球墨铸铁中的硫及其影响

（一） 硫在球墨铸铁中的存在形态

硫是反石墨球化元素，属于有害杂质。它随金属炉料、燃料带入球墨铸铁中，因而，在球墨铸铁中总有一些硫。在Fe—S系中，硫溶解在铁液中，而几乎不溶解在α—Fe和γ—Fe中。铁与硫可以组成各种硫化物，其中FeS中硫为36．5%，熔点1193℃。FeS和Fe可以组成共晶体，其中硫的质量分数为30．9%，熔点985℃。在Fe—C—S系中，硫几乎不溶于铁素体、奥氏体和渗碳体。Fe、FeS和Fe3C可以组成三元共晶体，其中Fe3C数量很少，硫为31．7%，碳为0．17%，熔点975℃。三元共晶体凝固后分布在共晶团边界。

在1000～1900℃范围内，Ce、Ca、Mg、Mn几个元素与硫的亲和力依次下降。用稀土镁球化剂处理铁液，硫首先应该和稀土元素起作用，生成稀土硫化物。实际上，由于动力学因素，总有一部分硫与Mg、Mn起作用，生成硫化镁和硫化锰。因此，加入铁液中的稀土和镁，其中有相当部分与硫化合，其余剩下来的稀土和镁才能起球化作用。

生成的各种硫化物根据它们的密度、熔点和铁液温度不同，可以上升至铁液表面进入浮渣中，或者浮到铸件上表面，有的则残留在铸件内部。表5-2是几种硫化物的熔点和密度。由表5-2可以看出，稀土硫化物和硫化镁都有很高的熔点，超过铁液温度；稀土硫化物的密度比硫化镁大得多，几乎接近铁液密度。因此，稀土硫化物上浮至铁液表面进入浮渣中要比硫化镁困难得多，它们将残留在铸件中，破坏基体强度或形成渣孔。

表5-2　几种硫化物的熔点和密度

（二） 硫对球化效果的影响(www.xing528.com)

生产实践表明，加入球化剂后，只有当铁液中硫降到0．02% （对于镁球墨铸铁）或0．03% （对于稀土镁球墨铸铁）以下，又有一定的残余镁量和稀土量，才能保证球化良好。原铁液含硫量过高，如硫达0．1%以上，球化处理时又不能保证必要的脱硫，则不能获得球化良好的铸件。即使短时间内石墨能球化，也会很快衰退。相反，如果含硫量很低 （例如，其质量分数在0．005%以下），即使不加任何球化剂，在快速凝固条件下，也可得到球墨铸铁。因此，硫是反球化元素，它的数量对球化效果影响很大。

生产上根据原铁液含硫量决定球化剂加入量，原铁液含硫量越高，则球化剂加入量越多。研究表明，原铁液中硫为0．02%～0．03%时，需加入球化剂为0．8%～1．0%；若把原铁液含硫量降至0．02%以下，则只要加入球化剂为0．6%～0．8%，就能获得球化良好的效果。

球化剂的加入量不仅取决于原铁液的含硫量，而且还与所要生产铸件的壁厚、铁液处理温度、球化剂组成及球化处理工艺有关。

（三） 降低原铁液含硫量

降低原铁液含硫量是确保球化处理成功的前提，也是获得优质铸件的基础。为此，可在生产中采取的措施有：①采用低硫的金属炉料；②采用含硫低的燃料；③提高铁液温度使之超过1450℃；④采用碱性炉衬熔化铁液；⑤采取炉外脱硫。

在炉外脱硫方法中，有多孔塞法、摇动包法、喷射法等，其中多孔塞法应用最广、效果最好。

随着球墨铸铁生产技术的发展，要求原铁液中的含硫量达到最低。型内球化处理要求原铁中的含硫量达0．01%，一般冲入法也要求在0．03%以下。