球化处理与孕育处理

缩松：是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件的厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性的小孔洞。

制造模样时，壁的连接和转角处要做成圆弧过度，即铸造圆角。

它既可使转角处不产生脆弱面，又可减少应力集中，还可避免产生冲砂、缩孔和裂纹。

还有美观作用。

尺寸公差：是指铸件各部分尺寸允许的极限偏差，它取决于铸造工艺方法等多种因素。

数值可从相关资料或手册查得。

机械加工余量：指为保证铸件加工面尺寸和零件精度，在铸件工艺设计时预先增加的而后在机械加工时又被切去的金属层厚度，简称加工余量。

其大小与铸造合金的种类、铸造工艺方法、生产批量、设备及工装水平等因素有关。

当铸件尺寸公差等级和加工余量等级确定后，加工余量的数值应按有加工要求的表面上最大基本尺寸和该表面距它的加工基准间尺寸二者中较大的尺寸，从相关资料或手册的表格中选取。

起模斜度：为了方便起模，在模样、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免损坏砂型或砂芯。

这个斜度称起模斜度。

拔模斜度是为了方便出模而在模膛两侧设计的斜度。

砂型铸造：以铸造用型砂为主要原材料制成铸型，且液态金属完全靠重力充满整个铸型型腔形成铸件的方法称为砂型铸造。

特种铸造：是除砂型铸造以外其它铸造方法的总称或铸型用砂较少或不用砂、采用特殊工艺装备进行铸造的方法。

球化处理就是让铸铁中的碳的存在形式为球状。

孕育处理指在凝固过程中，向液态金属中添加少量其它物质，促进形核、抑制生长，达到细化晶粒的目的。

模锻是使金属坯料在冲击力或压力作用下，在锻模模膛内变形，从而获得锻件的工艺方法。

胎模锻造成型是在自由锻设备上，使用可移动的胎模生产锻件的锻造方法。

敷料是为了简化零件的形状和结构、便于锻造而增加的一部分金属。

余量是在零件的加工表面上为切削加工而增加的尺寸称。

余量的大小与零件的形状、尺寸、结构的复杂程度和锻造方法有关。

其具体数值可查表确定。

锻件公差是锻件名义尺寸的允许变动量。

其数值按锻件形状、尺寸、锻造方法等因素查表确定。

模锻斜度：为了使锻件易于从模腔中取出，锻件与模膛侧壁接触部分在脱模方向所具有的斜度。

第七章铸铁及其热处理习题解答7-1 铸造生产中，为什么铸铁的碳、硅含量低时易形成白口? 而同一铸铁件上，为什么其表层或薄壁处易形成白口?答：因为碳、硅是促进石墨化的元素，当它们含量含量低时石墨化不易进行，所以容易形成白口。

同一铸件上表层和薄壁的冷却速度比较快，不利于石墨化，故易形成白口。

7-2 在铸铁的石墨化过程中，如果第一、第二阶段完全石墨化，而第三阶段分别为完全、部分或未石墨化时，问它们各获得哪种基体组织的铸铁?答：第三阶段石墨化完全进行时，获得铁素体基体铸铁；部分进行时为铁素体+珠光体基体铸铁；未进行石墨化时为珠光体基体铸铁。

7-3 机床的床身、床脚和箱体为什么大都采用灰铸铁铸造？能否用钢板焊接制造?试将两者的使用性和经济性作简要比较。

答：1、因为灰铸铁的性能适合制造这些零件：抗压性能比抗拉性能好，铸造性能优良，减摩性好，减振性强，切削加工性良好，缺口敏感性较低。

2、能用钢板焊接制造，但钢板的减摩性、减振性不如灰铸铁。

在使用性和经济性上，灰铸铁成本低，易于铸造结构复杂的零件，并且其尺寸不受限制，这些都是用钢板制造不能达到的。

7-4 有一壁厚为20～30mm的铸件，要求抗拉强度为150MPa，应选用何种牌号的灰铸铁制造?答：根据强度要求和壁厚，应选用HT200。

7-5 生产中出现下列不正常现象，应采取什么措施予以防止或改善?(1) 灰铸铁精密床身铸造后即进行切削，在切削加工后发现变形量超差；(2) 灰铸铁件薄壁处出现白口组织，造成切削加工困难。

答：(1) 应在切削前进行去应力退火，消除铸造应力。

去应力退火通常是将铸件缓慢加热到500~560℃，保温一段时间(每l0mm厚度保温1h)，然后随炉冷至150～200℃后出炉。

(2)应进行消除白口组织退火。

退火方法是把铸件加热到850～950℃，保温1～3h，使共晶渗碳体发生分解，即进行第一阶段的石墨化，然后又在随炉冷却中进行第二和第三阶段石墨化，析出二次石墨和共析石墨，到500～400℃再出炉空冷。

球墨铸铁的球化与孕育处理工艺摘要：中国的球墨铸铁产量占世界的三分之一以上，与美国相比，同一球墨铸铁件的抗拉强度相差不大，但延伸率和冲击值较低，力学性能达不到要求，已成为生产高强度、高韧性球墨铸铁的瓶颈。

本文通过严格控制材料化学成分、优化冶炼工艺和孕育工艺等措施，生产出了满足qt600-10性能要求的铸造状态铸件。

关键词：球墨铸铁；球化处理工艺；孕育处理工艺1前言中国的球墨铸铁产量占世界的三分之一以上。

与美国相比，同一牌号球墨铸铁的抗拉强度相差不大，但伸长率和冲击值均较低，说明我国球墨铸铁生产原液态铁的冶金质量还有待提高。

技术水平有待提高。

高强度、高韧性球墨铸铁已成为qt600-10、qt700-5等高性能球墨铸铁生产的瓶颈。

qt600-10铸态生铁具有成本优势大，抗拉强度和伸长率高，但不易控制，需要发展相对稳定的球化工艺和合金，以保证高强度和高伸长率。

2化学成分的选择Qt600-10具有高强度、高伸长率的特点。

考虑到最大的经济性，铸造工艺可以满足技术条件，但必须严格控制化学成分。

化学成分选择如下：1)碳当量选择碳当量主要是为了提高铸件性能，消除铸件缺陷，获得良好的铸件，提高力学性能。

一般来说，碳当量的选择接近共晶点。

2)球墨铸铁中的锰、硫和氧在球化过程中可以中和镁和铈，少量的锰可以起到合金化元素的作用。

为了保证高伸长率，欧姆(Mn)的控制范围为：0.4%~0.6%。

3)磷和磷不影响石墨的球化，但可溶于铁溶液中，降低了铁溶液的共晶温度和凝固起始温度。

容易发生偏析，(P)一般控制在0.05%以下。

4)硫硫是抗石墨球化元素，在稀土和镁中加入铁和硫化物部分，其余的球化，属于有害杂质，(S)一般控制在0.02%以下。

5)加入少量铜可以改善铸件截面结构的均匀性，对基体有固溶强化和沉淀硬化的作用。

铜的质量分数一般控制在0.3%~0.5%之间。

6）加入微量元素锡和质量分数0.04%~0.08%，基体中珠光体含量显著增加。

冲入法球化处理流程一、准备工作。

咱要做这个冲入法球化处理呀，那前期准备可不能马虎。

得先把要用的东西都找齐喽。

比如说球化剂，这可是关键的东西呢，就像做菜的盐一样重要，没它可不行。

还有孕育剂，这俩就像是好搭档，互相配合着才能把活儿干好。

在找这些材料的时候呀，咱得挑质量好的。

可不能随便抓一把就用，就像挑水果一样，得挑新鲜又饱满的。

然后就是处理的容器啦，得保证它干净整洁，没有杂质，要是里面脏脏的，那肯定会影响最后的效果呀。

二、球化剂的放置。

把球化剂放进处理容器的时候也有讲究。

咱不能一股脑儿全倒进去，得按照一定的量来放。

就像做饭放调料，放多了太咸，放少了没味。

一般呢，是根据要处理的东西的量来确定球化剂的量。

要是这个没把握好，那最后的成品可能就不是我们想要的球化效果了。

而且放球化剂的时候，也要注意它在容器里的分布。

不能让它都堆在一个地方，要尽量均匀一点。

可以想象一下，要是你在花盆里种花，种子都堆在一个角落，那肯定长不好呀。

这里也是一样的道理，均匀分布才能让球化反应更好地进行。

三、孕育剂的加入。

等球化剂放好了，就轮到孕育剂登场啦。

孕育剂的加入也不是随随便便的哦。

它加入的时间点很关键呢。

如果加得太早，可能会被球化反应给影响了；要是加得太晚呢，又起不到它应有的作用了。

我们得在合适的时机把孕育剂加进去。

这个时机呀，就需要一点经验和感觉了。

就像烤蛋糕，什么时候加那点柠檬汁，得掌握好火候一样。

孕育剂加进去之后，也要让它和里面的东西充分混合，这样才能让它发挥最大的功效。

四、反应过程。

当球化剂和孕育剂都在容器里准备好之后，就开始反应啦。

这个反应的过程就像是一场小魔术呢。

你会看到里面的物质开始发生变化，慢慢地朝着我们想要的球化状态发展。

在这个过程中，我们要密切观察。

就像照顾生病的小伙伴一样，要时刻盯着，看看有没有什么异常情况。

如果发现有什么不对劲的地方，比如反应太剧烈或者太缓慢，那我们就得想想办法了。

是不是球化剂或者孕育剂的量不对呀，还是有其他的干扰因素呢？五、后续处理。

球化处理球化处理的‎作用是使石‎墨在结晶生‎长时长成球‎状来改善基‎体形貌来提‎高铸件的力‎学性能。

常用的球化‎剂生产条件下‎目前常用的‎是含Mg、Ce和Y（钇）三种元素球‎化剂，工业上常用‎这三种元素‎为基本成分‎而制成。

1、镁球化剂的‎特点密度为1.7238g‎/cm3,熔点为65‎1℃，沸点110‎7℃，起其化学性‎质活泼，脱硫去氧能‎力很强，另外还使共‎晶点向右下‎方移动。

镁的优点：①脱氧去硫，净化铁水。

②起搅拌作用‎，提高动力学‎条件。

③球化作用。

铁水中残余‎镁的量在0.04%---0.06%。

镁的缺点：抗干扰能力‎差。

2、稀土镁合金‎球化剂的特‎点稀土的作用‎：①脱氧去硫，净化铁水。

大于镁的作‎用。

②抗干扰能力‎强于镁。

③球化作用。

小于镁的作‎用。

稀土的缺点‎：①白口倾向大‎②原子量大，动力学条件‎差③球化能力小‎于镁球化剂的处‎理方法：1.冲入法；该浇包分为‎凹坑式、堤坝式和复‎包式等。

2.型内球化法‎；该方法的优‎点是球化剂‎的吸收率高‎，所得球铁的‎性能比普通‎冲入法的高‎，特别是抗拉‎强度较高的‎情况下伸长‎率也高。

此外还克服了孕育‎衰退和球化‎衰退的问题‎。

3.盖包法。

优点：①比冲入法的‎镁利用率高‎ 10-20%；②球化剂加入‎的量少；③工作条件改‎善了。

4.自建压力加‎镁法；特点：①以纯镁作为‎球化剂，降低了成本‎；②镁的吸收率‎高，达到了60‎-80% ；③处理的铁液‎在3T以上‎。

④倒包补加铁‎液1/2-1/3，同时孕育处‎理。

⑤危险系数大‎5.转动包法；特点：①应用于含硫‎高的铁水，可处理含量‎为0.3%的铁液。

②镁的加入量‎为0.14-0.20%。

6.镁合金法；常用的合金‎有Si-Fe-Mg、Cu-Mg、Ni-Mg、Ni- Si-Mg等。

7.喂丝法；特点：①需要平底包‎，且H/D=1.5-2的细长包‎和加盖；②处理包有足‎够的空间供‎铁水沸腾；③处理的温度‎应尽可能的‎低；④要求有高的‎含镁量。

生产球铁铁素体基体低的原因有多个方面。

化学成分：铁素体含量与硅、锰等元素的比例有关。

当硅、锰含量过高时，会使铁素体含量降低。

因此，需要控制好原材料的化学成分，特别是硅、锰的含量。

冷却速度：冷却速度过快或过慢都会影响铁素体的形成。

冷却速度过快可能导致部分区域温度过低，从而抑制铁素体的形成；而冷却速度过慢则可能使整体温度过高，导致奥氏体晶粒长大，从而影响铁素体的形成。

因此，需要控制好冷却速度，以保证铁素体的正常形成。

球化处理：球化处理是生产球铁的关键环节之一。

如果球化处理不当，会导致石墨球形貌不佳，从而影响铁素体的形成。

因此，需要控制好球化剂的加入量和球化处理温度，以保证石墨球的球化效果。

孕育处理：孕育处理能够促进铁素体的形成。

如果孕育处理不当，如孕育剂的加入量不足或孕育温度过低，都可能影响铁素体的形成。

因此，需要控制好孕育剂的加入量和孕育温度，以保证铁素体的正常形成。

炉料：炉料的状态和成分也会影响铁素体的形成。

例如，如果原材料中含有较多的氧化物、硫化物等杂质，会降低铁素体的形成。

因此，需要控制好原材料的质量和加入量，以保证铁素体的正常形成。

总之，生产球铁铁素体基体低的原因是多方面的，需要从原材料、工艺参数等方面进行控制和优化，以保证球铁的质量和性能。

球墨铸铁中石墨的球化率及球化级别球化率及球化级别按照GB/T9441-1988《球墨铸铁金相检验》评定，该标准将球化级别分为6 级。

首先观察整个受检面，之后，从最差的区域开始，连续观察5 个视场，以其中 3 个最差视场的多数对照级别图谱评定。

提高球化率的关键是球化处理和孕育处理。

球化处理方法：采用稀土镁合金的凹坑冲入法，简单易行，但烟尘较大。

采用低稀土镁合金盖包处理，镁的收得率可达50%以上，且可解决烟尘问题。

孕育处理可采用二次或三次孕育，球化包内孕育剂可用75 硅铁，浇包内可加抗衰退(例如含钡)孕育剂。

倘有必要，再用随流孕育或型内孕育。

5 级球化和6 级球化的石墨都是以蠕虫状石墨为主，5 级球化是蠕虫状石墨呈分散分布；6 级球化是蠕虫状石墨呈聚集分布。

两者主要区别如下：(1) 宏观组织聚集分布时，断口上出现稀疏的小黑点，蠕虫状石墨聚集程度增加时，黑点增大，数量也随之增加和密集；蠕虫状石墨分散分布时，其数量较聚集分布为少，断口不会出现小黑点。

(2) 微观特征蠕虫状石墨分散分布时，其长宽比较小，呈短而粗的棒状，端部圆钝，常与团状共存。

4～5 条蠕虫状石墨丛集一处者，称为聚集分布，此时蠕虫状石墨弯曲、扭转的趋势增加。

观察三维形貌，聚集分布的几条蠕虫状石墨往往是同一蠕虫状石墨的不同分枝，这种结构，比表面积较大，分枝与分枝间的距离较近，有利于碳的扩散，故铸态或热处理后，聚集分布的蠕虫状石墨周围容易形成铁素体。

(3) 化学成分蠕虫状石墨聚集分布时，宏观化学成分中残留镁量和稀土量都较低，含硅量较高。

图号：图号：光学放大倍数：100×光学放大倍数：100×浸蚀剂：未侵蚀浸蚀剂：未侵蚀材料及状态：球墨铸铁材料及状态：球墨铸铁处理：铸态处理：铸态组织及说明：图中石墨呈球状，少数团状，球化率为≥95%，球化级别为1 级。

组织及说明：图中石墨大部分呈球状，余为团状和极少量团絮状，球化率为90%～＜95%，球化级别为2 级。

大型球铁铸件的熔炼技术天乾重工铸铁厂年生产能力铸件3万吨，以大中型铸件生产为主。

自2008年投产以来主要生产风电铸件、大型机床件、注塑机模板、核电机壳、各种缸体等等。

在大断面球铁铸件的生产中也积累了雄厚的技术基础，在同行业和客户中获得了良好的口碑。

今年我分公司发展再上台阶，与国内一些著名企业结成了战略合作伙伴关系。

有三一集团、陕鼓集团、杭州创研、海天集团、沈阳机床、中国一重、中国二重、上海迎风等核心客户。

形成了单件铸件超过了120吨的生产能力。

中捷横梁长度13米，铸件毛重87吨，最大壁厚300mm。

技术要求导轨面硬度不低于175HB，球化等级大于3级。

是标准的大型球铁件。

牌号：QT500-7 属厚大断面铁素体+珠光体球墨铸铁熔炼设备：20T+40T中频电炉浇注设备：25T+40T铁水包球化处理浇注造型工艺：呋喃树脂砂砂箱造型补缩工艺：外冷铁+自补缩容易产生的问题：球化衰退，石墨漂浮，碎块状石墨，反白口，缩松缩孔，中心部位石墨球数减少。

关键词：球墨铸铁，大断面，吨位大，球化等级，硬度，预处理一：原辅材料选用1 选用优质高纯生铁，生铁应属共晶成分，避免过共晶成分以避免生成过共晶的粗大石墨。

微量元素总量≤0.1%，Ti≤0.04%，微量反球化干扰元素的总量＜0.1%。

干扰元素分为两大类，一类是消耗球化元素型干扰元素，例如硫；另一类是晶间偏析型干扰元素，包括锡，锑，砷，铜，钛，铝等等。

在共晶结晶时，这些元素富集在晶界，促进碳在共晶后期形成畸形的枝晶状石墨。

P含量要求≤0.03%，避免产生磷共晶。

P 既显著升高塑-脆转变温度，又强烈降低球墨铸铁的上限冲击功，P对球铁的脆化危害作用主要是形成磷共晶（三元磷共晶，二元磷共晶）。

所以成为裂纹的发源地，同时加剧球墨铸铁的缩松倾向。

S含量要求≤0.015% 国内产自本溪和林州的生铁干扰元素少纯净度高，故适合生产大型球铁铸件。

2废钢选用纯净低锰低磷低硫无铁锈无涂层的碳素钢。

球墨铸铁的孕育处理
球墨铸铁管孕育处理的必要性：铁水经球化处理后，易出现白口，
难以产生石墨核心，因此，离心铸造时，必须进行随流孕育。

球墨铸铁管孕育处理的作用：促进石墨化，改善球化效果，使石
墨球变小，数量增多且分布均匀，球径更圆整，显著的改善了球
铁的性能。

因此孕育处理是提高球铁管质量的重要手段，一般要
求孕育剂加入量为管子重量的0.8～1.5‰。

孕育处理与温度的关系：铁水温度越高，孕育效果越差，当孕育
处理温度从1499度降到1204度时，石墨球从10个/mm2迅速增
加到120个/mm2。

如下图：。

球墨铸铁的炉前球化和孕育处理工艺
1球墨铸铁炉料按配料单数量，先后加入到感应电炉内，熔清，升温到出炉温度（1520℃），准备出炉。

其间可用炉前快速分析仪测定原铁水成分。

2浇注用的铁水球化包，要提前修好，筑好堤坝，并用木柴烘干烘透。

3球墨铸铁所用的球化剂、孕育剂要按每炉要求数量分别称好，备用。

4将球化剂放入铁水包堤坝一侧，盖上孕育剂量的60%（一次孕育），再盖上干净无锈的球铁屑，并注意捣实。

5铁水出炉时，要冲入堤坝的另一侧，防止球化剂过早反应。

铁水出尽，等球化反应完毕，扒净渣子，防止回硫。

再在铁水表面撒上孕育剂量的30%（二次孕育），略加搅拌，盖上覆盖剂。

起吊浇注。

6浇注过程尽量平稳迅速，浇注时间不应超过10分钟，以防止球化衰退。

浇注过程中，特别注意做好随流孕育（三次孕育），用量是孕育剂量的10%。

7浇注完毕，把铁水包中的剩余铁水倒尽，扒净渣子，以备再用。

8检测所需的试样、试块所用铁水，应取于浇注后期。