鑄鐵球化及其孕育的研究現(xiàn)狀

　　球墨鑄鐵是指向鐵水中加入   數(shù)量的球化劑和孕育劑，通過球化及孕育處理使鐵水在凝固時碳以球狀石墨的形式形核和生長，凝固后鑄鐵的組織中球狀石墨的鑄鐵。球化處理和孕育處理是生產(chǎn)球墨鑄鐵的重要環(huán)節(jié)。在球化處理技術(shù)方面，目前球化處理的方法主要有：澆包沖入球化法、蓋包法、壓力加鎂法、鎂焦碳法、GF轉(zhuǎn)包法、密封流動法和型內(nèi)球化處理等。其中，應(yīng)用廣泛的是澆包沖入球化法，它大的優(yōu)點是操作簡便，可實現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)。
　　但是，這種處理方法有球化劑鎂的吸收率低、球化處理時因鎂的大量燃燒而導(dǎo)致勞動條件惡化等缺點。為了克服種種缺點，隨后出現(xiàn)了蓋包法、壓力加鎂法、鎂焦碳法、GF轉(zhuǎn)包法、密封流動法和型內(nèi)球化處理等等。目前，廣泛采用GF轉(zhuǎn)包法和蓋包法，我國也正在推廣使用。在球化劑方面，常用的球化劑主要有稀土鎂硅鐵合金、鈣鎂球化劑、鎳鎂合金球化劑、鎂合金和純鎂合金，其中應(yīng)用較廣泛的是稀土鎂硅鐵合金。我國在生產(chǎn)上普遍使用的球化劑是稀土鎂合金，許多因缺少稀土資源，大都采用鎂合金和純鎂，如日本主要用的球化劑是鈣鎂鈰球化劑，在美洲、歐洲主要用的是鎳鎂合金球化劑，這種球化劑比較昂貴，在我國基本上沒有應(yīng)用。
　　在石墨球化理論研究方面，曾經(jīng)提出的球化理論和模型主要有：碳化鐵分解理論、過飽和奧氏體理論、氣泡學(xué)理論和模型、硫化物等石墨球核心說理論、過冷學(xué)理論、吸附理論、表面能理論、位錯學(xué)理論和模型等石墨球長大理論。碳化鐵分解理論的主要觀點為先以碳化物凝固，然后碳化物分解析出石墨；過飽和奧氏體理論主要觀點為石墨直接從鐵液中析出，而后被奧氏體所包圍，碳通過奧氏體擴(kuò)散長大成球狀；氣泡學(xué)理論和模型主要觀點為在鎂蒸汽微小的氣泡內(nèi)碳原子向內(nèi)擴(kuò)散成球狀核心，再沿此核心長大成球狀，此學(xué)說被Davis所否定；核心說理論的主要觀點為通過電子顯微鏡直接觀測到石墨核心物質(zhì)，這些物質(zhì)有硫化物、氧化物、Mg-Si化合物等，從而主張液態(tài)的此類微小物質(zhì)為球狀石墨核心；目前看來硫化物等核心說是被認(rèn)可的石墨球化形核學(xué)說，但它也回答不了石墨如何長大成球狀的問題。過冷學(xué)理論的主要觀點為由于加入鎂使得石墨核心消失，過冷狀態(tài)下石墨沿a軸、c軸方向長大速度差減少，結(jié)果石墨長大成球狀而非片狀；吸附理論主要觀點為鎂吸附在石墨上，使石墨表面張力提高而使其成球狀；表面能理論主要觀點為鐵液里加入的鎂等球化元素使硫的活度下降，石墨和鐵液的表面能變大，兩者的界面面積縮小而成球狀；位錯學(xué)理論和模型主要觀點為球狀石墨是沿著螺旋位錯長大成球狀的。目前為止，對于石墨球化理論還沒有定論。綜合以前有關(guān)球化理論并結(jié)合他們的研究成果認(rèn)為：球墨鑄鐵液相中的鎂、鈰等元素的硫化物形成石墨核心，在長大過程中成球狀，在共晶凝固開始時石墨被奧氏體所包圍，碳元素通過奧氏體固相擴(kuò)散而長大。同時指出增加石墨球數(shù)的極端重要性。
　　孕育處理是生產(chǎn)球墨鑄鐵的重要環(huán)節(jié)之一，所謂孕育處理就是在鑄鐵溶液中添加少量的孕育劑   石墨化作用，防止?jié)B碳體的形成、可以細(xì)化組織、提高材料力學(xué)性能。目前孕育處理方法主要有澆包孕育、液體孕育、孕育絲孕育、瞬時包外孕育、型內(nèi)孕育等方法。澆包孕育屬于一次孕育，是我國許多工廠普遍使用的方法。液體孕育屬于兩種鐵液沖兌的孕育方式，用于大型鑄鐵件處理；孕育絲孕育是空心的鋼絲內(nèi)裝有粉狀孕育劑，在直澆道進(jìn)行孕育處理的方法。孕育處理又分為一次孕育和二次孕育，以前主要以一次孕育為主。進(jìn)行一次孕育有許多缺點，如加入的孕育劑量大，另外大的缺點是出現(xiàn)孕育衰退現(xiàn)象。近年來發(fā)展了許多二次孕育及其瞬時孕育處理，主要的方法有：倒包孕育、澆口杯孕育、澆包漏斗隨流孕育和型內(nèi)孕育等，其中型內(nèi)孕育是目前孕育效果較好的處理方法，它是1968年開始研究的，早在歐洲和應(yīng)用，其后英、美、加拿大等國開始申請。目前，工業(yè)發(fā)達(dá)的已開始應(yīng)用，尤其在發(fā)動機(jī)、柴油機(jī)的鑄造和薄壁灰鑄鐵的孕育處理方面達(dá)到較，我國在加強(qiáng)孕育處理技術(shù)研究方面推廣比較慢。
　　關(guān)于孕育劑，目前常用的孕育劑的種類主要有Si-Fe、Fe-Si-Ca、Si-Ba-Ca、RE-Si、Ce系、Ba系、Ca系、石墨系、Fe-si-Sr等。其中經(jīng)濟(jì)方便的孕育劑是硅孕育劑，如國內(nèi)大多采用含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%硅的硅鐵，純硅孕育效果很差，一般含有2.5%鈣與鋁。近年來，對孕育劑的研究較多，他們在硅中加入   量的其它合金元素以高的孕育效果，其中Fe-Si-Ca、Si-Ba-Ca孕育劑適用于低硫鐵水、高硫鐵水，有提高抗拉強(qiáng)度、減少白口傾向的功用；RE-Si、Ba系、Ca系孕育劑適用于低硫鐵水，也具有前者的功用；Fe-Si-Ca-Al-Ba作為型內(nèi)孕育劑。