灰铸铁的孕育处理

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　　灰铸铁基本上是由铁、碳和硅组成的共晶型合金，其中，碳主要以石墨的形态存在。生产优质铸件，控制铸铁凝固时形成的石墨的形态和基体金属组织是至关重要的。孕育处理是生产工艺中最重要的环节之一。良好的孕育处理可使灰铸铁具有符合要求的显微组织，从而保证铸件的力学性能和加工性能。

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　　在液态铸铁中加入孕育剂，可以形成大量亚显微核心，促使共晶团在液相中生成。接近共晶凝固温度时，生核处首先形成细小的石墨片，并由此成长为共晶团。每一个共晶团的形成，都会向周围的液相释放少量的热，形成的共晶团越多，铸铁的凝固速率就越低。凝固速率的降低，就有助于按铁-石墨稳定系统凝固，而且能得到A型石墨组织。

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　　灰铸铁的力学性能在很大程度上取决于其显微组织。未经孕育处理的灰铸铁，显微组织不稳定、力学性能低下、铸件的薄壁处易出现白口。为保证铸件品质的一致性，孕育处理是必不可少的。

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　　铸铁孕育处理所用的孕育剂，加入量很少，对铸铁的化学成分影响甚小，对其显微组织的影响却很大，因而能改善灰铸铁的力学性能，对其物理性能也有明显的影响。良好的孕育处理有以下作用：⑴消除或减轻白口倾向；⑵避免出现过冷组织；⑶减轻铸铁件的壁厚敏感性，使铸件薄、厚截面处显微组织的差别小，硬度差别也小；⑷有利于共晶团生核，使共晶团数增多；使铸铁中石墨的形态主要是细小而且均匀分布的A型石墨，从而改善铸铁的力学性能。

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　　孕育良好的铸铁流动性较好，铸件的收缩减少、加工性能改善、残留应力减少。

　　目前，用于处理灰铸铁的孕育剂品种繁多，但广泛应用的还是75硅铁。近年来，对薄壁铸件的需求日益增多，对孕育处理的要求也更为严格，在铸铁碳当量较低的情况下，采用含锶、钡、铋、锆或某种稀土元素的孕育剂，能较好地控制薄壁处的白口倾向。还有报道说，采用含钡、铋和稀土元素的孕育剂，可减缓孕育的衰退。此外，碳质孕育剂的应用近来也日渐增多。关于孕育剂的选用，虽然已进行了大量的研究工作，但还不足以形成普遍适用的准则，铸造厂需考虑自己产品的特点、参考其他单位的经验进行试验，并考核供应厂商产品的质量，再根据试验结果作出最适合本企业条件的选择。

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　　1.75硅铁75硅铁是最常采用的孕育剂，其中的铝、钙含量对孕育效果有重要的作用，有报道说，不含铝、钙的硅铁对灰铸铁的孕育作用很小，甚至没有作用。一般认为：在铁液中，铝和钙会与氧、氮反应，形成高熔点的化合物，成为石墨结晶的核心。而且，加入孕育剂后，铁液中可形成局部的富硅微区，有利于石墨析出。采购孕育用硅铁时，不能不考虑其中铝和钙的含量。

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　　对于作孕育剂的75硅铁，美国相关标准规定含铝量为0.75～1.75%，含钙量为0.5～1.5% .我国标准GB/T 2272-1987中有不同铝含量的75硅铁牌号，铝含量的上限值分别为0.5%、1.0%、1.5%和2.0%，含钙量的上限值则为1.0%。

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　　但是，铁液中的铝含量不能太高，加入0.01%的铝，就可能导致铸件产生皮下气孔。选择孕育剂品种和确定孕育剂用量时，对此也应有所考虑。

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　　2.含锶硅铁含锶硅铁消除白口的能力很强，特别有利于改善薄壁铸件中石墨的形态和分布状况，使不同厚度处组织的差别更小，过冷组织只见于铸件的表层。

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　　目前，我国已有含锶硅铁供应，其中锶含量有0.6～1.0%和1.0～2.0%两种。一般可选用含锶0.6～1.0%的品种，锶含量过高则不能充分发挥其作用。

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　　含锶硅铁的加入量约为75硅铁的一半。

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　　3.含钡硅铁含钡硅铁也具有很强的促进石墨化的能力，可改善薄壁铸件中石墨的形态和分布状况，而且还有减缓孕育衰退的作用，处理时的用量也少于75硅铁。有报道说，加入过多的钡会使基体组织中铁素体含量增多，导致铸铁的强度降低。

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　　目前，我国也有含钡硅铁供应，其中钡含量一般为4～6%.国外有研究报告称，含铋的硅铁也具有与含钡硅铁类似的效果。

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　　4.含锆硅铁锆有脱氧作用，有利于提高铁液的流动性，能减轻铸铁的白口倾向，促成均匀、细小的A型石墨。而且还有减缓孕育衰退的作用。

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　　我国也有含锆硅铁供应，但目前采用者还很少。

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　　5.硅钡合金用含钡20～30%的硅钡合金作孕育剂，能显著降低铸铁的白口倾向，并可使保持孕育效果的时间增至30min左右，特别适用于大型铸件。处理时，合金加入量约为0.1%。

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　　6.硅钙合金硅钙合金虽有很强的孕育作用，但是，除制成包芯线应用外，用粒状合金作铸铁的孕育剂并不太合适，其主要缺点是：⑴.密度远低于铁液，易于飘浮而影响其与铁液的作用；⑵. 成渣倾向大；⑶孕育作用衰退快；⑷.处理需用的加入量大，约为0.3～0.5%。

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　　7.稀土孕育剂稀土混合金属和稀土硅铁等含稀土金属的孕育剂，加入量适当时，孕育作用很强，其效果可以是75硅铁的若干倍，能有效地消除白口，并减缓孕育作用的衰退。如加入量过高，则可能使铸铁结晶时产生过冷，出现渗碳体组织。使用时必须严格控制用量。

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　　8.碳质孕育剂碳质孕育剂主要用于铁液孕育前的预处理，一般都是结晶态的碳质材料。有研究报告称：对于灰铸铁，以85～90%的冶金碳化硅效果最好，晶态石墨也有效。预处理时的加入量一般为0.75～1.0%，应根据试验结果求得最佳值。

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