430℃，碳硅钙孕育剂为1430~1460℃。但是不论采用哪种孕育剂，球墨铸铁的孕育处理温度一般不应低于1350℃。

三 、孕育剂加入量和颗粒尺寸

      选择孕育剂及确定加入量，应该考虑许多因素。例如铸件组织类型、孕育处理工艺、铁水出炉温度、铁水化学成分和处理量、孕育后停留时间、铸件壁厚、铸型种类等。

      球墨铸铁含有镁、铈等稳定碳化物的元素，凝固过冷倾向大，共晶团数比孕育铸铁多数十倍，与灰铸铁相比，需要较强的孕育。孕育剂加入量一般为灰铸铁的1.5~2.5倍。孕育剂所带入的合金元素，应以不超过球铁中这些元素的允许含量为原则。以75硅铁为例，炉前加入时，根据铸件壁厚不同，一般为0.3%~1.2%。使用复合孕育剂时加入量可以减少。

      亚共晶球墨铸铁水的石墨，是在已存在初生奥氏体的条件下形核的。形核过冷度大，容易产生白口，孕育剂加入量也应适当增加。

      孕育剂的粒度，对孕育效果有直接的影响。它是由孕育剂本身的溶解速率和孕育后至出现衰退的时间来决定的。在孕育剂熔化后的短暂时间内，能产生最佳的孕育效果。熔点低的孕育剂(硅钙、含锰的复合孕育剂)熔速高，铁水处理量大和较高温度提高孕育剂熔速，厚壁铸件需要较长的抗衰退时间，需采用粒度大的孕育剂。瞬时孕育所需的孕育剂颗粒较细。非瞬时孕育处理时，过细的孕育剂可使石墨球数减少，而且因氧化较快可能形成较多的浮渣，甚至丧失孕育能力。

      孕育剂颗粒平均尺寸应与所处理的铁水量相适应。表6-2为适合各种容量铁水包的孕育剂颗粒平均尺寸。

      表6-2 孕育剂颗粒尺寸

      选择孕育剂需要考虑孕育目的和铸件生产条件。一般来说，球墨铸铁的碳当量较低时，共晶过冷度增大，铸件容易产生白口。在这种情况下，应选择合金化孕育剂。例如含锶、钡的硅铁、碳硅钙合金，而且孕育剂的加入量应适当加大。

      选择孕育剂要注意铸件壁厚。对较薄的铸件，为了防止白口出现，宜采用锶硅铁或碳硅钙合金。对于干扰元素含量较高的薄壁件则宜采用含有稀土元素的石墨化孕育剂。如果铸件很厚，冷却凝固时间长，为了避免孕育衰退，需要采用长效孕育剂，如钡硅铁。

      为了加快孕育剂的溶解(后期孕育或二次孕育常有这种需要)，可以在硅系孕育剂中掺入一些活化剂(碳酸钡、氯化钡、硼等)。这些活化剂能稀释硅、碳孕育时所产生的氧化物，消除孕育剂粒子上的氧化膜，使溶解能继续进行。表6-3为几种活化剂对孕育剂在铸铁中熔速的影响(实验条件：处理温度1450℃，处理铁水量150kg，孕育剂粒度-10~+40)。球墨铸铁碳当量一般较高，处理温度可稍低于此温度。但是活化剂对熔速的影响更为显著。

      表6-3 活化剂对孕育剂在铸铁中熔速的影响

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