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1、送给有需求的客户和朋友,铸铁孕育专题-技术交流资料,蒋本林 2015.5.25,广东宏德铸造材料有限公司华东区,开场白,孕育处理，可以说对于现在生产高强度铸铁来说是不可或缺的，而孕育剂的选用品种，加入方法，加入量是否恰当，直接影响产品质量。,为了让大家能系统的了解并掌握这部分内容，宏德通过多年实践汇总，有了本专题。,目录,一、孕育方法介绍二、常用孕育剂介绍三、孕育剂的选用四、孕育剂的质量判别五、孕育剂使用时应注意的问题,孕育方法介绍,对于生产铸铁件，选用合适的孕育处理方法非常重要，往往是决定产品质量的关键因素。每一种孕育处理方法都有其优点，同时也有一定的局限，迄今还没有一种能适应各种生产条件的
2、处理方法。铸造企业都应该根据自己的具体条件，通过试验，选定最适合企业特点的方法。处理方法一经确定，就应严格控制工艺过程，以保证铸件质量稳定。,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
3、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。,粒度选择,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，粒度宜为13mm； 铁液量在500kg时，粒度宜为38mm。 加入量一般为处理铁液量的0.20.4， 可视孕育剂的品种和铸件壁厚调整，并通过试验确定。,加入量过多，不仅无益，还会因不能完全溶于铁液而产生一些负面作用，如浇 包积渣、铸件产生夹渣缺陷、堵塞浇注系统中的过滤器件以 及因铁液过孕育而造成铸件缺陷等。孕育剂粒度太大，也会因不能完 全溶于铁液而影响孕
4、育效果，并造成铸造缺陷。出铁时用75硅铁进行孕育处理，孕育效果会很快地随时间的推移而衰退，孕育后57min，作用的衰退可在50以上，大约经15min后，孕育作用将大部或全部消失。为确保铸件质量，通常都要在孕育后10min内浇注完毕，最好在铁液自浇包注入铸型时进行再次孕育。,孕育方法,浇注时孕育,浇注时孕育也称为后孕育（Post Inoculation）或瞬时孕育，是在铁液自浇包注入铸型时进行的孕育处理。可将细粒孕育剂加入液流。,细粒孕育剂孕育,浇注时孕育不存在孕育衰退的问题，一般都用75硅铁作孕育剂，有特殊要求时也可用含其他合金元素的孕育剂。为使孕育剂能迅速溶于铁液并能均匀地分布于铁液中，应采
5、用细粒，一般为0.20.7mm。加入量大致为铁液的0.10.2。采用倾转式浇包人工浇注时，比较简便办法是采用吊挂在包嘴上的定量漏斗，浇注时开启下料口，孕育剂由重力作用落入液流。对于生产线上位置固定的倾转包，则以采用带料斗的微型螺旋给料器为好。如普捷达随流孕育机，生产线上由保温炉经虹吸式浇嘴浇注的条件下，国外多采用干燥空气吹送方式。开始浇注时，由传感器控制开启气阀，将孕育剂加入液流中，采用这种加料方式的缺点是：难免有些粉状孕育剂被空气吹散，不能进入液流。采用机械给料方式，也有容易堵塞而影响准确定量的问题。,喂线孕育,喂线孕育也是一种常用的方法，所用的包芯线直径一般在510mm之间，线芯材料为75
6、硅铁。孕育剂加入量约在0.050.1之间。用保温炉经虹吸式浇嘴浇注的条件下，在浇嘴的塞杆附近喂入包芯线，喂线装置由计算机控制，在提起塞杆进行浇注的同时喂入包芯线，浇注完毕放下塞杆时停止喂线。,型内孕育,型内孕育是将孕育剂直接安放在浇注系统内，使其在浇注过程中与铁液作用，孕育剂溶入铁液的速率是工艺方案设计时应予以考虑的重点。所用的孕育剂可以是细粒状料、由粉料加粘结剂制成的块料或预制块。按照铸件的工艺特点，孕育剂可安放在浇口盆内、浇注系统内或特制的过滤器件中。,浇口盆内孕育可以有两种方式，一种是将块状孕育剂固定于浇口盆底部，浇注时逐渐溶入铁液。浇注的铁液量较大时，可采用塞杆，这就更有利于孕育剂溶入
7、铁液并均匀分布于铁液中另一种是将块状孕育剂放在浇口盆内，浇注时浮在铁液上，也可说是浮硅孕育，只不过不在浇包中孕育。采用此种方式时，应保证孕育块部分溶入铁液后尺寸仍大于直浇口的直径。无论采用何种方式，浇口盆内都应有挡渣板。,浇口盆内孕育,浇注系统内孕育,浇注系统内孕育液也有两种方式，（a）孕育块固定于浇口窝内；（b）横浇道中设孕育槽可将块状孕育剂固定在直浇口下的浇口窝内，采用此种方式时，一定要用预制成块状的孕育剂，浇注过程中逐渐溶入铁液，实现有效的孕育。也可将孕育剂安放在横浇道中专设的孕育槽内，采用此种方式时，可用粒度为0.20.7mm的孕育剂，用量一般为铸型中铁液量的0.050.1。浇注时，铁
8、液从孕育剂的上方流过。为避免孕育剂颗粒进入铸件，铁液流经孕育槽后必须通过有效的过滤片。,通过过滤片时孕育,这是一种比较新的型内孕育方法，将孕育剂安放在特制的滤片内，浇注时铁液流经滤片得到孕育处理，同时又可以防止残渣进入铸件型腔。采用发泡陶瓷滤片时，在两滤片间的空腔内装细粒孕育剂。如采用通孔陶瓷滤片，则将预制成片状的孕育块置于两滤片间的空腔内。,孕育前的预处理,重要的薄壁铸铁件，如内燃机的缸体、缸盖等，需求量不断增长，冶金要求也日益提高，因而，灰铸铁孕育前的预处理逐渐受到了广泛的关注。生产薄壁灰铸铁件时，在孕育处理前进行预处理，不仅可避免组织中出现碳化物，而且可使过冷石墨（B型、D型和E型）减至
9、最少。研究结果表明，效果最好的预处理剂是结晶态的碳质材料，灰铸铁宜用8590的冶金碳化硅，也可用晶态石墨。加入量一般为0.751.0，应用时需通过试验求得最佳用量。预处理剂加入铁液后，需要一定的时间使其溶于铁液，而且需要搅拌，所以，最好是在出铁前加入感应电炉进行处理。加入浇包中处理，只要操作得当，也可得到很好的效果。如球铁用于覆盖。,常用孕育剂介绍,孕育剂品种繁多，但广泛应用的还是硅铁系。近年来，对薄壁铸件的需求日益增多，对孕育处理的要求也更为严格，在铸铁碳当量较低的情况下，采用含锶、钡、铋、锆或某种稀土元素的孕育剂，能较好地控制薄壁处的白口倾向。采用含钡、铋和稀土元素的孕育剂，可减缓孕育的衰
10、退。碳质孕育剂的应用近来也日渐增多。关于孕育剂的选用，虽然已进行了大量的研究工作，但还不足以形成普遍适用的准则，铸造厂需考虑自己产品的特点、参考其他单位的经验进行试验，并考核供应厂商产品的质量，再根据试验结果作出最适合本企业条件的选择。,75硅铁,75硅铁是最常采用的孕育剂，其中的铝、钙含量对孕育效果有重要的作用，有报道说，不含铝、钙的硅铁对灰铸铁的孕育作用很小，甚至没有作用。一般认为：在铁液中，铝和钙会与氧、氮反应，形成高熔点的化合物，成为石墨结晶的核心。而且，加入孕育剂后，铁液中可形成局部的富硅微区，有利于石墨析出。采购孕育用硅铁时，不能不考虑其中铝和钙的含量。对于作孕育剂的75硅铁，美国
11、相关标准规定含铝量为0.751.75%，含钙量为0.51.5% 。我国标准GB/T 22721987中有不同铝含量的75硅铁牌号，铝含量的上限值分别为0.5、1.0、1.5%和2.0，含钙量的上限值则为1.0。但是，铁液中的铝含量不能太高，加入0.01的铝，就可能导致铸件产生皮下气孔。选择孕育剂品种和确定孕育剂用量时，对此也应有所考虑。,硅锶孕育剂,硅锶硅铁消除白口的能力很强，特别有利于改善薄壁铸件中石墨的形态和分布状况，使不同厚度处组织的差别更小，过冷组织只见于铸件的表层。目前，我国已有含锶硅铁供应，其中锶含量有0.61.0%和1.02.0%两种。一般可选用含锶0.61.0%的品种，锶含量过
12、高则不能充分发挥其作用。含锶硅铁的加入量约为75硅铁的一半。该孕育剂成分(Si)75；W(Ca)0.1； (Sr)0.6 1.8 ； (A1) 0.5优点是防止铸件薄壁部位出现气孔，针孔，夹渣和缩松等缺陷。有效防止薄壁铸件的渗漏。硅锶孕育剂在欧美、日本应用广泛，在国内活塞环铸件几乎全部使用，缸体、缸盖等复杂结构的薄壁铸件及要求铁素体含量高的铸件，多数也采用该孕育剂。,硅锶孕育剂,锶改善铸铁石墨形态，提高断面均匀性，延长孕育衰退时间。锶钡同属碱土金属，有长效孕育作用。生产实践表明：铸件的共晶团数量增多，则则疏松倾向增大；共晶团数量减少，则白口倾向增大。硅锶孕育剂不明显增加共晶团数，线收缩敏感性小
13、，而消除白口倾向却很强，有利于减少铸件疏松。对于球墨铸铁：浇注5 mm试片，硅锶孕育剂加入02 ，石墨球数达到450个mm2，铁素体量达到90。孕育量超过02，5 mm试片石墨球数、铁素体革不增反减，原因是薄壁冷却太快，超量孕育剂获得熔化潜热不足，难以溶解扩散，孕育作用受到抑制。浇注l030 mm试样，硅锶孕育剂加入025，石墨球数和铁素体量比5 mm试片略有增加，孕育量达到06，石墨球数达到500个m m ，铁素体量达到100。该孕育剂特别强调 (Ca)01 ，有利于减少锶的渣化，确保孕育作用。到目前为止尚未探明硅锶孕育剂特殊孕育效果的原理，只是生产实践中证实了上述功效。应该说明的是硅锶孕育
14、剂含铝量越低越好，但盲目追求过低的含铝量，只会增加生产成本。,硅钡孕育剂,硅钡孕育剂消除白口和石墨化能力强、抗孕育衰退效果好，目前是国内外铸造工厂使用最为广泛的孕育剂。该孕育剂的成分为 (Si)72；W(Sa)10 20 ； (Ca)10 20 ； (A1)1020 。钙与钡同属碱土金属，钙能生成氧化物、硫化物、氮化物，造渣净化铁液和构成晶核内物质。钡则是碱土金属中活性最大的元素，与氧生成稳定的化合物，具有良好的脱氧作用。铸铁凝固后并不含钡，其长效抗衰退能力，被认为是因为钡的氧化物在铁液表面形成“气套”，阻止氮与氧的溶入。由于该孕育剂的加入量为0.3-0.4%，因此孕育剂中含有的AL（2%），
15、对铸铁含气量影响不大。AL作为脱氧剂，有弱孕育作用，能生成稳定的氮化物，减少氮的负面作用，延长孕育作用时间。人们对孕育剂中的AL的看法不一致，但经过实践证实，此种孕育剂的孕育效果非常理想。,硅钡孕育剂,硅钡孕育剂比硅铁孕育效果显著，用于灰铸铁孕育作用如下： 石墨化能力强，有效消除硬质点和边缘白口 改善断面均匀性，不同断面可以控制在10HBS内 降低铁液过冷倾向，增加共晶团数，提高铸铁强度 使D、E型石墨转变为A型石墨用于球墨铸铁孕育作用如下： 增加石墨球数量，石墨圆整度好，球化等级高 消除球化带来的白口倾向，确保铸态无渗碳体 抗衰退能力强对于铁素体球铁，采用二次孕育，促进形成铁素体，提高延伸率
16、对于珠光体球铁，改善石墨等级，提高球化等级，提高力学性能。,硅锆孕育剂中w(Zr)36 。锆与氮反应生成氮化物降低铁液中的溶解氮，抑制孕育衰退减少氮气孔。废钢中有较多的氮，炉料中如果废钢比例大，使用硅锆孕育剂，可以减少铁液因此产生的缺陷。镁、锆、稀土可以降低铁液的含氢量，溶解氢会增大铸铁过冷度增加白口倾向，降低铸铁的抗拉强度和韧性。因此减少溶解氢量，有助于提高铸铁的内在质量。锆在铁液中生成ZrC可以作为石墨形核的核心，增加共晶团数，少量zr溶于基体起到微合金化的作用。微量Zr是有效的石墨化元素，超过一定量则是很强的碳化物形成元素，锆的碳化物可以增加析出和细化奥氏体枝晶，提高铸铁强度。锆、锶、钡
17、的碳化物和氧化物，晶格常数与石墨接近，它们与氧的亲和力较弱，滞后发生氧化反应，因此抗衰退能力强。总之，硅锆孕育剂抗衰退能力强，改善石墨组织，有效消除白口倾向，能使灰铸铁获得均匀细小的A型石墨。铸造生产中采用硅锆孕育剂的有机床类铸件，汽车配件安保类铸件等等。,硅锆孕育剂,硅钙孕育剂,硅钙合金虽有很强的孕育作用，但是，除制成包芯线应用外，用粒状合金作铸铁的孕育剂并不太合适，其主要缺点是： 密度远低于铁液，易于飘浮而影响其与铁液的作用； 成渣倾向大； 孕育作用衰退快；处理需用的加入量大，约为0.30.5。硅钙孕育剂是强力孕育剂，增加共晶团数的能力极大，但国内铸造工厂应用较少。该孕育剂用于超厚壁高强度
18、灰铸铁，可以提高抗拉强度50 MPa，能使厚大铸件中心部位有接近表层的力学性能。用于中厚壁球墨铸铁，可以细化晶粒，提高球化率。用于壁厚差较大的蠕墨铸铁，细化石墨提高强度，在蠕化效果不足时可有效促成蠕虫状石墨。,硅钙孕育剂可以与其它种类孕育剂充分机械混合，组成复合孕育剂。采用正确工艺，这种复合孕育剂能获得特殊的孕育效果。通常硅钙孕育剂中w(Si)在5060；根据含钙量高低有W(Ca)9、W(Ca)15、W(Ca)25、 (Ca)35，分别称为硅钙9、硅钙15、硅钙25、硅钙35。钙是活性很大的元素，大量的钙与铁液中的氧和硫生成稳定的化合物，有效净化铁液。硅钙孕育剂良好的去硫能力，对含硫高的薄壁铸
19、铁十分理想。由此也形成大量晶核，产生非常理想的孕育效果。硅钙孕育剂应在浇包注入铁液1545期间连续添加。当然，使用硅钙孕育剂会产生大量的渣，出铁后需充分搅拌和扒渣。,硅钙孕育剂,稀土孕育剂,稀土混合金属和稀土硅铁等含稀土金属的孕育剂，加入量适当时，孕育作用很强，其效果可以是75硅铁的若干倍，能有效地消除白口，并减缓孕育作用的衰退。如加入量过高，则可能使铸铁结晶时产生过冷，出现渗碳体组织。使用时必须严格控制用量。稀土孕育剂有：稀土硅、稀土硅钙、稀土硅钙钡、硅铁镧、硅铁铈等稀土对石墨形态影响很大，在一定含量内，有很强的石墨化能力和抗孕育衰退能力，特别对低硫和电炉熔炼的铁液更为有效。它能形成金属间化
20、合物，有效中和铅、铋等元素对灰铸铁片状石墨的有害影响，减少Cr引起的强烈过冷。稀土可以强化铁素体，提高耐磨性。但超过一定量，反而增加白口倾向，使球状石墨畸变为异形石墨。碳在铸铁中的形态对力学性能有决定性的影响。有人提出灰铸铁准蠕化的概念，通过钝化片墨尖端提高力学性能。稀土硅钙钡孕育剂，用在HT250、HT300铸件上，对保证力学性能，降低铸件脆性特别是薄壁铸件有较大的效果。可以预期，稀土孕育剂将得到更多的应用。,碳质孕育剂,碳质孕育剂主要用于铁液孕育前的预处理，一般都是结晶态的碳质材料。有研究报告称：对于灰铸铁，以8590的冶金碳化硅效果最好，晶态石墨也有效。预处理时的加入量一般为0.751.
21、0，应根据试验结果求得最佳值。,孕育剂选用,Si促进石墨化， 与Ca同时使用时效果倍增Ca与si同时使用时效果倍增，特别是在13701430时效果明显；但Ca加入量多时易产生渣眼缺陷Ba能抑制孕育衰退， 即使是1480的高温孕育，也有效Al促进石墨化，但易诱发皮下气孔RE在铁液含硫量低时，可提高抗拉强度，抑制白口化，但在含硫量高时，效果小Sr抑制白口化，石墨化能力大，但同时有Ca、Ce元素时孕育效果小Zr能助长石墨核的生存，促进石墨化，但在与Mn同时使用时溶解性多少有些问题Mn有稳定珠光体的作用，与氮一起使用时效果时效果大，可使(Zr系)孕育剂的熔点下降,Sr、RE、Ba防止白口 RE、Ba、
22、Ca延迟孕育衰退 Mg、Mn促使孕育剂容易熔入铁液 Ba、Ca促进石墨化,孕育目的分类,Ca-Si-Ba，Fe-Si- Ca提高抗拉强度、降低白口倾向石墨系良好，例如：电极屑N系良好，例如： Fe-Mn-N、Fe-Cr-N Ce，Ca、Ba系良好，例如：RE-Si、Ca-Si-Ba、Fe-Si- CaCe，Sr，Ca系良好，例如：RE-Si、Ca-Si-Sr、Fe-SiN，Ce系良好，例如：Fe-Mn-N，Fe-Cr-N、RE-Si,根据铁液性质选择孕育剂,铸造工艺条件与孕育剂加入量,材质：球墨铸铁比灰铸铁孕育剂加入量多 熔炼方法：电炉熔炼比冲天炉熔炼孕育剂加入量多 炉料：炉料中废钢加入量大时
23、孕育剂加入量多 化学成分：低碳低硅的铁液孕育剂加入量多，特别是灰铸铁含硫量低时孕育剂的加入量增加 浇注时间：经过孕育的铁液如浇注的时间长，孕育剂加入量增多，这是由于浇注时间长，而导致孕育衰退,铸造工艺条件与孕育剂加入量,铸型：铸型紧实度高而相对加快铸件的冷却，孕育剂有加入量增加的倾向铸件壁厚：簿壁件易产生白口， 因而孕育剂加入量增多 铁液温度：由于熔炼温度、保温温度、浇注温度的不同，孕育剂的添加量、孕育剂的成分和孕育剂的块度也有所不同 铁液清洁度：铁液中含渣量多，孕育剂量有增多的倾向,孕育剂粒度及加入量,孕育剂加入量过少，会导致加工性恶化、力学性能降低和基体组织不均一。孕育剂量过多，不仅不经济
24、，还会产生熔渣过多、铁液温度降低及由于共晶团数的增加而产生的缩孔。孕育剂块度过小，容易发生孕育衰退，易产生由于氧化而引起的熔渣。孕育剂块度过大，不能对铁液均匀孕育，还会使未溶解的孕育剂浇入铸型。特别应当指出的是在电炉炉内、出铁槽冲人和转包孕育时，如果与熔渣粘着，既消耗了孕育剂，也影响了孕育效果。,铸铁孕育剂的块度及加入量,各种孕育剂的特点及注意事项,铁液中N、H、O、S与孕育的关系,铁液中含有微量N、H、O和S，它们与孕育有密切关系： 孕育剂中的Si，与铁液中的氧反应生成SiO2 晶体，作为石墨结晶的外来晶核，起到促进石墨化的作用。孕育剂中的Ca、Mn、Mg、Al、Ce、La与铁液中的硫反应生
25、成硫化物，起到去除铁液中硫的作用。孕育剂中的Si、Mg、Ca、Al、Ba与氧生成氧化物，减少溶解氧量，促进石墨化。孕育剂中的Si、A1、Ca、Sr、Ba与碳反应生成碳化物，构成石墨非均质化晶核。孕育剂中的Si、Al、Ti、Zr、Ce与氮反应生成氮化物，减少过量溶解氮含量，可以减小铸铁白口倾向。孕育剂中的稀土元素Ce、La与Pb、Bi、Sb、Te、Sn、As生成金属间化合物，抑制微量干扰元素的有害作用。,孕育剂的质量,孕育剂的质量包括孕育剂的有效性、化学成分稳定性、表面氧化程度、粒度。孕育剂熔点低、扩散快的特性包含在有效性范畴之内。孕育剂的元素组成决定它的熔点和密度。小粒度的孕育剂往往添加助熔剂，加速其熔解和吸收。,孕育剂粒度的选用,孕育剂使用时应注意的问题,孕育剂在称量后隔火烘干，二次随流孕育剂使用前，应过筛防止下料孔堵塞。孕育前铁液含硅量应给硅系孕育剂增硅留有足够空间。铸铁的碳当量越低，孕育效果越好，反之则孕育效果差，甚至无效。当铸铁的壁厚和含碳量确定后，孕育前铸铁Si在1218，使孕育后达到铸件要求的Si含量。注意含Cr、Mo、Cu的低合金灰铸铁，应适当将C含量提高至3335以减少白口倾向。灰铸铁孕育前S含量应在006-010，硫能促进孕育反应顺利进行，因为硫化物是共晶石墨形核的基底，其热力学稳定性高，孕育效果好。,祝大家使用良好为企业带来丰厚利润 Thanks!,谢谢,
