球墨铸铁球化及其孕育处理研究进展（一）

1947年英国人莫罗(MorroghJH)首次发现含铈球墨铸铁，Gagnebin用加入Mg的办法在铸态铸铁中获得球状石墨，为当代球墨铸铁发展开辟了道路。球墨铸铁被用于生产制造曲轴、核燃料废料储存罐等，被广泛运用于机械制造、冶金矿山、石油化工、交通运输等职能部门。球化解决和孕育解决是球墨铸铁生产制造过程的重要环节，球墨铸铁进行孕育解决的目的性是为消除球墨铸铁的白口化倾向、消除过冷石墨、促进石墨化、细化共晶团及减少晶间偏析等。这篇文章主要介绍了世界各国球墨铸铁的球化及其孕育解决的科学研究情况：阐述了在合金化基础上．稀土硅与球化剂同时加入后，普通的孕育是生产制造铸态薄壁新型球铁的关键办法，型内孕育是在铸态下生产制造Y型高强度球墨铸铁铸件的关键办法。

1铸铁球化及其孕育的研究现状

球墨铸铁是指向铁水里加入一定数量的球化剂和孕育剂，可以通过球化及孕育解决使铁水在凝固时碳以球状石墨的形式形核和生长，凝固后铸铁的组织中获得球状石墨的铸铁。球化解决和孕育解决是生产制造球墨铸铁的重要环节。

在球化解决技术方面．现阶段世界各国球化解决的办法主要有：浇包冲人球化法、盖包法、压力加镁法、镁焦碳法、GF转包法、密封性流动法和型内球化解决等12-31。在其中，运用很普遍的是浇包冲入球化法，它的优势是实际操作简单，可完成比较稳定生产制造。可是，这类解决办法有球化剂镁的吸收能力低、球化解决时因镁的大量燃烧而导致劳动条件恶化等缺陷。为了更好地克服诸多缺陷，紧接着出现了盖包法、压力加镁法、镁焦碳法、GF转包法、密封性流动法和型内球化解决等等。现阶段，海外普遍选用GF转包法和盖包法，在国内也已经在推广运用。在球化剂方面，世界各国常用的球化剂主要有稀土镁硅铁合金、钙镁球化剂、镍镁合金球化剂、镁合金和纯镁合金，在其中运用较普遍的是稀土镁硅铁合金。在国内在生产制造《热加工工艺》2008年第37卷第13期125万方数据金属铸锻焊技术|Casting·Forging·Welding2008年七月上普遍运用的球化剂是稀土镁合金，海外许多国家因缺少稀土资源，大多数选用镁合金和纯镁。如日本地区主要用的球化剂是钙镁铈球化剂翻。在美洲大陆、欧洲地区主要用的是镍镁合金球化剂。这类球化剂比较昂贵，在国内基本上沒有运用。

在石墨材料球化理论研究这方面，曾经指出的球化理论和模型主要有：碳化铁快速分解理论、过饱和奥氏体理论、气泡学理论和模型、硫化物等石墨材料球核心说理论、过冷学理论、吸附理论、表面能理论、位错学理论和模型等石墨材料球成长理论。碳化铁快速分解理论的主要观点为首先以碳化物凝固，然后碳化物分解析出石墨材料；过饱和奥氏体理论主要观点为石墨材料直接从铁液中析出，而后被奥氏体所包围。碳通过奥氏体扩散成长成球状：气泡学理论和模型主要观点为在镁蒸汽微小的气泡内碳原子向内扩散成球状核心．再沿此核心成长成球状，此学说被Davis所否定,核心说理论的主要观点为通过电子显微镜直接观测到石墨材料核心物质，这些物质有硫化物、氧化物、Mg—Si化合物等，进而主张液态的此类微小物质为球状石墨材料核心：现阶段看来硫化物等核心说是被认同的石墨材料球化形核学说，但它也回答不了石墨材料怎样成长成球状的难题。过冷学理论的主要观点为由于添加镁使得石墨材料核心消失，过冷状态下石墨材料沿a轴、c轴方向成长速度差减少，结果石墨材料成长成球状而非片状：吸附理论主要观点为镁吸附在石墨材料上，使石墨材料表面张力提升而使其成球状；表面能理论主要观点为铁液里添加的镁等球化元素使硫的活度下降，石墨材料和铁液的表面能变大，两者之间的界面面积缩小而成球状：位错学理论和模型主要观点为球状石墨材料是沿着螺旋位错成长成球状的。目前为止，对于石墨材料球化理论都还没下结论。中江秀雄等综合之前有关球化理论并结合他们的研究成果认为：球墨铸铁液相中的镁、铈等元素的硫化物形成石墨材料核心．在成长过程中成球状，在共晶凝固开始时石墨材料被奥氏体所包围，碳元素通过奥氏体固相扩散而成长。同时指出增加石墨材料球数的极端重要性。

孕育处理是生产球墨铸铁的关键步骤的一种，正所谓孕育处理就是说在铸铁溶液中加上少许特殊的孕育剂促进石墨化作用，避免渗碳体的形成、能够细化组织、提升材料力学性能。现阶段孕育处理方法主要有浇包孕育、液体孕育、孕育丝孕育、瞬时包外孕育、型内孕育等方法j浇包孕育属于一次孕育，是国内许许多多厂家广泛使用的方法。液体孕育属于两种铁液冲兑的孕育方式。用以大中型铸造铁件处理：孕育丝孕育是空心的钢丝内装有粉状孕育剂，在直浇道进行孕育处理的方法。孕育处理又可分为一次孕育和二次孕育。之前主要以一次孕育为主。进行一次孕育有许许多多缺陷，如添加的孕育剂量大，另外缺陷是产生孕育衰退现象。近些年世界各国发展了许多二次孕育以及其瞬时孕育处理，主要的具体方法有：倒包孕育、浇口杯孕育、浇包漏斗随流孕育和型内孕育等。在其中型内孕育是现阶段孕育实际效果比较好的处理具体方法．它是1968年刚开始研究的，早期在欧洲开发和运用，在这之后英、美、加拿大等国刚开始zhuanli申请。现阶段，工业生产比较发达的国家已刚开始运用，特别是在海外在发动机、柴油机的铸造和薄壁高强度灰铸铁的孕育处理方面达到较高水平．在我国在加强孕育处理技术研究方面推广相对来说有点慢。

有关于孕育剂，现阶段国内国外常见的孕育剂的类型主要有Si—Fe、Fe—Si．Ca、Si．Ba．Ca、RE．Si、Ce系、Ba系、Ca系、石墨系、Fe—si．Sr等。在其中经济便捷的孕育剂是硅孕育剂．如国內大多数选用含质量分数为75％硅的硅铁，纯硅孕育实际效果很差，海外通常带有2．5％钙与铝。近几年来，海外对孕育剂的研究较多，许多人在硅中加入一定量的其它合金元素以得到更高的孕育实际效果，在其中Fe．Si．Ca、Si—Ba．Ca孕育剂适用于低硫铁水、高硫铁水，有提高抗拉强度、减少白口倾向的功用；RE．Si、Ba系、Ca系孕育剂适用于低硫铁水，也具有前者的功用Fe．Si．Ca．Al—Ba作为型内孕育剂。

在球墨铸铁孕育机理研究方面．孕育理论和模型主要有下列几个方面：碳化物核心理论。主要的有A13C4石墨核心、CaC2核心、SiC2核心。碳化物核心理论指出孕育剂中的有效元素与铁水中的碳反应产生碳化物作为石墨核心。但这一个理论被之后的Fe—Si结晶化孕育理论所代替：氧化物理论，该理论指出孕育剂中的硅元素与铁水反应产生硅酸盐微粒作为石墨核心，但这一个理论无法解释衰退现象以及其他孕育所独有的现象：均质晶核理论，均质晶核理论指出孕育后。硅溶解扩散时在碳局部过饱和部位生成石墨核心；起伏成核理论，该理论指出孕育剂在铁水中产生许多微观的浓度起伏和温度起伏，进而产生许多石墨的结晶万方数据HotWorkingTechnology2008，V01．37，No．13上半月出版Casting-Forging·Welding|金属铸锻焊技术核心，这个“起伏成核理论”是现阶段较有代表性的理论的一种：硫化物理论，该理论指出片状石墨铸铁中，通过添加化学当量的RE元素，产生起石墨核心作用的RE和Mn的复合硫化物，进而促进石墨化，而在球墨铸铁中铈和镁的硫化物作为球状石墨的核心，增加石墨球数促进石墨化，它是现阶段有关于稀土孕育剂新的孕育机理的一种。Fe．Si结晶化孕育理论，该理论认为孕育剂加入铸铁溶液中．孕育剂中的Si由于氧化而生成非晶态的SiO：，孕育剂中的微量元素Ca由于起触媒作用而使SiO：结晶化，这种结晶化的SiO：起到石墨核心的作用，用此理论否定了CaC：学说，它也是目前新的孕育学说之一。