浅谈新型孕育剂

浅谈新型孕育剂

【摘要】中国汽车工业高速发展，为铸造工作者提出许多新的课题。高强度灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁等都需要针对性很强的、品种繁多的孕育剂。本文着重介绍几种新型常用的孕育剂及其使用方法，并初步探讨其孕育机理。

【关键词】孕育剂；晶核；结晶

1 前言

天空的水蒸气再多，没有灰尘不能形成雨滴。与之类似的是铁水中虽然有石墨、杂质作为结晶核心，但是为了改善结晶类型和石墨形态，新型孕育剂已成为高强度灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁等改变金相组织、力学性能和物理性质不可

或缺的添加材料。

硅系孕育剂主要元素是Si，其次是Ca、Ba、Sr、AJ、Ti、zr、Mn、Cr、B、C、Bi、Sb、Ce、La，除Si以外的元素含量只有百分之几，而孕育剂加入量最多为0．5％，由此进入铁水的合金量，要比合金化进入铁水的量少1一2个数量级，所以很难用合金成分的增加来分析孕育的影响一些元素铸铁凝固后检测不到，足以说明这些元素没有起到晶间占位的作用。

资料表明：铁水中含有微量O、N、H，其中溶解氧和溶解氮，与孕育有密切关系。铁水中的氧与硅反应生成二氧化硅晶体，作为石墨结晶的外来晶核，起到促进石墨化作用。孕育剂中ca、Mg、Mn、Al、Ce、La生成硫化物，si、Mg、ca、Al、Ba生成氧化物，si、Al、ca、sr、Ba生成碳化物，而si、Al、Ti、zr、ce生成氮化物，减少过量溶解氮含量，防止白口倾向；ce、La与Bi、Pb、sb、Te、As、sn生成金属间化合物，抑制微量干扰元素的负面作用。

总之，铁水中的硫化物、氧化物、氮化物、碳化物、稀土化合物等都是石墨核心内的物质。孕育剂加人上述金属、其作用是以小搏大，改善力学、物理、加工等性能。新型孕育剂和孕育方法是现代铸造提高铸铁性能的重要手段。可惜直到现在，仍然还有很多铸造企业在灰铸铁、球墨铸铁孕育时，还停留在加人0．6—0．8％甚至更大量的的75#硅铁做孕育剂的层面上。

2 介绍几种新型孕育剂

2．1 硅钡孕育剂

硅钡孕育剂是国内外铸造业界最普遍采用的孕育剂。组成元素硅、钙、铝含量合理。钡成分，ω(Ba)=1．0％一3．0％、ω(Ba)=4％一6％、ω(Ba)=7％一9％分别为低、中、高钡孕育剂。钡是硷土金属中活明大的元素，具有良好的脱氧作

用，与氧生成稳定的化合物。铸铁凝固后并不含钡，而其长效抗衰退能力被认为

是钡的氧化物在铁水表面形成“气套”，阻止氧与氮的溶入。孕育剂中铝小于2％，对含气量影响不大。作为强脱氧剂，在铁水中的形成氧化保护膜，提高活性添加剂在铁水中的吸收率；弱孕育作用，能生成稳定的氮化物，减少氮的负面影响，延长孕育作用时间。孕育剂中足量的硅，与铁水中的氧生成大量石墨晶核；在“随流孕育剂”中添加适量、准确的助溶剂，能降低孕育剂熔点，使孕育剂易于扩散，强化孕育效果。生产实践表明，低钡的硅钡孕育剂(合理的Ba、ca以及Al的比例十分重要)，有比75#硅铁强很多的石墨化和抗衰退能力。铸造厂换用该孕育剂，铸件消除白口，改善断面均匀性，获得4—6级A型石墨，表面硬度差在10HBS以内。铁素体球墨铸铁，经过二次孕育，获得大于90％的铁素体，石墨圆整，球化率高，石墨大小6—7级。珠光体球墨铸铁只需一次孕育，消除渗碳体，石墨圆整度高。硅钡孕育剂改善切削性能，加人量只是75#硅铁的一半，每万吨铁水可节约孕育剂费用13万多元，节约刀具损耗费用更加可观。硅钡孕

育剂组分不同，孕育效果绝对不同，经过实际验证，可以得到正确答案。2．2 硅锶孕育剂

硅锶孕育剂多用于活塞环等薄壁和厚、薄不均的铸件。硅缌孕育剂含有足量的硅，孕育作用强，小于2％的锶对灰铁和球铁改善石墨形态、提高断面均匀性、延长孕育衰退等效果明显。锶与钡同属硷土金属，其长效孕育作用基本一致。一般认为：随共晶团数增多，铸铁的缩松倾向增大，共晶团数量减少，白口量会加大，但是，用锶硅铁孕育，不明显增加共晶团数，却有很强消除白口能力，有利于铸件减少缩松。孕育剂含钙小于0．1％，减少渣化，提高锶的作用能力。活塞环铸件容易出现极小的气孔，厂家要求含铝量小于0．2％或0．3％，缸体缸盖类薄壁铸件，含铝小于0．5％，既节约成本，孕育效果也非常卓著。

2．3 硅锆孕育剂

硅锆孕育剂近年来取得长足发展。作为硅系孕育剂，含硅量高孕育效果好，断面均匀性好，厚薄表面硬度差小。另一重要元素锆，与氮反应生成的氮化物降低溶解氮，阻止铁水可逆吸氮，抑制孕育衰退。冲天炉加电炉双联熔炼，铁水接触大气时间长，电炉升温后晶核数量减少，白口倾向加大，凭借硅锆的孕育作用，可以得到良好的孕育效果。锆与钛为同一副族，锆是很强的碳化物形成元素，增加奥氏体基底，细化晶粒，从而提高铸铁强度。钢中奥氏体溶有N，炉料中废钢比例大，使用硅锆孕育可以突显锆的作用。有资料介绍：锆、锶、钡的碳化物、氧化物晶格常数与石墨接近，但与氧的亲和力较弱，滞后发生氧化反应，因此抗衰退能力强。铁水中少量的zr形成的碳化物、氮化物作为石墨结晶核心，起到有利于石墨化的作用。有资料说：加入镁、锆、稀土等元素时，可以降低铁水含氢量。溶解氢能增大铸铁过冷度，增加白口倾向且大大降低灰铁的抗拉强度和塑性。减少溶解氢，有助于提高铸件内在质量。生产中，采用硅锆孕育剂的有机床类铸件，有汽车配件类，如缸体缸盖等，都取得良好的孕育效果。

2．4 NB—ALLOY孕育剂

NB—ALLOY孕育剂是专门用于重型厚大断面灰铁铸件的孕育处理。众所周知，灰口铸铁是高碳多元铁碳合金，碳在厚大断面中由于冷却速度缓慢，石墨和晶粒都会粗大，严重影响力学性能。NB—ALLOY孕育剂，成功解决了重型厚

大断面灰口铸件的长期困扰。铸造熔炼，既熔且炼。炉料在大气中加热、熔化、过热，存在物理化学变化，是一个冶金过程。运用迭加原理，采用各种复合孕育剂，化解厚大断面孕育难题。

2．5 INOPARA—A孕育剂

灰铁铸件硬度不够，INOPARA—A孕育剂可以成功解难。当灰铸铁按正常的化学成分和通常的孕育方法，仍然铁素体较多硬度不够时，只要添加0．1％该孕育剂，就会增加珠光体量并明显增加铸件硬度。严格意义来说，这不能算孕育，应该归纳于合金化。铁水通过这样的添加，抑制铁素体量，增加珠光体量，因而提高铸件硬度。在铸铁中这样的添加，不会产生白口，既便于操作，又比添加Cu、sn、Cr降低成本

3 孕育剂使用须知

我们知道：铸造熔炼是一个复杂的冶金过程。孕育处理向铁水中加入孕育剂，是这个冶金过程的重要部分。世界上有数百种孕育剂，使用方法各有不同。

这里根据生产经验，就常用孕育剂作一介绍。

1．孕育对象是铁水，必须是纯净的铁水。用球生铁和炼钢生铁生产灰口铸铁，生铁的遗传性将把低罐生铁的白口、收缩、气孔、裂纹托及D型石墨等特性保留下来，即使再好的孕育剂，也很难取得良好的孕育效果。铁水的五大元素，必须在规定的范围之内。微量元素不能超过铸件技术要求的允许值。新铁、旧铁、废钢不能露天堆放。锈蚀的炉料要处理合格才能使用，必须使用低碳废钢。

2．铁水必须有适当的过热，高性能的灰铁、球铁、蠕铁，出铁温度应能够达到1520℃一1550℃。从孕育角度，可以让高熔点孕育剂融化和扩散。高温铁水有助于消除杂质，提高铁水流动性，降低铸件废品率。

3．熔炼工段必须做好所有的基础工作。作业面要干净、仪器仪表要清洁并放在指定位置，铁水包要豫工艺品光滑流畅，出炉铁水应计量准确，一应熔炼工具包括炉钎、扒渣耙、炉前料仓、料铲、取样等等都，必须完备和便于使用。人们发现，凌乱不堪的车间难于制造精品，整洁有序的车间产品质量高。

4.一旦选定某种孕育剂，则孕育剂的粒度、化学成分、表面氧化程度、运输包装，构成孕育剂的质量取向。孕育剂的受潮往往与物流相关，孕育剂的表面氧化与仓储、包装有关，孕育剂的粒度与设备和操作有关，孕育剂的成分控制与生产、质量管理以及分析设备的精确程度有密切的关系。选用维护品牌声誉的产

品，才能带来供需双赢。

5．孕育剂最好是随流加人，提倡滞后孕育。大包用大粒度，小包用小粒度。包内加入会引起表面氧化，非得包内加人也必须是在出铁水前一刹那。增加共晶团数的孕育剂过量会造成铸件缩陷、缩孔。有些孕育剂增加加入量会对石墨形态带来不利影响。孕育剂的加入量计量要准确，切忌多加。