孕育处理工艺：如何提高铸件质量？

（一） 一次孕育

在采用冲入法球化时，可把孕育剂全部覆盖在处理包内的球化剂上，待冲入铁液进行球化处理时，同时发生孕育作用。也可把孕育剂的一部分覆盖在处理包内的球化剂上，其余部分的孕育剂则放在出铁槽上，靠铁液冲入包内。采用压力加镁或转包法球化处理时，把孕育剂放在出铁槽上，靠铁液冲入包内，或在倒包时加入。根据浇包的铁液容量选用孕育剂粒度，见表6-12。

表6-12　孕育剂粒度的选用

（二） 二次孕育

为了克服因孕育衰退导致的孕育效果随时间的减弱，采取二次孕育 （或叫瞬时孕育，也叫迟后孕育）是十分有效的。在生产中常采取如下的工艺：

1．倒包孕育

在炉前一次孕育的基础上，在浇注前从运转包倒入浇注包时，再次添加孕育剂，可随铁流添加，可包底添加，也可在铁液表面添加后搅拌。可以添加多次。添加时间越接近浇注时，效果越好。添加孕育剂一般为0．1%，粒度见表6-12。它广泛应用于各种铸件，尤其是薄壁铸态铁素体铸件，效果特别显著。

图6-7　浇口杯孕育法

1—浇包；2—孕育剂；3—浇口杯塞杆；4—铸型

2．浇口杯孕育

将粒度0．2～2mm的孕育剂放入带拔塞的定量浇口杯内，当铁液在浇口中有一定量后拔塞充型。添加0．1%～0．2%的孕育剂，适用于大型铸件，见图6-7。

3．浇包漏斗随流孕育

采用茶壶式浇包或气压浇注包，在其侧面装有可控制孕育剂流量的漏斗，通过机械或光电管控制，使漏斗内的孕育剂在浇注期间均匀地随铁液流进铸型，见图6-8。添加0．1%～0．15%的孕育剂，粒度20～40筛号 （相当于旧标准目，下同），适用的铸件壁厚在100mm以下。此法适用于中小铸件在流水线和批量生产或用于离心铸造球墨铸铁管的大量生产。

图6-8　浇包漏斗随流孕育法

1—浇包；2—铸型浇口杯；3—孕育剂；4—漏斗；5—漏斗开关

4．型内孕育块

把孕育剂用水玻璃、石蜡或酚醛树脂粘结成团块，放在直浇道底部，加入量只要其质量分数的0．02%～0．05%，就可达到瞬时孕育的效果，球化率有明显改善，渗碳体消除并且铁素体数量增加。它适用于批量和流水线生产，也可用于单件生产。

孕育剂的主要成分是硅铁，也可附加少量其他元素，如稀土、锰等。最好是把孕育剂破碎成100筛号以下，用粘结剂结成固定的形状，也可用铸造方法浇注成孕育块。

孕育块的成分与制作工艺对型内孕育块能否在浇注过程中充分熔化与其分布均匀性有着直接关系。推荐采用如下成分的孕育块：w（Si）=72%～75%，w（Al）=1．2%～1．5%，w（Ca）=1%～1．5%，w（Mn）=4%～4．5%。这种孕育块的特点是熔点较低。

当前使用孕育块的最大铸件重量达15t，最小的铸件重量为2kg。用于重2～200kg、壁厚3～15mm的铸件，其浇注温度为1300～1350℃，铁液流量为0．7～1．2kg/s。为了避免有未熔的孕育块部分进入铸件型腔，最好是在内浇道处安放过滤网。图6-9是孕育块工艺示意图。

图6-9　孕育块工艺示意图

1—直浇道；2—横浇道；3—横浇道横截面；4—内浇道；5—孕育块；6—孕育反应室

5．孕育丝(www.xing528.com)

孕育丝方法的装置和操作与喂丝法球化处理相同。采用孕育丝对球墨铸铁进行二次孕育处理时，是把铁液浇入铸型的过程中，采用内径为4．77mm的薄钢管，其中装满孕育剂，使钢管与铁液流不断接触，从而达到瞬时孕育的目的。把孕育剂粉碎成40～140筛号，装在薄钢管中捣实，在1cm长的钢管中，装入大约0．06g的孕育剂。

孕育丝的送进速度折合成孕育剂的加入量，一般是铁液质量的0．02%～0．05%，即可满足二次孕育的需要。孕育过程可用计算机控制。由于孕育丝的熔化速度为一定值，所以要求铁液流量应与之相适应。对于球墨铸铁，在浇注温度在1300～1350℃的情况下，铁液流量为2．25kg/s。孕育丝工艺适合用于流水线生产（见图6-10、图6-11和图6-12）。

图6-10　用孕育丝在浇注流进行孕育

（a）把孕育丝加入包内；（b）把孕育丝加入浇注流内

图6-11　在使用备有塞杆的底注式浇包时，把孕育丝通入浇注流中进行孕育

图6-12　在使用备有塞杆和阻流墙的底注式浇包时，把孕育丝通入阻流墙内进行孕育

球墨铸铁必须进行球化处理，也必须进行孕育处理。孕育处理的效果取决于原铁液的化学成分、冶金状态，也取决于所采取的孕育技术 （采用的孕育剂和孕育处理工艺）。孕育处理的质量是由下列三项指标来评价：①游离渗碳体的消除；②球化等级的提高；③单位面积上石墨球数的增多。

采取一次孕育，可以实现上述三项指标的明显改善。采取一次孕育附加二次孕育处理后，可以实现在壁厚为10mm的铸件上没有游离渗碳体、在壁厚为30mm的铸件上球化等级为1级、在每平方毫米面积上的石墨球超过200个。

对球墨铸铁孕育效果作出评价，最有效、最可靠的方法是金相检验。根据《球墨铸铁金相检验》（GB/T9441—88），对检测的球墨铸铁件进行评估，同时也是对所采取的孕育技术进行评估。

此外，作为控制孕育工艺质量的手段，通过炉前三角试样的断口的白口宽度、缩松程度也可间接对孕育效果作出定性的初步评价。

（三） 孕育衰退与防止

随着孕育处理后铁液停留时间的延长，孕育效果逐渐减小。这表现在单位面积上的石墨球数减少、石墨球尺寸变大、球化程度变差、渗碳体增多，导致铸件的硬度升高。这种现象就是孕育衰退。图6-13表示经球化处理后铁液停留时间与1mm2 面积上的石墨球数的变化。显然，在球化处理后铁液停留15min后，石墨球数可由1mm2 面积上大约260个降至大约160个。图6-14表示经球化处理后铁液停留时间与铸件硬度的变化。经过15min，布氏硬度可由原来的大约250HBS升高至大约350HBS。要指出的是，这些数据都是在一定的工艺条件下得到的，并不是一成不变。但倾向性肯定是这样的。

产生这种现象的根本原因是，经球化处理和孕育处理后，铁液中产生了大量的、尺寸细小的石墨球，它们的比表面积很大，因而在热力学上处于不稳定状态。当铁液长时间处于液态（迟迟未凝固），则小直径的石墨球就会自动地彼此团聚、形成大直径的石墨球。由此导致单位面积上的石墨球数减少。并且，由于浓度起伏和铁液的搅动，也会使石墨的圆整度变差。由于石墨球的减少，就会造成石墨化能力减弱，因而使铁液凝固后的白口倾向加大，渗碳体数量增多，使铸件硬度升高。

图6-13　铁液停留时间与石墨球数的关系

图6-14　铁液停留时间与铸件硬度的关系

要防止孕育衰退，可采取如下措施：

（1）尽量缩短从铁液球化、孕育处理至浇注的时间间隔。从铁液被放入浇包进行球化并孕育处理开始，至浇包内最后的铁液浇注结束的全部时间间隔，最长不得超过15min。如果能在10min以内结束整个浇包的浇注，则是最好。

（2）采用粒度偏大的孕育剂，对于处理1t以下的铁液时，用于一次孕育的孕育剂粒度一般为1．5～6mm （见表6-12）。由表6-12可以看出，随着处理铁液重量的增加，孕育剂的粒度也要相应增大。

（3）采用长效孕育剂，含钡孕育剂可使孕育衰退时间从15min延长至30min。这种孕育剂的成分可见表6-11。

（4）球化并孕育处理后的铁液温度不可过高，由于动力学的原因，温度越高则孕育衰退越快。

（5）经一次孕育处理后，在铁液浇注进入型腔以前，采用瞬时孕育，即延后孕育。