球化剂孕育剂培训讲义

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。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HT100HT150HT200孕育铸铁HT250HT300HT350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星状（或蜘蛛状）与短片状石墨混合均匀分布短小片状枝晶间石墨呈有方向分布石墨长度的分级级别1234名称石长100石长75石长38石长18放大100倍时石墨长度mm＞100＞50~100＞25~50＞12~25级别5678名称石长9石长4.5石长2.5石长1.5放大100倍时石墨长度mm＞6~12＞3~6＞1.5~3≤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孕育剂的选择Si、Ba、Ca、Al合金使用范围广泛，孕育效果十分理想且用量少。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。

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1普通硅铁FeSi75Si72~80,Al1.5~2.0,Ca1.0,Fe其余石墨化，孕育速效一般铸件或后期、瞬时孕育2长效钡硅铁BaSiFeSi60~68,Ba4~6Ca0.8~2.2,Al1~2,Fe其余抗衰退，强石墨化，断面均匀性好厚大件，壁厚不均，凝固时间长3强石墨化锶硅铁SrSiFeSi73~78,Sr0.6~1.2,Ca≤0.1,Al≤0.5,Fe其余强石墨化；不明显增加共晶团，减少缩松倾向，易熔，形渣少薄壁极冷件复杂薄壁耐压件4强石墨化碳硅钙TG-1Si33~40,C27~37,Ca5~8.1,Al≤1,Fe其余强石墨化，断面均匀性好，要求较高的孕育温度壁厚不均匀件，薄壁极冷件序号类别名称代号主要成分（%）性能特点适用范围5稀土复合稀土钙钡硅铁RECaBaRE3~5,Ca1~3,Ba1.5~4,Al≤3,Si46~54,Fe其余中等石墨化，高碳当量仍有较好孕育效果，改善强度、硬度和断面均匀性薄壁复杂或壁厚不均匀中等强度的铸件6稀土复合稀土铬锰硅铁RECrMnSi35~40,RE6~8Ba4~6，Ca5~6,Mn6,Cr15,Al3~4中等石墨化，改善强度、硬度、耐磨性壁厚不均匀的复杂件，耐磨和中等强度的铸件7稳定化氮系复合孕育剂DWFSi25~50,Cr30,N2,Zr1,Ca1~10,Fe其余石墨化能力弱；稳定细化珠光体，显著提高强度、硬度、弹性模量高碳当量(CE3.85%~4.0%)、高温铁水（≥1450℃）条件下，高强度厚大件8特殊性能或工艺型内孕育块HT-1FeSi75粉，热熔胶粘结剂瞬时高效强烈孕育剂，熔解均匀球铁或灰铸铁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)硅铁粒度(mm)50~1002~5100~10005~101000~500015~20炉内孕育和包内孕育方法名称工艺方法要点优缺点及使用范围炉内孕育扒清熔渣，孕育剂加入炉内，搅拌均匀后出炉浇注孕育剂熔解均匀，可是铁水随后继续孕育取得更好效果。适用于小容量电炉一次出炉包内孕育出铁槽冲入孕育剂加到出铁槽的铁水流中，随铁水冲入包内操作简单，孕育剂消耗量较大，易出现孕育衰退。广泛应用包内冲入孕育剂加入包内，然后冲入铁水操作简单，但孕育剂氧化烧损大，且浮起后易和渣混在一起，降低孕育效果，孕育剂消耗量大，易衰退，广泛应用倒包孕育孕育剂在铁水转包或分包时加在承接包内，或随铁水冲入承接包操作较简单，孕育剂消耗量小，不易衰退，适用于出铁量大分包浇注或二次以上孕育场合浮硅孕育将大块孕育剂放在包底后冲入铁水或出铁扒渣后将大块孕育剂放在铁水表面铁水表面富硅，不易出现孕育衰退，但孕育剂消耗量大，且铁水量、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瞬时孕育方法名称操作方法说明包外孕育细颗粒状孕育剂在包嘴处加入铁水中1.孕育剂粒度1~32.加入量0.1%~0.15%孕育棒法孕育棒插在包嘴处，深30~50mm1.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%孕育丝法Φ3~5孕育丝插在浇包嘴处1.外皮为铁皮或铜皮，填粉状孕育剂，2.可用电脑控制孕育丝进给浇口杯孕育孕育剂加入在定量浇口杯内1.孕育剂粒度约1mm2.加入量0.06%~0.12%型内孕育在铸型内孕育，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。球铁的牌号QT900-2/QT900-2AQT800-2/QT800-2AQT700-2/QT700-2AQT600-3/QT600-3AQT500-7/QT500-7AQT450-12/QT450-10QT400-18/QT400-18A/QT400-18L/QT400-18ALQT350-22/QT350-22A/QT350-22L/QT350-22AL球化级别石墨大小分级级别345678石墨直径100×＞25~50＞12~25＞6~12＞3~6＞1.5~3＜1.5球化和孕育处理国内外常用球化剂类别及使用范围序号名称主要成分（%）密度g/cm3熔点(℃)沸点(℃)球化处理工艺适用范围1纯镁Mg≥99.851.746511105压力加镁法转包法钟罩法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RE0.5~20,Mg5~12Si35~45，Ca＜5,Al＜0.5,Ti＜0.5,Mn＜4,其余Fe4.5~4.61100冲入法型内球化法密封流动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3镁焦Mg浸入焦炭6511105转包法钟罩法大量生产，大中型铸件、高韧性铁素体铸件4钇基稀土镁硅铁合金RE16~28，Si40~45，Ca5~84.4~5.1冲入法厚大断面重型铸件，抗球化衰退能力强序号名称主要成分(%)密度g/cm3熔点℃沸点℃球化处理工艺适用范围5铜镁合金CU80Mg207.5800冲入法大型珠光体基体铸件6镍镁合金Ni80，Mg20Ni85，Mg15冲入法珠光体基体铸件，奥氏体基体铸件、贝氏体基体铸件7镁硅铁合金Mg5~20,Si45~50Cao0.5,RE0~0.6冲入法干扰元素含量少的炉料或净化后的铁液8镁铁屑压块Mg6~10，RE0~7Si≤10冲入法可大量使用回炉料，可减少增硅。与稀土镁硅铁合金混用9稀土硅铁RE17~37，Mn5~8，Si35~46，Ti≤6Ca5~8，Fe其余4.57~4.81082~1089与纯镁联合使用，以抵消干扰元素的作用10含钡稀土镁硅铁合金Ba1~3，Mg6~9，RE1~3，Si40~45Ca2.5~4，Ti＜0.5，Al＜1,其余Fe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较低稀土镁硅铁合金牌号化学成分（%）REMgSiMnCaTiFeFeSiMg8RE5FeSiMg8RE7FeSiMg10RE7FeSiMg8RE9FeSiMg10RE9FeSiMg8RE114.0~6.06.0~8.06.0~8.08.0~10.08.0~10.010.0~13.07.0~9.07.0~9.09.0~11.07.0~9.09.0~11.07.0~9.0≤44.0≤4.0≤4.0≤2.0其余FeSiMg13RE14FeSiMg8RE16FeSiMg8RE18FeSiMg10RE2113.0~15.015.0~17.017.0~20.020.0~23.012.0~15.07.0~10.07.0~10.09.0~11.0≤42.0≤4.0≤5.0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。含镁量4%、5％、5.5％属于低镁球化剂，RE在1％－2％之间，多用于中频炉熔炼、低硫铁液的球化处理。它具有球化反应和缓、球化元素易于充分吸收的优点。含镁量6％、7％属中镁系列球化剂，多用于冲天炉、电炉双联熔炼，或中频炉熔炼珠光体型铸态球墨铸铁铸件。根据铸件壁厚和原铁水含硫量，确定合适的球化剂加入量，适用范围广，球化处理工艺宽泛。高镁系列球化剂，适合冲天炉熔炼、含硫量0.06％－0.09％的铁液，加入量在1.6％－2.0％之间。低铝球化剂使用于容易产生皮下气孔缺陷的铸件，以及对铁液含铝量有要求的铸件。纯Ce、纯La生产的球化剂，球化处理后铁液纯净夹杂物少、石墨球圆整。钇基重稀土生产的球化剂适合于大断面铸件，延缓球化衰退、防止块状石墨。含Sb球化剂用于珠光体型球墨铸铁。低硅球化剂适用于使用大量回炉料的铸造工厂；镍镁球化剂则用于高镍奥氏体球墨铸铁。常用球化处理方法冲入法

特点：设备简单，操作方便；烟尘、闪光严重，吸收率低（30～40），广泛应用。要求：处理包的深度与内径之比在1.5～1.8之间，处理包要预热到600～800℃，铁液温度应高于1400℃。

盖包法在冲入法的处理包上部安装一个中间包将其密封，处理包与中间包之间仅通过浇口连接。预先将球化剂放在处理包内，然后用中间包承接铁液，靠由中间包流入处理包的铁液使处理包处于密闭状态，从而减少反应烟尘和镁光外逸，提高镁的利用率压力加镁法

特点：设备费用较高，操作较复杂；纯镁处理，吸收率高70～80%，稳定球化；灰尘少无镁光；适用于要求较高，较严格的铸件。

转包法

反应室内装入纯镁或镁焦,转包横卧，接受铁液，立起，使铁液反应室与镁反应。镁的吸收率可达到60～70%,烟尘及镁光较轻，可处理含硫高达0.15%的铁液。缺点是需专用处理设备，操作较复杂。大量生产，大中型铸件

型内球化法

把球化剂放置在浇注系统中专门设计的反应室内，浇注时，铁液流经反应室时与球化剂发生反应进行球化处理。吸收率高70~80%，无尘、无闪光，无孕育球化衰退，球化稳定对铁液要求严格，浇注系统复杂，易夹渣，适于大量流水线生产，低硫铁液稀土镁硅铁合金加入量与原铁水含硫量的关系原铁水含S量(%)＜0.030.03~0.050.05~0.070.07~0.10球化剂加入量(%)0.6~0.80.8~1.11.1~1.31.3~1.6压力加镁处理加镁量与原铁水含硫量的关系原铁水含S量(%)＜0.040.04~0.060.06~0.080.08~0.12加镁量(%)~0.120.12~0.150.15~0.180.18~0.22孕育处理作用1.提高球化率，细化石墨，改善石墨圆整性。2.减少渗碳体，改变珠光体的相对含量孕育剂除前面介绍的外，还有硅钙(Si60%~65%，Ca25%~30%)、硅铁-铋等，目前用得最多的仍是FeSi75。孕育剂的加入量根据铸件壁厚、力学性能要求等决定，一般为铁水量的0.3～0.6%，若要求铸态铁素体基体时，加入量可高些，为0.8%～1.0%球化效果炉前检验名称试样球化效果鉴别火苗判断法球化处理后不加铁液搅拌或倒包时，观察铁液表面火苗火苗长而多，球化良好；火苗短而无力，球化较差，无火苗，，球化很差三角试样法浇注三角试样，冷至暗红，砸断后看断口断口银白色，尖端白口，中心有缩松，两侧凹陷，同时砸断时有电石气味，敲击声和钢相似，则球化良好快速金相法浇注金相试样，磨平抛光，用金相显微镜观察石墨形态按球化分级标准评定，由于试样尺寸小，球化级别高于铸件，不作为验收依据热分析法金属液浇入专用样杯，用电子电位计测取冷却曲线与球化级别标准曲线对照评定或与灰铸铁冷却曲线比较，球化良好时：①初晶、共晶温度低；②共晶回升温度低；③曲线尾部下降平缓比电阻法金属液浇入专用样杯，测取可反映比电阻的电流变化曲线分析、比较电流值，评定球化级别，电流高，球化良好；电流低，球化不良委托生产的圣泉产品圣泉孕育剂牌号化学成分%应用范围SiSrCaBaAlSQY072~75<1<1.5普通件SQY170~721~21~21~2大断面铸件SQY272~780.6~1.2<0.3<0.5薄壁件粒度：0.2-0.7mm,1-3mm,3-6mm包装：25公斤塑编袋圣泉球化剂牌号对应铸峰牌号化学成分%应用范围SiMgCaReBaAlSQQ05ZFCR-4.5D40-455.0-5.51.8-2.21.8-2.2<1.0电炉低硫铁水SQQ06ZFCR-640-456.2-6.82.4-2.82.3-2.7<0.7SQQ07ZFCR-740-456.7-7.32.0-2.50.8-1.2<1.0SQQ08AZFCR-8A40-458.0-8.61.8-2.22.8-3.2<1.0冲天炉高硫铁水SQQ08BZFCR-8B40-457.7-8.32.5-3.04.3-4.7<1.0SQQ08CZFCR-8C40-457.7-8.3适量6.3-6.7<1.0SQQ06DZFBA-638-435.7-6.32.3-2.71.8-2.22.3-2.7<1.0大断面低硫铁水SQQ09DZFBA-938-439.0-10.0.8-1.23.5-4.53.5-4.5<1.0大断面高硫铁水粒度：1－6mm、2－12mm、3－