铸铁球化及其孕育的研究现状

　　球墨铸铁是指向铁水中加入   数量的球化剂和孕育剂，通过球化及孕育处理使铁水在凝固时碳以球状石墨的形式形核和生长，凝固后铸铁的组织中球状石墨的铸铁。球化处理和孕育处理是生产球墨铸铁的重要环节。在球化处理技术方面，目前球化处理的方法主要有：浇包冲入球化法、盖包法、压力加镁法、镁焦碳法、GF转包法、密封流动法和型内球化处理等。其中，应用广泛的是浇包冲入球化法，它大的优点是操作简便，可实现稳定生产。
　　但是，这种处理方法有球化剂镁的吸收率低、球化处理时因镁的大量燃烧而导致劳动条件恶化等缺点。为了克服种种缺点，随后出现了盖包法、压力加镁法、镁焦碳法、GF转包法、密封流动法和型内球化处理等等。目前，广泛采用GF转包法和盖包法，我国也正在推广使用。在球化剂方面，常用的球化剂主要有稀土镁硅铁合金、钙镁球化剂、镍镁合金球化剂、镁合金和纯镁合金，其中应用较广泛的是稀土镁硅铁合金。我国在生产上普遍使用的球化剂是稀土镁合金，许多因缺少稀土资源，大都采用镁合金和纯镁，如日本主要用的球化剂是钙镁铈球化剂，在美洲、欧洲主要用的是镍镁合金球化剂，这种球化剂比较昂贵，在我国基本上没有应用。
　　在石墨球化理论研究方面，曾经提出的球化理论和模型主要有：碳化铁分解理论、过饱和奥氏体理论、气泡学理论和模型、硫化物等石墨球核心说理论、过冷学理论、吸附理论、表面能理论、位错学理论和模型等石墨球长大理论。碳化铁分解理论的主要观点为先以碳化物凝固，然后碳化物分解析出石墨；过饱和奥氏体理论主要观点为石墨直接从铁液中析出，而后被奥氏体所包围，碳通过奥氏体扩散长大成球状；气泡学理论和模型主要观点为在镁蒸汽微小的气泡内碳原子向内扩散成球状核心，再沿此核心长大成球状，此学说被Davis所否定；核心说理论的主要观点为通过电子显微镜直接观测到石墨核心物质，这些物质有硫化物、氧化物、Mg-Si化合物等，从而主张液态的此类微小物质为球状石墨核心；目前看来硫化物等核心说是被认可的石墨球化形核学说，但它也回答不了石墨如何长大成球状的问题。过冷学理论的主要观点为由于加入镁使得石墨核心消失，过冷状态下石墨沿a轴、c轴方向长大速度差减少，结果石墨长大成球状而非片状；吸附理论主要观点为镁吸附在石墨上，使石墨表面张力提高而使其成球状；表面能理论主要观点为铁液里加入的镁等球化元素使硫的活度下降，石墨和铁液的表面能变大，两者的界面面积缩小而成球状；位错学理论和模型主要观点为球状石墨是沿着螺旋位错长大成球状的。目前为止，对于石墨球化理论还没有定论。综合以前有关球化理论并结合他们的研究成果认为：球墨铸铁液相中的镁、铈等元素的硫化物形成石墨核心，在长大过程中成球状，在共晶凝固开始时石墨被奥氏体所包围，碳元素通过奥氏体固相扩散而长大。同时指出增加石墨球数的极端重要性。
　　孕育处理是生产球墨铸铁的重要环节之一，所谓孕育处理就是在铸铁溶液中添加少量的孕育剂   石墨化作用，防止渗碳体的形成、可以细化组织、提高材料力学性能。目前孕育处理方法主要有浇包孕育、液体孕育、孕育丝孕育、瞬时包外孕育、型内孕育等方法。浇包孕育属于一次孕育，是我国许多工厂普遍使用的方法。液体孕育属于两种铁液冲兑的孕育方式，用于大型铸铁件处理；孕育丝孕育是空心的钢丝内装有粉状孕育剂，在直浇道进行孕育处理的方法。孕育处理又分为一次孕育和二次孕育，以前主要以一次孕育为主。进行一次孕育有许多缺点，如加入的孕育剂量大，另外大的缺点是出现孕育衰退现象。近年来发展了许多二次孕育及其瞬时孕育处理，主要的方法有：倒包孕育、浇口杯孕育、浇包漏斗随流孕育和型内孕育等，其中型内孕育是目前孕育效果较好的处理方法，它是1968年开始研究的，早在欧洲和应用，其后英、美、加拿大等国开始申请。目前，工业发达的已开始应用，尤其在发动机、柴油机的铸造和薄壁灰铸铁的孕育处理方面达到较，我国在加强孕育处理技术研究方面推广比较慢。
　　关于孕育剂，目前常用的孕育剂的种类主要有Si-Fe、Fe-Si-Ca、Si-Ba-Ca、RE-Si、Ce系、Ba系、Ca系、石墨系、Fe-si-Sr等。其中经济方便的孕育剂是硅孕育剂，如国内大多采用含质量分数为75%硅的硅铁，纯硅孕育效果很差，一般含有2.5%钙与铝。近年来，对孕育剂的研究较多，他们在硅中加入   量的其它合金元素以高的孕育效果，其中Fe-Si-Ca、Si-Ba-Ca孕育剂适用于低硫铁水、高硫铁水，有提高抗拉强度、减少白口倾向的功用；RE-Si、Ba系、Ca系孕育剂适用于低硫铁水，也具有前者的功用；Fe-Si-Ca-Al-Ba作为型内孕育剂。