鑄造生鐵的孕育作用及其應(yīng)用

劉金玉

（天津伸和有限公司，天津 300222）

孕育處理是提高灰鑄鐵使用性能的最重要的手段之一，把極少量的孕育劑添加到出爐后的鐵液中，就能使灰鑄鐵的使用性能得到明顯的提高或改善。

現(xiàn)在生產(chǎn)中使用最多的孕育劑是硅鐵合金（75 SiFe），其硅的含量約為75%。

孕育劑最重要的作用是增加鐵液共晶時的結(jié)晶核心。一般認(rèn)為，灰鑄鐵鐵液共晶結(jié)晶時，其領(lǐng)先相為石墨。所以，孕育劑增加共晶時的結(jié)晶核心，實際上就是增加石墨的結(jié)晶核心。從這一意義來說，用石墨作孕育劑效果應(yīng)該最佳。因此，現(xiàn)在已有多種石墨類孕育劑應(yīng)用到實際生產(chǎn)中。

眾所周知，鑄造生鐵中含碳量較高，而且這些碳主要是以石墨的形式存在。所以，鑄造生鐵也應(yīng)該具有一定的孕育功能?；蛟S受條件所限，到目前為止，就我們所接觸到的材料來看，還沒有看到這方面的試驗資料和應(yīng)用實例。

我們對鑄造生鐵的孕育功能做了一些試驗和驗證，并開始應(yīng)用到生產(chǎn)中，取得了一定的效果。

1 試驗過程

1.1 試驗材料

試驗用的材料是牌號為Q 10的球鐵生鐵，從這種生鐵的鐵錠上鉆取鐵屑作鑄造生鐵孕育劑，加入到灰鑄鐵鐵液中進(jìn)行孕育試驗，并與生產(chǎn)中所用的硅鐵孕育劑（75 SiFe）進(jìn)行對比，這兩種孕育材料的化學(xué)成分如表1.

1.2 試驗內(nèi)容及方法

試驗是在公司鑄造車間的實際生產(chǎn)條件下進(jìn)行的，共進(jìn)行3次，主要內(nèi)容及方法如下：

表1 孕育劑的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

第一次，試驗鑄造生鐵屑對灰鑄鐵鐵液激冷傾向的影響。

為此從未經(jīng)孕育處理的一爐F C200原鐵液中分幾次取樣，每次2 kg，分別加入不同重量的生鐵鐵屑，攪拌后在砂型中澆注成標(biāo)準(zhǔn)的三角激冷試塊（試塊的截面為三角形，尺寸為底×高=25 mm×50 mm，試塊長度為150 mm），冷卻后砸斷，測量白口的寬度。

第二次，試驗鑄造生鐵鐵屑對灰鑄鐵抗拉強(qiáng)度和顯微組織的影響。為此用同一爐鐵液澆注出三種經(jīng)不同方法孕育處理的，直徑為30 mm的抗拉試棒毛坯，第一種不加任何孕育劑，第二種按現(xiàn)行工藝加0.3%的75 SiFe粉作孕育劑，第三種加2.3%的生鐵鐵屑作孕育劑，每種澆注3根，經(jīng)過機(jī)加工后進(jìn)行拉伸試驗。

從拉斷的抗拉試棒上截取金相試塊，對其橫斷面作金相檢驗，檢查過冷石墨、珠光體以及共晶團(tuán)的數(shù)量。

第三次，試驗鑄造生鐵屑和硅鐵孕育劑（75 SiFe）混合組成的孕育劑的孕育效果。該項試驗同第二次一樣，也是用同一爐鐵液澆注出三種經(jīng)不同方法孕育處理的，直徑為30 mm的抗拉試棒毛坯，第一種不加任何孕育劑，第二種按現(xiàn)行工藝加0.3%的75 SiFe粉作孕育劑，第三種用分別占鐵液重量2.3%的生鐵鐵屑和0.1%的75 SiFe粉混合物作孕育劑，每種澆注三根，經(jīng)過機(jī)加工后進(jìn)行拉伸試驗。

2 試驗結(jié)果

2.1 鑄造生鐵鐵屑對灰鑄鐵白口傾向的影響

生鐵鐵屑作孕育劑，對灰鑄鐵白口傾向的影響如圖1和表2所示。

圖1 生鐵鐵屑加入量對三角激冷試塊激冷寬度的影響

表2 三角激冷試塊激冷寬度與生鐵鐵屑加入量的關(guān)系

表2 中“折合石墨加入量”一欄中的數(shù)據(jù)，是按照生鐵鐵屑的加入量與實際含碳量（4.38%）計算出來的。由于鐵屑中的碳不都是以石墨的形式存在，其中有一部分以碳化鐵的形式存在于珠光體中，還有一部分以間隙固溶原子的形式存在于鐵素體中，所以折合出來的數(shù)據(jù)只能是個大約數(shù)，一般說來比石墨的實際加入量要高一些。

從上述試驗結(jié)果中可以看出，隨著鑄造生鐵鐵屑加入量的增加，灰鑄鐵的白口傾向迅速降低，當(dāng)加入量按重量比達(dá)到2.3%時，激冷試塊上已不存在激冷白口層了。這說明，就降低灰鑄鐵的激冷傾向而言，鑄造生鐵有著不錯的孕育功能。

2.2 鑄造生鐵鐵屑對鑄鐵抗拉強(qiáng)度的影響

鑄造生鐵鐵屑作孕育劑，對灰鑄鐵抗拉強(qiáng)度的影響如表3，原鐵液的化學(xué)成分如表4.

表3 試棒的抗拉強(qiáng)度

表4 原鐵液的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

試驗結(jié)果表明，生鐵鐵屑能夠提高灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度，但不及75 SiFe粉明顯。

2.3 對鑄鐵顯微組織的影響

從拉斷試棒上截取金相試塊，對拉斷面進(jìn)行金相檢驗，沿著磨面上的一條直徑從一端連續(xù)觀察到另一端，共九個視場，逐一記錄下每個視場的顯微組織，如表5.

表5 三種試棒的顯微組織

從表5的檢查結(jié)果可以看出，鑄造生鐵鐵屑和硅鐵孕育劑一樣，能夠有效的減少鑄鐵中過冷石墨的總量并增加珠光體的數(shù)量，但兩者之間是有差別的，主要表現(xiàn)為生鐵鐵屑孕育所產(chǎn)生的顯微組織均勻性差，有大塊的過冷石墨區(qū)，從而導(dǎo)致存在大塊鐵素體集聚區(qū)。圖2的3張照片分別是三種試塊中最大鐵素體集聚區(qū)，可以看出，未孕育者最大，生鐵屑孕育者次之，硅鐵粉孕育者最小。

圖3 顯示的是三種試塊的共晶團(tuán)數(shù)，按標(biāo)準(zhǔn)圖片對照，未孕育者為260，生鐵屑孕育者為390，硅鐵粉孕育者為520，同樣表明硅鐵粉的孕育效果優(yōu)于生鐵屑。

2.4 鑄造生鐵鐵屑和75SiFe粉混合孕育劑的孕育效果

把分別占鐵液重量2.3%的生鐵屑和0.1%的75 SiFe粉混合在一起作孕育劑對灰鑄鐵鐵液進(jìn)行孕育，并澆注成抗拉試棒。同樣，把未經(jīng)孕育的原鐵液以及經(jīng)0.3%75 SiFe粉孕育的鐵液也澆成抗拉試棒。三種試棒的抗拉試驗結(jié)果如表6，原鐵液化學(xué)成分如表7.

圖2 三種試棒中最大鐵素體集聚區(qū)的顯微組織×100

圖3 三種試棒的共晶團(tuán)組織×40

表6 試棒的抗拉強(qiáng)度

表7 原鐵液的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

試驗結(jié)果證明，由鑄造生鐵鐵屑和少量75 SiFe粉組成的孕育劑具有與75 SiFe孕育劑相當(dāng)?shù)脑杏δ堋?/p>

3 討 論

試驗結(jié)果表明，鑄造生鐵鐵屑作為孕育劑加入到灰鑄鐵的鐵液中，具有一定的孕育作用，能夠降低鐵液的激冷傾向，細(xì)化共晶團(tuán)，減少過冷石墨并增加珠光體的數(shù)量，從而使灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度有所提高，但在本次試驗所采用的加入量的情況下，其孕育效果不及傳統(tǒng)的75 SiFe孕育劑，這可能是由于石墨燒損，導(dǎo)致孕育量不足而造成的。增加生鐵屑的加入量，或許效果會更好一些，但考慮到增加加入量，有可能導(dǎo)致鐵液溫度過度降低而產(chǎn)生其他問題，所以沒有做進(jìn)一步試驗。同時試驗證明，由鑄造生鐵鐵屑和少量75 SiFe粉組成的混合孕育劑具有與75 SiFe孕育劑相當(dāng)?shù)脑杏δ埽浣Y(jié)果表明：用鑄造生鐵鐵屑部分取代75 SiFe作孕育劑是可行的。

4 實際應(yīng)用

在以上試驗的基礎(chǔ)上，采用鑄造生鐵鐵屑部分取代75 SiFe，在實際生產(chǎn)加以應(yīng)用。

現(xiàn)行生產(chǎn)工藝規(guī)定，用75 SiFe作孕育劑，總孕育量為出爐鐵液重量的0.3%。孕育處理分兩次進(jìn)行，第一次是在鐵液出爐時隨流孕育，加入量為0.2%；第二次是在鐵液由鐵水包往推包倒包時，也是隨流孕育，加入量為0.1%。我們決定在第一次孕育處理時用鑄造生鐵取代75 SiFe做孕育劑。

從按照配比計算出來的作為爐料的鑄造生鐵塊中留出占爐料總重3%的生鐵錠塊，不作為爐料放入爐中熔化，而是作為孕育劑放到鐵水包中，出爐時，熾熱的鐵液沖入鐵水包中將其熔化，生鐵中的石墨溶進(jìn)鐵液中，起到孕育作用。后邊仍按原工藝進(jìn)行，不做更改。

對用這種經(jīng)過改進(jìn)的孕育方法生產(chǎn)出來的兩批鑄件進(jìn)行認(rèn)真地跟蹤檢查，無論是外觀還是機(jī)加工后的內(nèi)在質(zhì)量都沒有出現(xiàn)任何與孕育質(zhì)量有關(guān)的問題。實踐證明這種取代是可行的，可使每噸鐵水節(jié)省2 kg價格較貴的75 SiFe孕育劑，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié) 論

試驗證明，鑄造生鐵具有一定的孕育功能，盡管在本次試驗用量的條件下其孕育作用不及傳統(tǒng)的硅鐵孕育劑顯著，但仍具有一定的實用價值。在生產(chǎn)中用鑄造生鐵屑部分取代傳統(tǒng)的硅鐵孕育劑是可行的，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］中國機(jī)械工程學(xué)會鑄造專業(yè)學(xué)會.鑄造手冊第一卷鑄鐵［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993：211-212.