铸铁孕育剂的研究与应用

在浇注阶段，将少量材料加入熔融金属，促使形成结晶核心以改善金属组织和物理性能、力学性能的方法叫做孕育处理。孕育处理时加入的材料称为孕育剂。

关于铸铁孕育剂的研究已达80年。对于球墨铸铁孕育剂来说，自1948年出现镁球墨铸铁以来，就开始了孕育剂的研究。当时得知，用作孕育剂的FeSi75硅铁中含1%～1．5%的Al和含0．5%～1．0%的Ca，其孕育效果最好。在20世纪60年代，开始广泛采用电弧炉和感应电炉来熔炼铸铁，因此而改变了炉料配比、增大了废钢用量、提高了熔炼过热温度，由此，提出要采用新型复合孕育以改善形核过程和孕育效果，或者减少孕育衰退。经生产实践表明，w（Si）=75%的硅铁中，附加Ba、Sr、Mg、Mn稀土元素等组成复合孕育剂，无论对于球墨铸铁，还是对于灰铸铁，都能改善组织和性能。尽管如此，FeSi75合金至今仍是国内外应用量最多、应用范围最普遍的孕育剂。现在，国内外商品化的孕育剂很多，每种孕育剂都有其适用的工艺条件。孕育剂的工艺参数可以归结为：①铁液的类别——球墨铸铁比灰铸铁需要更多数量的孕育剂；②熔炼方式——电炉熔炼比冲天炉熔炼需要更多数量的孕育剂；③化学成分——低碳、低硅、低硫的原铁液需要更多数量的孕育剂；④炉料状况——采用带锈的废钢需要更多数量的孕育剂；⑤铸型条件——高压造型导致铸型传热快，需要更多数量的孕育剂；⑥铸件因素——薄壁铸件需要更多数量的孕育剂；⑦温度条件——浇注温度高时，需要更多数量的孕育剂；⑧衰退时间——孕育效果随时间而减弱。

总的来说，在FeSi75合金基础上，附加石墨化元素和稳定珠光体的元素所制得的复合孕育剂，具有显著的孕育效果。这种孕育效果是FeSi75合金的2～5倍，其中白口倾向可降低50%～90%，抗拉强度可提高20～80MPa。

在球化处理时，在一般情况下，采用FeSi75合金作孕育剂，加入量 （质量分数）在0．8%～1．5%的范围内。采用复合孕育剂时，其加入量可减少。表6-10列举了一些国内外常用的复合孕育剂。表6-11是适用于各种不同用途的孕育剂。

表6-10　国内外常用的复合孕育剂化学成分 （质量分数，%）

表6-11　球墨铸铁常用孕育剂(www.xing528.com)

① 例如，含质量分数为Ni14%、Cu6%、Cr2%、Si15%的耐蚀球墨铸铁。

铋与稀土或钙复合添加可以显著增加石墨球数，适用于铸态薄壁铁素体球墨铸铁件。添加含RE和Bi的硅铁[成分：w（Si）=70%～72%，w（Al）=0．2%～0．25%，w（Ca）=0．55%～0．60%，w（RE）=0．40%～0．45%，w（Bi）=0．50%]，可使6mm试样的石墨球数达到1300个/mm2，比用75硅铁（FeSi75）孕育剂时增加50%～150%。稀土镁球墨铸铁中Bi加入的质量分数由0增加到0．002%，10mm断面石墨球数从652个/mm2 增加到992个/mm2。由于原铁液条件不同，Bi的适宜添加的质量分数可为0．002%～0．01%，过量添加Bi将使石墨形态恶化。

用稀土镁硅铁球化剂和硅钙孕育处理，当添加w（RE）=0．06%、w（Ca）=0．04%～0．06%可获得最高石墨球数 （3mm断面，950个/mm2），这表明稀土与钙有良好的复合孕育作用。但硅钙溶解性较差，易生成夹渣。

为获得最佳孕育效果，RE或Ce有个最佳添加量范围，过多效果不好。但最适宜范围与原铁液的S、Ca及干扰元素含量有关。如含w（S）=0．021%的纯净炉料，RE添加的质量分数为0．02%～0．06%最好。含w（S）=0．01%～0．04%时，最适宜的Ce的质量分数为0．006%～0．009%。

孕育剂中含Al不宜超过2%，过多可能产生气孔缺陷。