ｏｌ９５ｍｍｘ２５Ｏｍｍ的厚截面试棒中，未孕育的蠕墨铸 铁，蠕化率为６５％～７５％，加入０．６％的７５硅铁孕育 之后，使蠕化率减少到约２０％～３０％（图２）。 （ａ）孕育处理前 （ｂ）孕育处理后 蠕化率６５％～７５％３０ｘ 蠕化率２０％～３０％３０ｘ 图２在用稀土进行蠕化处理的ｏｌ９５ｍｍｘ２５Ｏｍｍ试棒中， 加０．６％的７５硅铁孕育处理前后蠕化率的变化田 由上述可见，孕育目的中，有的是相互矛盾，不 能同时达到的。对于蠕墨铸铁来说，是否需要进行孕 育，主要看蠕化处理后铸件的白口倾向以及铁素体 和珠光体的比例如何。如果自由碳化物数量在允许 的最大限度以下，基体组织符合要求，或希望获得较 高蠕化率或要求蠕墨铸铁件具有粗大共晶团组织的 情况下，可不进行孕育处理——如厚大断面的蠕墨 铸铁件。薄壁蠕墨铸铁件如果采用白口倾向很小的 蠕化剂（如含微量稀土的镁系或镁钛系蠕化剂），在 严格控制蠕化剂加入量并适当控制原铁液硅、锰含 量的情况下，也可以不进行孕育处理。 ２孕育方法 目前，多数蠕墨铸铁生产厂家采用出铁时在出 铁槽徐徐加入孕育剂的随流孕育法。众所周知，孕育 效果是会随时间的延长而逐渐消失的，即孕育衰退。 所以，减少孕育衰退的原则是：尽可能缩短从孕育处 理完毕到浇注所耗费的时间。有研究表明，铁液加孕 育剂后的ｌＯｓ至１００ Ｓ期间就出现衰退。然而，一般 情况下，上述随流孕育法极难不超过１００ ｓ。为补充 孕育效果，通常采用“二次孕育”，即，在出铁槽随流 孕育之后，用少量孕育剂再孕育——多用于铁素体 蠕墨铸铁件和浇注时间较长的薄壁蠕墨铸铁件。 由于孕育方法的改进，后来出现了种种的“瞬时 孕育”法，如将块状孕育剂置于包内铁液表面的“浮 ｏＦＭＴ中国铸造装备与技术１／２０１０ 硅孕育”法、撒入浇注铁液流的浇注随流孕育法、徐 徐撒人浇口杯内的“浇杯孕育”法、型内孕育法等等。 后者实际上不存在孕育衰退。 上世纪后期，又出现了喂线孕育法，它可以精确 控制孕育量，避免由于孕育量不足而难以消除碳化 物。也可减少因孕育过量，而形成更多的球墨，使蠕 化率降低。此外，它还能将孕育线插到包底，使铁液 孕育均匀［３１。 ３孕育剂种类和孕育量 能作为石墨化类型孕育剂的物质很多，可将其 分为以下三类。 ３．１固体孕育剂 固体孕育剂种类有简单的元素（如黑色石墨）， 有铁合金（如硅铁、硅钙、钡硅铁、锶硅铁等），也有复 合孕育剂（如，两份硅９０和一份铝或两份硅７５和一 份铝复合）。 现场经验：特别要注意，根据以往某些书籍和资 料所述，硅钙比硅铁有更好的孕育效果，然而用硅钙 （或钙系合金）孕育温度不高而含硫量高的铁液时， 铸件的上表面往往出现大量夹杂，它看似未充分溶 化的硅钙（或钙系合金），而用７５硅铁却没有这个问 题。从熔点来看，７５硅铁为１３３１～１３３０￣Ｃ，而硅钙合 金为９８０—１２４５ｃＩ＝，为什么熔点低的反而不易溶化？直 到文献［４］提出“浮渣”形成机理才明白其所以然：由 于硅钙或钙系合金等孕育剂加到铁液之后，其颗粒 表面的钙等元素首先发生去氧、脱硫反应，如果孕育 剂颗粒表面的反应产物不能及时脱附和扩散而包覆 在其外表，这不仅阻碍了去氧、脱硫反应的不断进 行，而且使尚未发挥作用的孕育剂颗粒上浮到铁液 表面，既浪费又生“渣”。孕育剂颗粒越大，“浮渣”越 多。所以，要慎用钙系合金作孕育剂——特别是对于 温度不高，而含硫量又较高的冲天炉铁液，而且其粒 度要适宜。 铁液中加少量铝，不仅有着强烈的石墨化作用， 而且有强烈的脱氧作用，铝加入铁液中也能放出一 部分热量，使铁液降温速度减慢。 有人问，蠕化剂中已含有大约超过４０％的硅，为 什么还要孕育？这是因为它不同于蠕化处理后单独 加入的孕育硅。同时存在于蠕化剂中的稀土和硅在 蠕化处理时，稀土在铁液中的反应速度滞后于硅的 反应速度，当稀土导致出现较多的碳化物时，硅的最 大孕育效果已在先出现，其孕育作用已乏力。所以在 蠕化处理后，要另外加孕育剂进行孕育处理，而且， 最好蠕化处理与孕育处理要有适当的间隔时间。至 ３１ 生产技术ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ 于蠕化剂中的镁，其反应动力学条件要比稀土好，这 个问题不很突出，但也最好在蠕化反应完成之后再 进行孕育处理。 可见，液体孕育后，蠕墨铸铁蠕化率提高，蠕化元素 残留量、珠光体和碳化物数量减少。表２列出了液体 孕育量递增与蠕化率递增、蠕化元素递减的关系；图 ３～图６为液体孕育量（原铁液补加量）与蠕化率变 化、蠕墨铸铁力学性能、稀土和镁残留量关系曲线１６１。 表１液体孕育前后蠕墨铸铁组织和蠕化元素的变化［６１ 石墨形态 ２５％蠕虫＋球＋团虫 固体孕育剂的用量：依孕育方法而定。最常用的 出铁槽随流孕育法，硅铁７５的加入量一般为铁液重 量的０．３％ ０．８％。“二次孕育法”的两次用量总和更 大些——第一次在出铁槽随流孕育的量占总量的绝 大部分，第二次孕育量则较少。采用“瞬时孕育”时， 由于孕育衰退的减少，则可大幅度减少孕育剂用量， 液体孕育前 蠕化元素 残留稀土Ｏ．０５８％，残留镁Ｏ．０２１２％ 一般不超过０．２％，甚至可少到０．１％以下。 ３．２悬浮孕育剂【５ ｌ悬浮孕育剂实际上也属于固体孕育剂，如铁合 金粉末、铁丸、碎铁屑等，称为悬浮孕育剂。使用时在 浇注过程中，将一定量的悬浮孕育剂加到铁液中混 合，使其与铁液流一起充填型腔。它不仅具有孕育作 用，对铁液还有冷却作用——所以被称为微型冷铁。 它能增加孕育剂的吸收率，稳定厚截面的组织，提高 其力学性能，减少石墨漂浮和缩松等缺陷。其加入量 以不超出铁液预定的最终化学成分为准，通常在 ０．３５％～２．Ｏ％范围内。 ３．３液体孕育剂 很久以前，这种孕育剂在孕育铸铁中曾用过。 即，采用碳当量差别较大的两种铁液掺合在一起，如 在低碳当量（白口或麻口铸铁成分）的铁液中掺入作 为孕育剂的２０％～５０％的高碳当量铁液或液体硅（用 量比固体硅少），孕育效果甚好，但缺点是需要两套 熔炼设备，故此法极少被应用。 然而，蠕墨铸铁采用液体孕育，可用同一套熔炼 设备，并借助炉前铁液定量秤（如重量显示吊钩电子 秤），不仅可很方便地达到减小白口的孕育目的，而 且能获得预定蠕化率的蠕墨铸铁。其原因在于： （１）作为液体孕育剂补加的铁液中有较高的氧、 硫含量（它们就是孕育处理所用的“很少的物质”）， 可消耗“过处理”铁液中的稀土、镁等蠕化元素，过量 的稀土和镁是造成蠕墨铸铁白口的主要原因。 （２）铁液中的氧、硫与蠕化元素反应生成的各种 氧化物、硫化物或硫氧化物及其它稀土复合物，都是 高熔点的弥散的稳定化合物质点。其中有的可以做 为石墨结晶的外来晶核，起到孕育作用，从而减小蠕 墨铸铁白口倾向。 （３）液体孕育后，铁液总量增加了，“冲稀”了“过 处理”铁液的蠕化元素含量。 表１是采用稀土锌镁铝蠕化剂（质量分数，％） （稀土ｌ３～ｌ５，锌４～３，镁３～４，铝０．８～１．０）进行蠕化处 理后，补加原铁液（液体孕育剂）前后的结果。由表１ ３２ （“过处理”铁液） 基体组织 ７Ｏ％珠光体＋铁素体＋０．５％磷共晶＋ ３％碳化物 石墨形态 ６０％蠕虫＋球＋团虫 液体孕育后 蠕化元素 残留稀土Ｏ．０３９％，残留镁Ｏ．０１７２％ （加１５％原铁液 ） 基体组织 ５０％珠光体＋铁素体＋０．２％磷共晶＋＜ １％碳化物 液体孕育剂——原铁液，其含硫量为０．０５％～０．０６％。 表２冲入原铁液量与“过处理”铁液量之比例和蠕化率、蠕 化元素残留量的关系 原铁液 ｔ４ １７ ２０ ２５ ３３ ５０ 量占总铁液量之比（％） 原铁液量与 ＾ “过处理”铁液量的比例 ｌ：６ ｌ：５ １：４ ｌ：３ １：２ ｌ：１ 蠕化率（％） ４０￣６０ ５０￣７０ ６０－８０ ７５－９０ ８５－９５ ９０－ｌｏｏ 稀土残留量（％） Ｏ．Ｏ２５ ０．０２７ ０．０１９ ０．０２０ ０．０２５ Ｏ．Ｏｌ９ 镁残留量（％） ０．０２８ ０．０２５ ０．０２４ Ｏ．０２４ ０．０２１ ０．０１７ 原铁液（即液体孕育剂）含硫量为≤０．０６％；球化剂为稀土镁硅铁合 金，成分：镁８％～１２％，稀土９％～１３％。 除非原铁液含硫量极低（十万分之几以下），否则用稀土残留量作 为检验依据不是很可靠（详见文献［４】）。 液含硫量发生变化，要达到同样的目标，补加的 原铁液量就要改变。因为如果仍补加等量的原铁液， 实际上加到铁液中的绝对硫量就和以前加的不一样 了，这样孕育的结果（碳化物数量和蠕化率）也就不 同了。也就是说，如果原铁液含硫量比以前高了，孕 育剂量（补加原铁液量）就要相应减少，这样才能使 ｌ００ ８０ 醑 ６Ｏ 磐 ４Ｏ ２０ ５ １Ｏ １５ ２Ｏ ２５ ３Ｏ 补加铁液量（％） 图３补加铁液量对蠕化率的影响 ｏＦＭＴ中国铸造装备与技术１／２０１０ （１）采用蠕墨铸铁白口倾向小的蠕化剂：如稀土 １．５ ＼ 一 锌镁铝合金、低稀土镁合金、低（或微量）稀土镁钛合 镁｝ １．０ ’金，严格防止“过处理”，则可不进行孕育处理。前两 哥 ： ● Ａ ０．５ 种蠕化剂用于大、中蠕墨铸铁件；后者用于薄小铸 ４６０ ＼ ＼件。对于薄小蠕墨铸铁件，目前可供选择的适宜的蠕 ｏ 皇４２０ 。 化剂还不多。 魁３８０ 。 唾 （２）通过调整蠕墨铸铁的硅、锰含量来获得所需 ３４０ ２ ｏ 的基体组织：如，铁索体基体——低锰、高硅，珠光体 ３００ 基体——高锰、低硅（所谓高或低，是相对于铁液的 ５ ｌＯ ｌ５ ２０ ２５ 常规化学成分的上、下限而言的）。 补加铁液量（％） （３）采用液体孕育：由上述的“液体孕育剂”（补 图４补加铁液量对力学性能的影响㈣ 加铁液）可知，它不仅可很方便地达到减小白口的孕 育目的，而且能获得预定蠕化率的蠕墨铸铁。实际上 一 是通过补加的铁液中“极少的物质”（万分之几的硫 一 皇 和百万分之１Ｏ～８Ｏ的全氧）来消除或减少白口倾向， ＋ 鼹 同时“微调”蠕化率，是石墨形态由球墨变为蠕墨的 过程，未显“孕育促球”现象。 （４）热处理：为避免蠕化率大幅度的波动而不进 补加铁液量（％） 行孕育处理，对于较重要的蠕墨铸铁件，倘若基体组 图５补加铁液量对稀土和镁残留量的影响 织超过了允许的范围，可通过热处理来解决。 总之，权衡利弊，在蠕墨铸铁生产中，应尽可能 地少用或不用固体孕育剂来进行孕育处理，以防止 蠕化率的大幅度波动而导致蠕墨铸铁性能的不稳 暑 定。液体孕育则是值得采用的方法。 Ｌ 一 ０．０４ ０．Ｏ５ ０．０６ ０．０７ ０．０８ ０．０９ 参考文献 原铁液含硫量（％） 【１】 Ｓｔｅｖｅ Ｄａｗｓｏｎ，Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｍｐａｃｔｅｄ 图６原铁液含硫量对补加铁液量的影响 Ｇｒａｐｈｉｔｅ Ｉｒｏｎ．ｔｈｅ １ ０６ｔｈ ＡＦＳ Ｃａｓｔｉｎｇｓ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ Ｋａｎｓａｓ Ｃｉｔｙ ４—７ 加入“过处理”铁液中的硫与以往相等。反之，孕育剂 Ｍａｙ ２００２． ｆ２］张忠仇．用稀土制取大截面蠕墨铸铁件的研究．北京国际稀土学 量要相应增加（图６）。 术会议论文集，１９８５，９：１４０６～１４０９． 謦 『３］徐杰，陈字．蠕墨铸铁的生产技术问答．中国铸造装备与技术， ４防止“孕育促球”的对策 ２００６（４）：６８～７０；２００６（５）：６１～６４． 采用固体孕育剂进行处理导致蠕化率大幅度地 ｆ４］邱汉泉．稀土蠕墨铸铁新型蠕化剂的研究．球铁，１９８０（２）． 波动，这无疑会影响蠕墨铸铁生产的稳定性。 ［５】姜希尚．铸造手册：第５卷．北京：机械工业出版社，１９９４：８７２～８７３． ｆ６】苏新同，邱汉泉，王兴雷，等．补加铁水调整蠕墨铸铁蠕化率的方 “孕育促球”，从理论上说，可以将它用于纠正蠕 法研究与应用．球铁，１９８９（４）． 化“欠处理”的状态和调整蠕化率【８’９】，但是和蠕化处 ｆ７］陈兴营．蠕墨铸铁的制取及其应用．中国纺织机械厂国内交流资 理工艺一样，目前除了Ｓｉｎｔｅｒ Ｃａｓｔ在线控制工艺ｌ】１， 料，ｌ９７９，１２：５． 用于准确检测“孕育促球”铁液状态的方法还是薄弱 ｆ８］楼恩贤．孕育处理对生产蠕虫状石墨铸铁的影响．铸造，１９８１（１）： 环节。 １４～１９． ｆ９］李美蓉．孕育对蠕墨铸铁组织的影响．安徽工学院学报，１９８４（４）： 为了达到上述孕育处理的目的，又要避免“孕育 ４９－ 促球”，可采取如下措施： Ｉｎｏｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｖｅｒｍｉｃｕｌａｒ Ｃｏｍｐａｃｔｅｄ Ｇｒａｐｈｉｔｅ Ｃａｓｔ Ｉｒｏｎ ＱＩＵ Ｈａｎｑｕａｎ’，ＳＩｌｌ Ｄｅｌｉｎｇ。 （１．Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｊｉｎａｎ ２５００３１，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｊｉｎａｎ Ｆｏｕｎｄｒｙ＆Ｍｅｔａｌｆｏｒｍｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｒｅｓｅｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｊｉｎａｎ ２５００２２，Ｃｈｉｎａ） ｅＦＭＴ中国铸造装备与技术１／２０１０ ３３