球化剂孕育剂培训讲义

铸铁的分类
• 铸铁是一系列主要由铁、碳和硅组成的合金的总称。 在这些合金中，碳的质量分数超过了在共晶温度时能 保留在奥氏体固溶体中的量。 • （一） 铸铁的分类 • 1. 根据碳在铸铁中的存在形式分类 • （1）白口铸铁 指碳主要以游离碳化铁形式出现的铸铁 ，断口呈银白色。 • （2）灰铸铁 指碳主要以片状石墨形式出现的铸铁，断 口呈灰色。它是工业中应用最广的铸铁。 • （3）麻口铸铁 指碳部分以游离碳化铁形式出现，部分 以石墨形式出现，断口灰白相间。
孕育 丝法 浇口杯 孕育 型内 孕育
Φ3~5孕育丝插在浇 1.外皮为铁皮或铜皮，填粉状孕育剂 包嘴处 ，2.可用电脑控制孕育丝进给
孕育剂加入在定量 浇口杯内 1.孕育剂粒度约1mm 2.加入量0.06%~0.12%
在铸型内孕育，孕 育剂放在反应室内
粉状孕育剂涂在或撒在型腔内或某 局部位，改善铸件组织和共晶团数
球化剂和孕育剂 基础知识讲义
铁碳相图
• w(C)＜2.06%铸钢 • w（C)＞2.06%铸铁 • w(C)＜4.26%为亚共 晶铸铁； w(C)=4.26%为共晶 铸铁；w(C)＞4.26% ，为过共晶铸铁 • 实际应用的铸铁 w(C)含量在2.0%～ 4.5%的铸铁 • 同样，根据 w(C)=0.76把钢分为 亚共析钢、共析钢 和过共析钢
序 名称 号 5 6 铜镁 合金 镍镁 合金 CU80 Mg20
主要成分 (%)
密度 熔点 g/cm3 ℃ 7.5 800
沸点 ℃
球化处 理工艺
适用范围
冲入法 大型珠光体基体铸件 冲入法 珠光体基体铸件，奥 氏体基体铸件、贝氏 体基体铸件 冲入法 干扰元素含量少的炉 料或净化后的铁液 可大量使用回炉料， 冲入法 可减少增硅。与稀土 镁硅铁合金混用
球铁的牌号
• • • • • • • • QT900-2/QT900-2A QT800-2/QT800-2A QT700-2/QT700-2A QT600-3/QT600-3A QT500-7/QT500-7A QT450-12/QT450-10 QT400-18/QT400-18A/QT400-18L/QT400-18AL QT350-22/QT350-22A/QT350-22L/QT350-22AL
2. 根据铸铁中石墨形态分类
（1）灰铸铁 石墨呈片状 （2）蠕墨铸铁 石墨呈蠕虫状
（3）可锻铸铁 石墨呈团絮状 （4）球墨铸铁 石墨呈球状
3. 根据铸铁的化学成分分类
（1）普通铸铁 （2） 合金铸铁
灰铁的牌号
• • • • • • • • 普通灰铸铁 HT100 HT150 HT200 孕育铸铁 HT250 HT300 HT350
球化和孕育处理
1
纯镁
Mg≥99.85
1.74
651
适用于干扰元素少的炉 料生产大型厚壁铸件， 离心铸管、高韧性铁素 体集体的铸件
2
稀土 镁硅 铁合 金 3 镁焦
RE0.5~20,Mg5~12 Si35~45， Ca＜5, Al＜0.5, Ti＜0.5, Mn＜4, 其余Fe
Mg浸入焦炭
4.5~ 4.6
片状石墨形态
片状石墨均匀分布
片状与点状石墨聚集成 菊花状分布
部分带尖角状、粗大片状 初生石墨及小片状石墨
点、片状枝晶间石墨呈 无方向分布
短小片状枝晶间石墨呈 有方向分布
星状（或蜘蛛状）与短 片状石墨混合均匀分布
石墨长度的分级
级别
名称 放大100倍时石 墨长度mm 级别
1
2
3
石长38 ＞25 ~50 7
将大块孕育剂放在包底后 铁水表面富硅，不易出现孕育衰退 冲入铁水或出铁扒渣后将 ，但孕育剂消耗量大，且铁水量、 大块孕育剂放在铁水表面 铁水温度、孕育剂块度等必须匹配 ，较难控制，适用于大型灰铸铁件
倒包 孕育
浮硅 孕育
瞬时孕育方法
名称 包外 孕育 孕育 棒法 操作方法 细颗粒状孕育剂在 包嘴处加入铁水中 孕育棒插在包嘴处 ，深30~50mm 说明 1.孕育剂粒度1~3 2.加入量0.1%~0.15% 1.孕育剂粒度0.1~1； 2.填入Φ20~50薄铁皮管中， 3.孕育剂量为铁水的0.05%~0.08%
4
石长18 ＞12 ~25 8
石长100 石长75 ＞1ຫໍສະໝຸດ Baidu0 5 ＞50 ~100 6
名称
放大100倍时石 墨长度mm
石长9
＞6 ~12
石长4.5
＞3 ~6
石长2.5
＞1.5 ~3
石长1.5
≤1.5
灰铸铁的孕育处理
孕育是以少量材料加入熔融金属 ，促进成核，以改善其组织和性 能的方法。加入的材料称为孕育 剂。常用的孕育剂是FeSi75，熔点 为1300℃，经孕育处理后的铸铁 称孕育铸铁。孕育铸铁的强度、 硬度比普通灰铸铁有显著提高。 孕育铸铁适用于对强度、硬度和 耐磨性要求较高的重要铸件，尤 其是厚大铸件，如床身、凸轮、 凸轮轴、气缸体和气缸套等。灰 铸铁的孕育处理
Ni80，Mg20 Ni85，Mg15
7
镁硅铁 Mg5~20, Si45~50 合金 Cao0.5, RE0~0.6 镁铁屑 Mg6~10， RE0~7 压块 Si≤10 稀土 硅铁 RE17~37，Mn5~8， 4.57 ~4.8 Si35~46，Ti≤6 Ca5~8，Fe其余 1082 ~108 9
8
特殊 性能 或工 艺
型内 孕育块
HT-1
FeSi75粉，热 熔胶粘结剂
瞬时高效强烈孕 球铁或灰铸铁 育剂，熔解均匀 型内孕育
孕育剂的粒度
• 孕育剂的粒度根据铁液量、铁液温度及孕育 处理方法确定；铁液温度一般不应低于 1400℃
铁水容量(kg) 50~100
100~1000 1000~5000
硅铁粒度(mm) 2~5
灰铁的孕育处理
孕育处理的作用
• • • • 促进石墨化，减小白口倾向 改善石墨形态和分布状况 增加共晶团数量，细化基体组织 改善断面均匀性
• Si、Ba、Ca、Al合金使用范围广泛，孕育效果十分理想且用量 孕育剂的选择 少。钡是活性极强的元素，低钙钡的硅钡孕育剂，石墨化能力 强，是灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁铸件的首选。 • 高级脱氧孕育剂，具有强脱氧作用，并且增硅，节约成本，用 于防止气孔和皮下气孔。 • 硅锶孕育剂在灰铸铁中不增加共晶团数，但石墨化效果好，防 止薄壁、厚薄不均铸件白口效果显著。 • 高铝低钙硅铁孕育剂，消除灰铁白口效果显著。含铋硅铁孕育 剂弥补单一加铋效果不明显的缺憾。硅锆孕育剂可细化奥氏体 枝晶提高铸铁强度。孕育剂加锰，可降低多元合金熔点便于在 铁液中扩散和吸收，硅钙钡锰孕育剂的功效在这方面尤为突出 • 稀土孕育剂对降低白口铸铁的脆性有特殊功效。对于高牌号亚 共晶灰铸铁，能够明显改善石墨形态，无需刻意降低含碳量， 也能提高铸铁强度，从而提高机械加工性能。 • 型内孕育块是最节约资源、孕育效果最好的处理方式，浇注系 统加装泡沫陶瓷过滤器，二者构成生产高质量铸件的组合。孕 育块将得到更多铸造企业青睐。 • 专门生产的覆盖剂，成分纯净、粒度均匀，更利于获得稳定的 高品质铸件产品。
8
9
与纯镁联合使用，以 抵消干扰元素的作用 冲入法 铸态铁素体球墨铸铁 ，电炉用：Mg、RE较 低，Ba较高，冲天炉 用：Mg、RE较高，Ba 较低
Ba1~3，Mg6~9， 含钡稀 RE1~3，Si40~45 10 土镁硅 Ca2.5~4，Ti＜0.5 铁合金 ，Al＜1,其余Fe
稀土镁硅铁合金
化学成分（%） 牌号 FeSiMg8RE5 FeSiMg8RE7 FeSiMg10RE7 FeSiMg8RE9 FeSiMg10RE9 FeSiMg8RE11 FeSiMg13RE14 FeSiMg8RE16 FeSiMg8RE18 FeSiMg10RE21 RE Mg Si Mn Ca Ti Fe 4.0~6.0 7.0~9.0 6.0~8.0 7.0~9.0 6.0~8.0 9.0~11.0 ≤44.0 ≤4.0 ≤4.0 8.0~10.0 7.0~9.0 8.0~10.0 9.0~11.0 其 10.0~13.0 7.0~9.0 ≤2.0 余 13.0~15.0 12.0~15.0 15.0~17.0 7.0~10.0 ≤42.0 ≤4.0 ≤5.0 17.0~20.0 7.0~10.0 20.0~23.0 9.0~11.0
球化级别
石墨大小分级
4 5 6 7 8 石墨直径 ＞ ＞12~ ＞ ＞ ＞ ＜ 100× 25~50 25 6~12 3~6 1.5~3 1.5
级别
3
• 国内外常用球化剂类别及使用范围
序 名称 号 主要成分 （%） 密度 g/cm3 熔点 (℃) 沸点 球化处 (℃) 理工艺 压力加 1105 镁法 转包法 钟罩法 适用范围
球化剂的选择
• （1）对铸件铸态组织的要求。• 铸态铁素体球墨铸铁选 用低稀土球化剂 ，铸态珠光体球墨铸铁选用含铜或镍 的球化剂。 • （2）铁液中干扰元素的含量。如果干扰元素，诸如钛 、钒、铬、锡、锑、铅、锌等含量较高，须选用稀土含 量较高的球化剂。如果干扰元素含量较低（总量小于 0.1%），可选用纯镁或镁合金球化剂。 • （3）铁液含硫量。硫含量较高时，一般采用稀土和镁 含量较高的球化剂，如有条件，可进行脱硫处理。硫含 量较低时，可选用低稀土低镁的稀土硅铁镁球化剂。 • （4）铸件冷却条件。冷却速度较快的金属型铸造条件 下,可选用低稀土球化剂。冷却速度较慢的大型厚断面 铸件可选用钇基重稀土球化剂。
5~10 15~20
炉内孕育和包内孕育方法
名称 炉内孕育 出铁槽 冲入 工艺方法要点 优缺点及使用范围 扒清熔渣，孕育剂加入炉 孕育剂熔解均匀，可是铁水随后继 内，搅拌均匀后出炉浇注 续孕育取得更好效果。适用于小容 量电炉一次出炉 孕育剂加到出铁槽的铁水 操作简单，孕育剂消耗量较大，易 流中，随铁水冲入包内 出现孕育衰退。广泛应用
TG-1
厚大件，壁 厚不均，凝 固时间长 薄壁极冷件 复杂薄壁耐 压件 壁厚不均匀 件，薄壁极 冷件
3
强石 墨化
锶硅铁
4
强石 墨化
碳硅钙
Si33~40,C27~3 强石墨化，断面 7,Ca5~8.1,Al≤1 均匀性好，要求 ,Fe其余 较高的孕育温度
序 号 5
类别
名称
代号
主要成分 （% ）
性能特点
1100
冲入法 型内球 化法 密封流 动法
1105 转包法 钟罩法
用于含干扰元素多的炉 料，生产各种铸件，有 良好的抗干扰脱硫，减 少黑渣、缩松的作用
651
大量生产，大中型铸件 、高韧性铁素体铸件
4
钇基 稀土 镁硅 铁合
RE16~28， Si40~45， Ca5~8
4.4~ 5.1
冲入法
厚大断面重型铸件，抗 球化衰退能力强
孕育剂系列及其特点、适用范围
序 号 类别 名称 代号 主要成分（%） 性能特点 适用范围 一般铸件或 后期、瞬时 孕育
1
普通
硅铁
Si72~80,Al1.5~ 石墨化，孕育速 FeSi75 2.0,Ca1.0,Fe其 效 余
2
长效
钡硅铁
Si60~68,Ba4~6 抗衰退，强石墨 BaSiF Ca0.8~2.2,Al1~ 化，断面均匀性 好 2,Fe其余 e Si73~78,Sr0.6~ 强石墨化；不明 SrSiFe 1.2,Ca≤0.1,Al≤ 显增加共晶团， 减少缩松倾向， 0.5,Fe其余 易熔，形渣少
适用范围
稀土 复合
RE3~5,Ca1~3, 稀土钙 RECaBa Ba1.5~4,Al≤3 钡硅铁 ,Si46~54,Fe 其余
中等石墨化，高 薄壁复杂或壁 碳当量仍有较好 厚不均匀中等 孕育效果，改善 强度的铸件 强度、硬度和断 面均匀性
6
稀土 复合 稳 定 化
7
Si35~40,RE6~ 中等石墨化，改 壁厚不均匀的 善强度、硬度、 复杂件，耐磨 稀土铬 RECrMn 8Ba4~6， 和中等强度的 Ca5~6,Mn6,Cr 耐磨性 锰硅铁 铸件 15,Al3~4 氮系 Si25~50,Cr30 石墨化能力弱； 高碳当量 ,N2,Zr1,Ca1~ 稳定细化珠光体 (CE3.85%~4.0%) 复合 DWF ，显著提高强度 、高温铁水（ 10, 孕育剂 、硬度、弹性模 ≥1450℃）条 Fe其余 件下，高强度 量 厚大件
包 内 孕 育
包内 冲入
孕育剂加入包内，然后冲 操作简单，但孕育剂氧化烧损大， 且浮起后易和渣混在一起，降低孕 入铁水 育效果，孕育剂消耗量大，易衰退 ，广泛应用 孕育剂在铁水转包或分包 操作较简单，孕育剂消耗量小，不 时加在承接包内，或随铁 易衰退，适用于出铁量大分包浇注 水冲入承接包 或二次以上孕育场合
孕育效果的炉前检验与控制
• 三角试样法 • 根据孕育前后白口宽度的差值来决定孕育 剂的加入量； • 只有孕育前白口宽度达到一定值，孕育后 才能达到足够的强度； • 通常白口宽度控制在铸件壁厚的1/4~1/7； • 铁水温度在1400~1430℃时，加入0.1%的 FeSi75可降低白口宽度1mm。