铁水孕育技术在铸造节能降耗生产中的应用

孕育技术在铸造节能降耗生产中的应用

高连国

湖北荆州（434000）

【摘要】在液态铁水中添加物质而改善铸铁性能的操作称为孕育(Inoculation)或称变质(Modification)。对灰铁来说，孕育意味着石墨化，改善石墨形状、大小、数量以及分布形态，提高强度减少应力等；而对球铁、蠕铁而言：“孕育”则能促进石墨化、消除游离渗碳体、细化共晶团、使石墨细小、圆整、数量增多，从而使共晶团边界的脆性相（如磷共晶、碳化物）及夹杂物呈弥散分布，使机械性能（特别是塑性和韧性）明显提高。

对提高铸件的综合性能、生产高质量的铸件来说，孕育处理是简单、经济、行之有效的方法，尤其是在当前原材料价格急骤上涨生产成本持续上升的今天。

【关键词】孕育处理孕育剂铸态铁素体

一、铸铁孕育的理论与发展

1.1 孕育的定义

对现代铸铁生产来说，孕育处理其实并不是什么新鲜事物，早在上世纪二十年代初，孕育铸铁就以它在冶金学领域划时代的面目出现了，并被越来越广泛地用于生产中，对铸铁的发展和运用起着重要的作用。

国际铸造词典中写道：“孕育是指往液态金属中加入少量某种物

质的操作，而引起了物理化学变化，这个变化与由该物质作为合金元素时所产生的变化是不同的”①。孕育的主要作用在于影响铸铁凝固过程，为石墨析出提供足够的核心，抑制白口、并控制了石墨的大小、形态和分布状况，减少铸件断面敏感性、增加共晶团数、降低铁水的过冷倾向,以达到增加弹性模数,改善厚薄断面的硬度分布，提高和改善铸件的机械性能为工程技术提供更加优质的服务。

1.2孕育对铸铁的影响

对灰口铸铁来说，孕育能控制石墨的形态、获得细小片状A型石墨和珠光体基体、抑制渗碳体、促进石墨化、防止薄壁和边界处硬度过高和出现白口、改善铸件断面敏感性，在用感应电炉熔炼铁水时还能最大限度地使用废钢，一方面可以降低生产成本，另一方面还可以不同程度地提高铸件的机械性能改善产品综合品质，抵消炉料的遗传性等。

在球墨铸铁的生产中，球化处理是使石墨成球，孕育处理是使石墨析出，增加石墨球数，提高石墨球的圆整度，改善球化率，辅助成球。另外，球墨铸铁生产中的镁、稀土等球化元素强烈地反石墨化，使球化后铁水的白口倾向增大，通过孕育可抑制白口，获得铸态无自由渗碳体的铸件，孕育还可控制铸态球墨铸铁的基体组织，获得铸态铁素体或铸态珠光体基体的铸件。即使是同一种铁液也可以通过采取严格的工艺措施，控制生产过程，规范操作，适当调节化学成分，利用合金化原理，并控制出铸件的开箱时间，也能得到合格的性能完全不同的不同基体的铸态球墨铸铁○2。

1.3 孕育与合金化的比较

应该说铸铁的孕育与合金化是既相似又有区别的，就相似性来讲，孕育是广义地微合金化，“微”是指加入的量而言，孕育剂中各元素对铁水性能的影响与其作为合金元素对铁水性能的影响是一致

的----改变凝固条件、组织状况、改善铸件的机械性能、物理性能、化学性能；而通过有关元素进行合金化处理也能达到相同的效果。

而孕育处理与合金化又是有区别的。从有关孕育的定义中就能了解到，孕育物质在铁水中引起的变化与该物质作为合金元素合金化时所产生的变化是不相同的，孕育能够细化共晶团、改变石墨形态；合金化改变不了共晶团的大小，而只改变晶体结构，改变不了石墨形态，合金化后的铁水仍然需要孕育处理。

1.4 孕育技术的发展

孕育技术的发展应该是与孕育剂的发展和孕育技巧、方法的发展两个方面密不可分的。

国际上从上世纪二十年代起，美国人Meehan发明了经过孕育处理的均匀的高强度优质铸铁—密烘铸铁，同时，另一美国人Crosby 第一个发明浇包孕育技术，美国人Eash在三十年代后期对孕育处理技术和新型孕育剂进行了大量研究○3，带动了随后长达半个多世纪的孕育技巧、新型孕育剂的开发与研究工作，特别是1948年球墨铸铁发明以后，伴随新型铸铁工程材料的发展，铸铁的孕育技巧和用于铸铁孕育的各种新型孕育剂更是如雨后春笋般地蓬勃发展，先后有浮硅孕育、小剂量多次转包孕育、孕育丝孕育、随流孕育、浇口杯孕育、

型内孕育等等孕育技巧以及硅基的、石墨基的、复合的、特种的等等孕育剂类型。

据有关文献资料记载，我国孕育铸铁的发展可以追溯到1949年，包括其中在五十年代还推广了前苏联的铸铁孕育技术，直到1984年当时的华中工学院（现华中科技大学）和湖北内燃机配件厂(现荆州环宇汽车零部件有限公司)还联合开发了一种专门用来生产铸态珠光体球墨铸铁曲轴的高效复合孕育剂SPI○4。

由于工程技术发展的需要，对铸铁材料的性能要求越来越高，加之铁水熔化条件的改善，使得孕育处理成了铸铁生产中改善和提高组织与性能的必不可少的环节。一般含义所指的孕育剂主要是指石墨化孕育剂。据介绍，由于各种金属元素在铁水中的作用各不相同，早期的孕育铸铁生产人们是把希望寄托在新的孕育剂的发明上，这样就有了以硅为主体基的含:Ca、Al、Sr、Ba、Zr、Ti、Mg、Mn 、C、B、Re 等等铸铁孕育剂的发明、发展。硅作为孕育剂的主体是石墨化元素，在铁水中能提高碳的活度，造成铁水成分不均和温度不均，促进铁水生核，但硅并不是一个简单的“运载工具”，它将其它元素带入铁水中，为其发挥作用提供条件。这些元素有的起脱氧、脱硫、除气作用（如Al、Ca、Zr、Ti、Mg、Re），有的起抗衰退作用（如Ba、Sr、Zr、Re），有的起稳定珠光体的作用(如Cr、Cu、Sb、Sn、Pb)，有的起降低熔点便于加入的作用（如Cu），有的起发热作用（如Na3AlF6、NaNO3等），需要提醒大家注意的是：纯硅铁或纯硅（结晶硅）孕育作用微乎其微，只有含少量钙和铝时才能发挥孕育作用○5。

总之，孕育剂中多种元素的复合作用从不同的方面加强了孕育效果，提高了铸铁材料的品质。随着人们对孕育作用研究得越来越深入，大家发现掌握孕育的时机和使用孕育剂的方法在孕育铸铁的生产中也相当重要，特别是近年来发展起来的后孕育—晚期孕育，孕育效果更好，可充分发挥孕育剂的作用，是值得研究和推广的。甚至可以毫不夸张地说，对生产铸铁而言，好的孕育效果能够使铸件提高一个牌号。

目前，在生产成本日益上升的情况下，如何正确使用孕育技术----选择合适的孕育剂、正确的孕育方法，减少甚至取消热处理环节，在保证产品质量的情况下，不但可以缩短生产周期、还可以减少铸件因热处理引起的氧化、变形，还能够降低生产成本实现节能降耗的目的----这已被越来越多的厂家所接受。

二、孕育技术在生产中的应用

通过前面的简介我们知道，孕育技术包含两方面的意义：一方面就是孕育剂的选择，另一方面则是孕育方法的选择。

2.1 孕育剂种类的选择

因为铸件使用的情况不同，作用不一样，对铸铁基体的要求就不一样，生产时要根据铸件的要求来选择孕育剂的种类；绝大部分灰铸铁是以珠光体为基体的，所以，灰铸铁使用的孕育剂绝大多数是珠光体孕育剂。球墨铸铁材质要求有珠光体基体的、也有铁素体基体的、还有混合基体的，所以其选择性更大，选择的范围更广。