灰铸铁的孕育处理.doc

灰铸铁基本上是由铁、碳和硅组成的共晶型合金,其中,碳主要以石墨的形态存在。生产优质铸件,控制铸铁凝固时形成的石墨的形态和基体金属组织是至关重要的。孕育处理是生产工艺中最重要的环节之一。良好的孕育处理可使灰铸铁具有符合要求的显微组织,从而保证铸件的力学性能和加工性能。
在液态铸铁中加入孕育剂,可以形成大量亚显微核心,促使共晶团在液相中生成。接近共晶凝固温度时,生核处首先形成细小的石墨片,并由此成长为共晶团。每一个共晶团的形成,都会向周围的液相释放少量的热,形成的共晶团越多,铸铁的凝固速率就越低。凝固速率的降低,就有助于按铁-石墨稳定系统凝固,而且能得到A型石墨组织。

灰铸铁的力学性能在很大程度上取决于其显微组织。未经孕育处理的灰铸铁,显微组织不稳定、力学性能低下、铸件的薄壁处易出现白口。为保证铸件品质的一致性,孕育处理是必不可少的。
铸铁孕育处理所用的孕育剂,加入量很少,对铸铁的化学成分影响甚小,对其显微组织的影响却很大,因而能改善灰铸铁的力学性能,对其物理性能也有明显的影响。良好的孕育处理有以下作用:
◆消除或减轻白口倾向;
◆避免出现过冷组织;
◆减轻铸铁件的壁厚敏感性,使铸件薄、厚截面处显微组织的差别小,硬度差别也小;
◆有利于共晶团生核,使共晶团数增多;
◆使铸铁中石墨的形态主要是细小而且均匀分布的A型石墨,从而改善铸铁的力学性能。
孕育良好的铸铁流动性较好,铸件的收缩减少、加工性能改善、残留应力减少。

灰铸铁的力学性能决定于其基体组织和片状石墨的分布状况。
灰铸铁的力学性能主要取决于其基体组织,为了得到高强度,希望基体组织以珠光体为主、尽量减少铁素体含量。如果铁素体量过多,不仅导致铸铁的强度低,而且加工时会使刀具过热,显著降低刀具的寿命。与球墨铸铁不同,对灰铸铁不可能有延性和韧性的要求,只要求其强度,所以一般都以珠光体含量高为好。
灰铸铁中的石墨片,有切割金属基体、破坏其连续性、使其强度降低的作用。从强度考虑,应避免产生长而薄的石墨片和粗大的石墨片,具明显方向性的石墨片影响尤大。控制石墨片的分布状况,是保证灰铸铁性能的关键。
A型石墨是在铸铁的石墨生核能力较强、冷却速率较低、在过冷度很小的条件下发生共晶转变时形成的。在光学显微镜下观察时,石墨呈均匀分布的弯曲片状,无方向性,其长度则因铸铁的生核条件和冷却速率而不同。高品质的结构铸件,都希望其具有中等长度的A型石墨。
出铁时孕育
出铁时孕育也称为浇包孕育(Ladle Inoculation),是在铁液自熔炉或保温炉流向浇包时进行的孕育处理。这种处理方法既简单又方便,目前是应用最广的工艺,但采用时必须注意遵从作业要点。
不可在浇注前将孕育剂加在空浇包的底部。这样操作,会有部分孕育剂在与铁液作用前被氧化,而且孕育剂易于裹入炉渣,导致其利用率降低。最好在出铁后、自浇包中铁液量约为出铁量的1/4时起开始孕育处理,通过定量漏斗将粒状孕育剂均匀而分散地撒向液流,到浇包中铁液量约为出铁量的4/5时处理结束。这种作业方法,可利用液流的搅拌作用使孕育剂完全溶于高温铁液,提高其利用率。采用喂线法进行孕育处理效果更为稳定,但目前用于出铁时孕育的还比较少。
孕育剂的粒度因处理的铁液量而略有不同:铁液量不到500kg时