微量干扰球化元素及其稀土元素抑制作用的研究

在用镁处理球墨铸铁的最初专利中，国际镍公司的发明者Millis、Gagnebin和Pilling三人曾发出警告说，在采用镁处理时，如果在铁液中含有某种杂质元素，哪怕仅仅是微量的 （质量分数为万分之几或十万分之几）存在，也会起破坏作用，得到的将是片状石墨而不是所期望的球状石墨。这些不希望存在的微量元素叫干扰（球化）元素。

这些干扰球化元素的共同特点就是，只要它们各自的质量分数只有万分之几到十万分之几就可显示其作用；这种干扰球化的作用与铁液中的含镁量、冷却速度有关；且各单个元素的干扰作用是叠加发生作用的。

关于Sb、Sn、Bi、Te、Pb、As等这些元素对石墨球化的干扰作用，业已进行了大量研究工作。结果表明，在用镁处理的铁液中，各种微量干扰球化元素的最大允许含量列于表5-6中。

表5-6　干扰球化元素的最大允许含量

关于干扰球化元素对球状石墨的影响，进行的回归分析表明，存在着关系式（5-2）：

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式中 SB——球化指数；

Ti、As、Sn、Sb、Pb、Bi、Al——各元素加入量（质量分数，%）。

如果SB＞1，则在用纯镁处理的、20mm壁厚的Y形试样上出现畸变石墨。

可把微量干扰球化元素进行分类，共有3种类型：①消耗镁型：Te、Se、S；②晶界偏析型：Sb、Sn、As、Ti；③混合型：Pb、Bi。

随着含量的增加，Te、Se、S元素促使形成蠕虫状石墨、过冷石墨到片状石墨。Sb、Sn、As、Ti等元素则形成畸变石墨。在含量较少时，Pb、Bi元素形成畸变石墨，当含量增多时，则形成过冷石墨到片状石墨。

Te、Se、S、Pb、Bi等元素是由于消耗了镁 （与镁形成化合物）而形成蠕虫状石墨、过冷石墨到片状石墨。Sb、Sn、As、Ti等元素则是由于富集在共晶团边界，而形成畸变石墨。

添加稀土元素可以抑制微量干扰球化元素的反球化作用，或者允许放宽其最大允许含量。这通常取决于铁液的纯净度，使残余铈达到0．003%即可。另外，为了使含铅[w（Pb）=0．001%～0．005%]的铁液达到85%以上的球化率，必须使残余镁为0．06%，同时必须使铈达到0．005%。由于我国生铁中含有的干扰球化元素较多，原铁液含硫量也高，因此，要求残余稀土量比国外要高。