球墨铸铁阶段性接种的重要性

1、球墨铸铁阶段性接种的重要性何谓接种？为何球墨铸铁必须接种？液态石墨化铸铁(片状，缩状或球墨化)是指碳原子溶入铁水的液态溶液。依据铁碳平衡图，不添加任何合金时，铁水冷却速率非常慢，碳会以石墨形态析出.然而，铸件的凝固现象却与此规则脱节。产业界实际上之作业是综合了原材料质量、熔解、铁水处理与添加合金等因素,形成复杂的凝固现象，产生“铁雪明碳铁石墨”的复杂合组织。冷却速率快，如薄壁铸件，有利于碳与铁水反应形成共晶雪明碳铁(碳化物)。铁水中来自原料(废钢，某些生铁)的一些元素如Cr、Mn等，会促进此反应。这些Cr、Mn及其它如V、Mo、Nb等元素在晶界间偏析，会形成碳化物。另外，球墨铸铁的Mg球化处理

2、，会促成为亚稳“铁雪明碳铁”的凝固过程，增加强形成碳化物的风险。(球墨铸铁发明者之一Keith Mills刻意将Mg加入铸铁中，籍以制造碳化物组织之“镍硬”(NiHard)铸铁,值得参考)球墨铸铁凝固现象非内化而成的过程，即从成核处开始称为“核”(Nuclei)。这些核中碳原子以六角形成石墨结晶析出。成长初期直接与铁水接触.然后在凝固过程中，沃斯田铁壳（Shell）结晶在石墨球体上，形成坚实的晶胞（Cell）。晶胞成长并常与其它晶胞结合成固态岛（lsland）,浮在铁水上。此一过程中，液态铁水的晶界富含某些特定元素（如Cr、P、Mn、V、Mo.）而其它如C、Si的含量则降低。初始核数目（及随后

3、之晶胞数），决定有害元素增加之幅度，这些有害元素导致复合碳化物及其它有害的相组织如史蒂田铁（Steadite）.降低晶界残留元素含量的方法，是增加坚实的晶胞，减少铁水晶胞间的体积。而要达到此目的，大多采用有害元素低的原料。QlT生铁Sorelmetal纯度特别高，可满足此一要求。众所周知，球墨铸铁的球墨数少，会形成大且形状差的球墨，不利于机械性能。并且球墨数愈低，形成波来铁、碳化物与微缩孔的倾向愈高。因此，具有形成核与坚实晶胞相乘效果的接种作用，是生产高质量球墨铸铁的关键步骤。增加球墨数，有助于产生肥粒铁，减少晶界碳化物与微缩孔。又接种剂富含硅，依铁碳平衡图，对凝固现象有帮助。接种作业与时机高

4、质量原料与健全且控制良好之熔解过程，是决定接种效果的关键。成核倾向低的原料，如废钢需较多的接种剂。同样的，非最佳化熔解过程（例如熔解时间/保持时间过长，熔解温度过高，保持温度超过1450），“杀了”铁水，需强力接种。为了使球墨铸铁的接种更有效果，建议添加相当比例的QIT球墨生铁Sorelmetal,并快速熔解，同时铁水之保持温度愈低愈好。在接种前须先评估铁水成核性。热分析是经证实用以评估成核性的持术，以过冷与再辉等参数做为指标。（参考Suggestion for Ductile lronProduction#103）。冷激楔形与平板楔形试验亦可用于检测铁水成核性。楔形间之差异与铸件间之差异须有

5、对应性。成核性稳定的球墨铁水，即可得到均匀球墨数的铸件。球墨铁水的成核程度高，达到生产无碳化物组织之机会亦高，并可免于昂贵的热处理补救措施。接种作业第一阶段：预处理（Preconditionning）预处理是球化处理前，在洁净及除过渣之铁水表面添加特别的接种剂。其目的是使铁水的成核性正常化。该接种剂可以是高纯度石墨，接种用的硅铁或粒状碳化硅。无论是何种接种剂，颗粒大小必须能快速熔解。尤其是碳化硅，它是溶解而非熔化。一般而言，1MT铁水添加0.1或1kg，即足以促进成核性。第二阶段：预接种（Prelnoculation）此一阶段接种剂可在铁水倒入球化盆时添加，或附于球化剂中放置在球化盆内。在三明

6、治法或覆盖式球化盆中,接种剂可为覆盖剂之一部份。球化剂与接种剂结合,有抑制镁促进碳化物的效果,并修正因铸件厚度所需的硅含量值。与其它各阶段接剂增加成核性的主要功能相同,均在促进石墨颗粒成长,抑制碳化物的形成。第三阶段:盆内接种(Ladle Inoculation)盆内接种又称为后期接种,是接种量重要的一环.由于球化时Mg的剧烈反应,使在第一与第二阶段所产生的相当部份的核陷入铁水表面熔渣中。球化处量后的铁水亦有过冷倾向,因此必须回复铁水的成核性。在球化盆转入浇注盆之间,添加0.10.3%(0.4%尚可接受)强力接种剂,应足以重建铁水的成核心性,抵销Mg促进碳化物的效应.若铁水经由浇注炉注入模穴,

7、接种剂的选择添加量,须先经实验,以避免堆积在浇注炉中。第四阶段:二次接种(Late Inoculation)此一阶段是接种步骤中最昂贵的.理由如下:l 此阶段使用之接种剂有特别设计的化学成份,通常添加量0.080.15。l 若以铁水流接种,接种剂颗粒要细,比较昂贵,且因颗粒细,易喷溅在浇池周围,使其利用率较低。亦可能汗染模砂,以致下一批生产发生缺陷。l 若在浇道系统使用成形烧结或铸造成形的崁入式接种块,成形本身是合金之外另一成本。所有接种步骤中,二次接种是最有效率的步骤。众所周知,球化处理与添加接种剂后的效果随着时间而退化.尽可能将接种作业延后至浇注作业时,可减低退化的影响。少量之二次接种剂,

8、通常可取代先前较多量的接种步骤。且,并非所有情况都需要二次接种。此一步骤.与其说是绝对必要,不如说是安全措施。在一些案例,二次接种是在原料组合,熔解制程及球化处理等呈现不佳状况下的补救措施。例如,虽然二次接种无法完全补救有害元素,如Cr、V、Mo、Sb、Ti等所造成的影响,但会因球墨数增加及偏析减少伤害.QIT高纯度生铁Sorelmetal已证实能提升接种效果。另外,使用QIT球墨生铁Sorelmetal因熔解速度较快,减少晶界间产生碳化物,可减少接种剂的使用量。虽然二次接种在生产高质量球墨铸铁中,并非一直都受到重视,但在生产薄壁铸件(厚度等于或小于3mm)或是厚铸件(100-200mm),为了达到高球墨数,降低危害机械性能的晶界间缺陷,二次接种却是最重要的一环,.不论铸件之厚薄,铸造厂均可添加高比例的QIT球墨生铁Sorelmetal,使二次接种更