球墨铸铁的球化与孕育处理工艺

球化处理和孕育处理是球铁件生产的重要 工艺，球铁铸件的金相组织、力学性能以及某些 铸造缺陷均与其密切相关。笔者根据国内外有关 文献[1~27]报道，对这两个工艺以及与之有关的问 题作一综述性介绍。
1 球墨铸铁铸件化学成分的选择
选择适当的化学成分是保证球铁件获得良 好组织和Fra Baidu bibliotek能的基本条件[3~9]。
（1）C。 C 既可以形成石墨也可以形成碳化物，取决 于各种元素对铁液石墨化能力的综合影响。在确 保石墨化的前提下，w（C）量高，铁液流动性好，
处理工艺的优缺点进行了比较。指出了孕育处理对球墨铸铁生产的重要性，列举了球墨铸铁常用孕育剂的成分范围，并
介绍了炉前一次孕育和多次孕育、瞬时孕育、随流孕育的特点。
关键词：球墨铸铁；球化处理工艺；孕育处理工艺
中图分类号：TG255
文献标识码：A
文章编号：1003－8345（2012）04－0037－06
Abstract: A summarization was given to effects of various chemnical elements of the SG iron and their control range. The various shpheroidizing and inoculating processes used in SG iron production were introduced in detail. By analyzing shortages of using single Mg alloy or single RE alloy as spheroidizing alloy，the reason why the spheroidizing alloy should be consisted with Mg as main ingredient，and RE as the accessorial ingredient was explained. The advantages and disadvantages of different spheroidazing processes such as the open ladle pour-over process, tundish ladle pour-over process and cored-wire injection process etc. were compared. The importance of inoculation for the SG iron production was pointed out, and the composition range of the inoculants commonly used for the SG iron was given，as well as the characteristics of the single ladle inoculation，multiple inoculation, instant inoculation and stream inoculation was introduced. Key words: SG iron；spheroidazing process；inoculating process
墨 铸 铁 时 ，往 往 添 加 Mo 以 提 高 强 度 ，一 般 w（Mo）量在 0.25%左右。在生产贝氏体球墨铸铁 时，往往亦加入一些 Mo。
（8）Cu。 Cu 是微弱促进石墨化的元素。由于 Cu 阻碍 奥氏体的分解，从而稳定并细化珠光体组织。随
w（Mn）量控制在 0.3%~0.4%甚至更低；对于热处 理 状 态 的 铁 素 体 球 墨 铸 铁 ，w（Mn）量 可 控 制 在 0.5%以下；对于珠光体球墨铸铁，w（Mn）量可控 制在 0.4%~0.8%。
Melting Technique
熔
炼
技
术
球墨铸铁的球化与孕育处理工艺
王 峰 1，严增男 2
（1.无锡一汽铸造有限公司，江苏 无锡 214174；2.沈阳铸造研究所，辽宁 沈阳 110022）
摘要：综述了球墨铸铁各种化学元素的作用和成分的控制范围，详细介绍了球墨铸铁的球化与孕育处理工艺。分析了单
加纯 Mg 或 RE 合金作为球化剂的缺点，说明球化剂应以 Mg 为主、以 RE 为辅的原因；对冲入法、盖包法、喂丝法等球化
的 SKW 公司、美国的 TECPRO 公司及 Burnham 般均<0.1%，可选用纯 Mg 球化剂或 MgSiFe 合
公司等，都在进行喂丝法处理球铁技术的研究。 金。
国内，无锡永新合金球铁厂（集团）、正大银光科
（2）高温低 S 铁液应当选用低 RE、低 Mg 的
技有限公司等单位也已成功实施了喂丝法的球 化处理技术[10~12]。 2.1 球化剂的选择[13~17]
（5）S。 S 与 RE、Mg 具有很强的亲和力，原铁液 w（S） 量高会消耗过多球化剂，而出现球化不良和球化衰 退，而且产生的硫化物是球墨铸铁形成夹杂缺陷的 主要原因之一。因此，应尽量降低原铁液的 w（S） 量。冲天炉熔炼由于焦炭的增 S 作用，原铁液 w（S） 量一般在 0.04%~0.10%，故在进行球化处理之前往 往需要进行脱 S 处理；感应电炉熔炼由于不用焦 炭，原铁液 w（S）量一般在 0.015%~0.03%，不需要进 行脱 S 处理，甚至为了保证球铁件的孕育效果，有 时需要实施增 S 工艺。 （6）w（Mg 残）量及 RE 量。 为了保证石墨球化，Mg 和 RE 在中和了 S
应低于 w（Mg 残）量，一般为 0.02%~0.04%，具体含量 要根据干扰元素含量高低选择。
（7）Mo。 Mo 可以提高球墨铸铁的强度和耐磨性，改 善厚断面铸件的组织和均匀性。在生产高强度球
（3）Mn。 由于球化元素具有很强的脱 S 能力，Mn在 灰铸铁中的有益作用不再明显，由于Mn有严重 的正偏析倾向，往往有可能富集于共晶团晶界 处，严重时会促使形成晶间碳化物，显著降低球 墨铸铁的韧性。对于铸态铁素体球墨铸铁，通常
入法。
RESiFeMg 合金或纯 Mg 与 RESiFe 联合使用；当
国外的球化处理方法较多，除冲入法之外， 炉料中干扰元素含量较高或采用 V-Ti 生铁时，
还有盖包法、转包法、型内法、流槽法等。近十几 应选用 RE 量略高的球化剂，如 FeSiMg8RE18
年来，国外一些厂家，如日本的久保田公司、德国 等；当采用高纯生铁时，主要干扰元素总含量一
光体及提高力学性能的作用，但由于其易形成铁 铬碳化物，故使用时应谨慎。
（10）Sb。 Sb 是强烈稳定珠光体的元素，当 w（Sb）量在 0.006%~0.008%时，能对提高珠光体体积分数起 到有效的作用。Sb 也是反球化元素之一，必须有 RE 元素中和，否则会引起球化不良。RE 与 Sb 并 用还可以改善大断面件的球化。 （11）微量干扰元素。 球墨铸铁中常存在一些非特意加入的微量 元素，如 Ti、Sb、As、Pb、Al、Sn 等。在大多数情况 下，这些元素对铸铁的性能起不良影响，或是干 扰石墨球化，或是促使在共晶团边界上析出脆性
等反球化元素的作用后，应有一定的残留量。当 相，或是在铁素体球墨铸铁中阻碍基体的铁素体
采 用 纯 Mg 作 球 化 剂 时 ，一 般 w（Mg 残）量 为 0.04%~0.06%；在有 RE 的情况下，w（Mg 残）量可 控制在 0.03%~0.05%。
RE 元素有脱 S、去气、净化铁液和球化及抵消 反球化元素等有利作用，但 RE 量过高也会引起球 墨畸变，使球墨圆整度即球化率降低。w（RE 残）量
DOI：10.3969/j.issn.1003-8345.2012.04.005
Spheroidizing and Inoculating Processes of Spheroidal Graphite Cast Iron WANG Feng1，YAN Zeng-nan2
（1.Wuxi First Automotive Foundry Co. Ltd.，Wuxi 214174，China；2.Shenyang Research Institute of Foundry，Shenyang 110022，China）
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熔 Melting Technique 炼 技 术
为2.0%~2.3%，铁素体球墨铸铁的 w（Si 终）量为 2.4%~3.0%，但具体含量仍然要根据铸件壁厚选取， 并结合 w（C）量一起考虑。由于孕育处理要增加部 分w（Si）量，故原铁液 w（Si）量应比 w（Si 终）量相应 低些。
进行球化处理；1959~1965 年，进行了 RE 元素应 殊用途，特别是在高科技领域有更高的使用价
用于球铁生产的试验研究，开发了适用当时我国 值。
铸造生产条件的 RE-Mg 球墨铸铁，但球化处理
上世纪 60 年代，我国铸造工作者经过长期
处理仍采用压力包加入球化剂；1965~1967 年， 探索，开发了适合我国国情，以 Mg 为主、以 RE
收稿日期：2012-02-02
修定日期：2012-02-22
作者简介：王峰（1984.8-），男，汉族，江苏无锡人，毕业于东南大
学材料成型及控制工程专业，助理工程师。
凝固期间析出石墨量多，石墨化体积膨胀增加， 有利于铸件自补缩，减少铸件缩松、缩孔，改善力 学性能。但若 w（C）量过高致使 CE 超过共晶成 分会引起石墨化漂浮，降低力学性能。对于一般 球 铁 铸 件 ，w（C） 量 通 常 控 制 在 3.6% ~ 3.9%，具体含量要根据铸件壁厚并结合 w（Si）量 综合考虑。
RESiFeMg 合金，如冲天炉铁液温度 1 400~1 450 ℃、w（S）量 0.05%~0.10%时可选用 FeSiMg8RE7 和 FeSiMg8RE5 合金；感应电炉铁液温度 1 460~
成功开发了REFeSiMg 合金球化剂冲入法，并逐 为辅的 REMgFeSi 球化剂。
步在全国范围内推广普及。到了 20 世纪 90 年
选择球化剂时，应注意以下因素：
代，采用添加适量的 Ca、Ba、Bi、Sb 等元素，称为
（1）当生铁中含有较多的 Ti 或其它干扰元
REMg 复合型球化剂，但球化处理工艺仍然是冲 素 时 ， 应 选 用 含 有 适 量 RE 的 球 化 剂 ，如
化过程。加入 0.01%~0.02%的 RE，可以中和这些 元素的有害作用。
2 球化处理工艺
国内采用的球化处理工艺大致经历了 3 个 阶段：球铁生产初期（1950~1965 年），主要采用
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熔
炼
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纯 Mg 作球化剂，钟罩压入法和压力包加 Mg 法 较差[14]；此外，RE 是稀缺物资，在很多领域有特
（9）Cr。 Cr 强烈促进形成碳化物，稳定珠光体。Cr 的 加入能提高强度和硬度，但加入量以不出现游离
降，塑性和韧性明显降低。P 还增大球墨铸铁的 缩松倾向。当要求球墨铸铁有高韧性时，w（P）量 控制在 0.06%甚至在 0.04%以下。
碳化物为限，对于高韧性铁素体球墨铸铁要严格 限制 w（Cr）量。对于珠光体球墨铸铁，当加入 w（Cr）量 0.2%~0.3%时，即可起到显著的稳定珠
（4）P。 P 在 Fe 中具有一定的溶解度，超过此值在 组织中将出现二元或三元磷共晶，沿晶界分布， 破坏了晶粒间的结合能力，因此使球铁的强度下
着 w（Cu）量的增加，强度和硬度增加，塑性降低； 当 w（Cu）量增加并超过一定值时，强度反而下 降。Cu、Mo 联合使用，对提高球墨铸铁的力学性 能、耐磨性能以及改善厚铸件断面组织的均匀 性，都有显著的效果。
（2）Si。 Si 是最主要的石墨化元素之一，以孕育剂方式 添加的 Si 作用更显著。w（Si）量过低，会导致石墨化 能力不足，使 C 呈碳化铁形式析出；而 w（Si）量过 高，会导致韧—脆转变温度升高，降低冲击韧度。因 此，一般情况下，w（Si 终）量不宜超过 3.0%。对于有 低温冲击要求的球墨铸铁，w（Si 终）量则应尽量降低 到 1.9%~2.3%。通常，珠光体球墨铸铁的 w（Si 终）量