灰铸铁孕育处理技术操作规程

第1篇一、总则1. 为确保铸铁生产过程中的安全、质量和效率，特制定本操作规程。

2. 本规程适用于所有从事铸铁生产的操作人员。

二、操作前的准备1. 操作人员必须经过专业培训，取得相关操作资格证书。

2. 操作前应检查设备、工具、模具等是否完好，如有损坏或不符合要求，应及时报修。

3. 确保生产环境整洁，通风良好，消防设施齐全有效。

4. 操作人员应穿戴好个人防护用品，如安全帽、工作服、防护眼镜、手套等。

三、操作步骤1. 铸造准备（1）烘干：对于干模造型烘干工艺，要按操作规程进行操作，烘干时间为8小时以上，以防因烘干不透而造成砂、气孔等缺陷。

（2）制作模样：制作模样是铸造生产的主要工艺装备，要保证几何尺寸的同时，也要考虑生产规模及使用方便性。

在制作过程中，要考虑其工艺结构和性能，提高生产率，保证质量。

2. 铸造过程（1）摆放模具和中注管：放置模具和中注管时，要挂双绳套，先在旁边落到适当的高度，然后停车，再对准管砖慢慢落下。

（2）放置冒口：放置冒口时，需要先搭好作业台，不得在潮湿或有水的坑内放置模具。

（3）浇注：浇注过程中，要严格按照操作规程进行，防止发生跑火、冒烟等事故。

3. 模具维护（1）模具在使用过程中要定期检查，发现磨损、裂纹等缺陷要及时更换或修复。

（2）模具存放时要保持干燥、通风，避免受潮、变形。

四、操作注意事项1. 操作人员必须严格遵守操作规程，不得擅自改变工艺参数。

2. 操作过程中，要密切注意设备运行情况，发现异常立即停止操作，排除故障。

3. 操作人员应保持工作场所整洁，不得乱扔垃圾、杂物。

4. 操作人员应加强安全意识，防止发生安全事故。

五、操作后的清理1. 铸造完成后，要及时清理生产现场，包括清理模具、设备、工具等。

2. 清理过程中，要按照规定的方法进行，不得随意丢弃废弃物。

3. 清理完毕后，对生产现场进行检查，确保无安全隐患。

六、附则1. 本规程由生产部门负责解释。

2. 本规程自发布之日起施行。

孕育处理灰铁球铁几点实践体会孕育处理就是在铁液进入型腔前，将孕育剂加入到铁液中，从而改善铸铁的组织与性能，而这些性能的改善与化学成份的变化并无明显内在关系。

笔者就此曾经做过一个比较典型的实验，对电炉中HT250原铁水含硅量为1.7％的铁水进行0.3％的孕育处理，浇注三角试片，然后计算上述三角试片的终硅含量，并将电炉原铁水的硅含量调整到该三角试片的含硅量水平，浇注同样的三角试片，将两个三角试片进行断口比较分析，可以看到，前者经过孕育处理的试片断面发亮，晶粒比较均匀细密，大约有3mm左右白口，而未经孕育处理的试片断口灰暗，白口较大，大约有5mm左右，由此可见两种试片虽然化学成份相同，但经过孕育处理之后区别很大。

孕育处理对改善铸件的性能具有重要作用，总结起来，对灰铸铁铸件，孕育的主要作用体现为促进石墨化，减少白口倾向，增加共晶团数，促进A型石墨和细片状珠光体的形成。

对球墨铸铁，孕育处理的作用主要体现在减少白口倾向，促进石墨析出，提高抑制共晶渗碳体，提高石墨球的圆整度，增加单位面积石墨球数，细化共晶团，使球墨铸铁的组织更加均匀，提高球墨铸铁的塑性和韧性。

孕育剂和孕育方法的分类进行孕育处理的孕育剂按成份可分为多种，这里不再详述。

需要指出的是Si－Fe孕育剂由于价格低廉，是目前在我国国内应用非常广泛的孕育剂。

它的缺点主要是衰退比较快，8－10分钟就可衰退到未孕育状态。

Si－Ba、Si－Ca等孕育剂具有比较好的抗衰退性能，属于长效孕育剂，Si－Ba是笔者厂家目前正在使用的孕育剂，也是笔者推荐使用的，虽然市场价格偏高，但实际应用效果一直比较理想。

孕育方法按照操作时间上可分为炉前孕育和滞后孕育，在具体操作手段上又可以分为随流孕育、包内孕育、硅铁棒孕育、型内孕育等，应根据生产铸件的实际情况来选择不同的方法。

对这些孕育方法，本文将在后面的篇幅中就笔者的实践经验有选择性地阐述，以便更好理解一些孕育方法在生产实际中的操作过程和作用。

调整孕育剂及其加入量改善灰铸铁制动盘缩松汽车制动盘是汽车制动系统中重要的安全部件之一，质量要求高，基本不允许存在任何缩松缺陷，但实际生产中很难做到铸件内部无缩松缺陷，尤其是在铸件结构壁厚差异过大的情况下。

常见缩松缺陷就是在铸件断面上出现的分散而细小的缩孔，这是在金属凝固收缩时，由于金属液未对铸件有效补缩而产生的缺陷。

解决缩松缺陷一般从化学成分、冒口补缩、孕育处理、孕育剂加入量、铸型刚度大小等几个方面分析。

但实际生产中必要时需要借助有效的问题分析方法，笔者采用鱼骨图的方法进行问题分析，最终从孕育剂特性极其加入量方面进行研究，简单有效地解决了某种制动盘产品铸件缩松问题，并进行了大批量生产实践。

1 问题描述1.1 产品结构制动盘结构如图1所示，内浇口开设在最大直径处，铸件壁厚随着与内浇口距离的增加而逐渐变厚。

从结构上来看，铸件从最大外圆处开始逐渐凝固，不利于浇注系统补缩。

实际生产过程采用无冒口工艺，但在图示位置上存在轻微的缩松缺陷。

1.2 化学成分产品质牌号为HT250，化学成分如表1所示。

孕育剂为0.43%的75%FeSi包底孕育， 0.05%的75%FeSi随流孕育，加入量根据铁液重量精准称量计算加入。

从表1的化学成分来看，碳当量较高，反石墨化的合金元素也较少，不易产生缩松缺陷。

图1 产品尺寸结构Fig.1 Product structure表1 化学成分（质量分数，%）Tab.1 Chemical composition (mass fraction, %)元素　C Si Mn P原铁液 3.36 1.760.650.03孕育后 3.34 2.100.650.03元素　S Cr Cu原铁液0.080.260.23孕育后0.080.260.231.3 缩松缺陷产品在精加工之后可见密密麻麻的小孔洞分布在较大范围内（见图2a），从外观初步判断可能是缩松缺陷。

为进一步确定，采用扫描电镜观察，该缺陷在截面上具有一定的深度，缺陷部位较为疏松、不密实（见图2b），且能够清晰看到孔洞内部形状不规则（见图2c），明显可以见到相当发达的树枝状晶的末梢，是铸铁凝固过程中，因液态收缩和凝固收缩不均匀，在最后凝固的部位形成的典型缩松、缩孔缺陷特征[1]。

灰铸铁的孕育处理方法及要点有其优点，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。

广泛采用的孕育处理方法主要有：出铁时孕育、浇注时孕育、型内孕育和孕育前的预处理1出铁时孕育出铁时孕育也称为浇包孕育（LadleInoculation），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，但采用时必须留意遵从作业要点。

不可在浇注前将孕育剂加在空浇包的底部。

这样操纵，会有部分孕育剂在与铁液作用前被氧化，而且孕育剂易于裹进炉渣，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，进步其利用率。

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。

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2～5mm；铁液量在500kg时，粒度宜为5～8mm。

加进量一般为处理铁液量的0.2～0.4％，可视孕育剂的品种和铸件壁厚调整，并通过试验确定。

加进量过多，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5～7 min，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进铸型时进行再次孕育。

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，不能进进液流。

铸铁的球化孕育处理要点前面主要讲了铸铁熔炼过程中的化学成分和炉温的控制，这些都是每一个熔炼工程师和操作工人必须掌握的基本知识。

下面我在扼要的讲一下熔炼结束后的冶金处理，它包括两部分，即球铁的球化处理，以及球铁和灰铸铁的孕育处理，而着重讲一下当前应该注意的几个问题。

1）推荐采用含Mg5%稀土1%的球化剂，Mg过高Mg的烧损大，烟气大，残余Mg不稳定，目前我国的生铁质量和炉料中废钢比例增加，便使铸铁中的反球化元素大大减少，过高的稀土反使得球铁的球化率降低。

2）推荐使用盖包法处理球铁，它的残Mg衰退速度与0.0007/分，而无盖包的Mg衰速度为0.003/分，假如无盖包处理球铁后的残Mg为0.06%则10分钟后，即降为0.03%，随后浇的就会产生蠕虫状石墨，因此处理后的浇注时间不能超过10分钟，这也是很多厂球化率底下的原因。

3）要注意残Mg和终S的合理搭配，终S不要低于0.006%以保证有足够高的球数和避免碳化物和随之而来的缩松，如下图：图15 石墨形态与残余镁和硫含量的关系4）要分清球铁的球化衰退和孕育衰退，以便及时对症采取措施，两者都是球化率降低，但球化衰退的金相特征是球数不是降低，只是出现蠕虫状石墨，而孕育衰退的金相特征是石墨球直径变大，球径减少，当前出现的球化不良，大多是孕育衰退产生的，因此要加强对孕育的关注。

5）出炉温度不要过高，只要保证在Tc温度以上，又能满足浇注铸型要求采取临界温度下限为好，这有利于保护结晶核心有利于减少球化衰退和孕育衰退及增加球数和共晶团数，同时目前无论是球铁或灰铸铁都在大量使用废钢做炉料，很多厂几乎都不使用生铁，因此已无必要用高温来清除生铁的遗传性。

6 ）球铁的球数和灰铸铁的共晶团数是检验铸铁孕育好坏的重要标志，随着孕育剂用量的增多和孕育方法的改良，球数和共晶团数都会增加，而铸铁的晶质也随之而改善铸件壁厚敏感性，品质均一性都会更好，对铸铁来讲，球数增加，使球径减少，球化率就会增加，对生产少于10mm的薄壁球铸件，只有球数多于—临界数才能不产生白口，在对球铁机械性能的影响上，与增加球数可提高铸件的疲劳强度和延伸率，甚至有资料提出了临界球径的要求，只有孕育到球径小于某个直径后延伸率才会相应增加，这也有可能是减少和分散了某些正偏析元素在晶界聚集的结果，而孕育能带来灰铸铁A型石墨的增加，B、D、E型石墨减少，性能改善的诸多优点，但至今各国标准并没有将球数和共晶团数作为铸件验收的标准，但已经看到国外某重要的大集团来国内采购铸件时要求球铁的球数必须大于100个/mm2。

1 目的为获得优质铁水，保证电炉熔炼过程正常进行，特制定本操作规程。

2 适用范围适用于铸铁铸造车间电炉熔炼过程。

3 内容要求3.1 熔化前的准备操作者在工作前穿戴齐全劳保用品，检查所用的工具、设备、器具是否齐全、合格；浇包、炉衬、炉口、包嘴是否光滑顺畅，并备好合格炉料。

3.2 烘炉大修后的炉衬应在开炉前预热烘烤，先将炉内放少须铁屑，再放入废铁件，要小心轻放，不要碰炉壁，烘烤通常用“空炉低功率慢升温”的方法，先小电流≤300A工作半小时，再缓慢升温至废件发红（约1000度），保温1小时，然后升高电流600A至铁水熔化满以后（铁水温度1450℃）烧结炉衬1小时，以使炉衬结壳。

3.3 熔炼3.3.1按工艺部出具的《熔炼配料通知单》要求的比例称重加料。

3.3.2各炉料的块度和长度要符合要求：a.生铁块度一般在2Kg-10Kg，10Kg以上及2Kg以下块度含量不超过5%；b.废钢单件外形尺寸不大于炉口直径2/3（具体如下表），单件重量不大于13kg ；c.硅、锰铁的块度不大于70×70mm；d.回炉料、废铸件外形尺寸不大于炉口直径2/3，具体如下表严禁加入密封管件及其它有害杂物。

3.3.4 炉料加料顺序铁屑---增碳剂---生铁---废钢---回炉铁---铁合金3.3.5 炉料加入后，即可通小电流（≤500A）预热，然后再改用大电流（＞600A）送电，以使炉料自下而上慢慢预热和熔化；熔炼中发现有棚料现象时，应把电炉倾斜至一定角度，用铁水融开炉料。

3.3.6 待炉料完全熔化后，加入铁合金或所需金属，升温至约1400℃，用取样小勺伸入铁液表面下100～300mm取样，通过铁水成分快速分析仪示值确定调整碳硅量，时间一般为3～5分钟，同时加温至要求的出铁温度。

3.3.7 用快速热电偶测量铁水温度；出铁温度一般控制在：灰铁1450～1500℃，球铁1530～1560℃；轻薄小件取上限，厚重大件取下限。

铁水烫包回炉后温度升至规定要求方可出炉。

版本号：A受控状态：发放代号：铸造工艺规程2021-11-01发布 2021-11-10实施本规程适用于本公司批量生产各种牌号的灰铸铁件，采用中频炉熔炼，孕育处理生产各种牌号灰铸铁件。

1.1采用孕育法生产各种牌号灰铸铁。

1.2熔炼过程中参照有关熔炼工艺规程执行。

2.1浇注过程中按有关浇注工艺规程执行。

℃，浇注时间每箱15－17秒。

2.3处理后的铁水，一般控制在8－15分钟/内浇注完毕。

2.4对已浇注的铸型按包次插上牌子标志区分。

3.落砂、清理、检验3.1捅箱时，应注意按包次区分，在鳞板上隔离铸件。

3.2从鳞板上下来后，铸件在地上按50型为一组，依次堆放，等检验员依材质检验数据，判定材质合格后，才能上线清理，不合格铸件不能进入清理线。

3.3清理后对铸件再进行一次检验，几何尺寸及外观合格后才能浸漆入库。

铸件质量按有关检查工艺规程执行。

1总那么本规程适用于S114C 型辗轮式混砂机，人工运输，F 脱箱震压造型机造型，湿型浇注。

2型砂配制的内容采用颗粒均匀的圆形或多角天然石英砂即硅砂，粒度采用07/09和08/10的细粒砂。

生产球墨铸铁件时，为适当提高透气率，用05/07和06/08的中粒砂。

湿型砂普遍采用粘结性好的膨润土作为粘结剂，全部采用新原砂配制时，小型铸件膨润土参加量约为5－6％。

铸铁件湿型砂配方成分的显著特点是普遍参加煤粉，煤粉参加量需根据铸件大小，壁的厚薄和煤粉性质而定，铸铁小件参加量为3－4％ ；当煤粉参加量到达8％仍出现粘砂缺陷可参加1－2％的重油。

％，冬天取下限，夏天取上限。

配砂所用原材料必须按照工艺要求进行化验，检验合格后，方可使用。

原砂、粘土、煤粉的检验标准详见本公司?铸造原材料技术条件?。

砂处理的各个工艺过程是通过各种砂处理设备来完成的。

2.3.2型砂和芯砂都是将各种物料按一定的配比参加混砂机中经过混制而成。

混砂过程应保证使各种成分均匀，以满足造型造芯的性能要求，其工艺流程如下：混1到2分钟混1到2分钟旧砂新砂水分膨润土、煤粉卸料全部配制混碾时间3－4分钟。

孕育处理孕育处理是指在凝固过程中，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。

习惯上，向铸铁中加入添加剂称为孕育处理；向有色合金中则称变质处理。

从本质上说，孕育处理主要影响形核和促进晶粒游离；而变质处理则是改变晶体的生长机理（抑制长大），从而影响晶体形貌。

灰铸铁基本上是由铁、碳和硅组成的共晶型合金，其中，碳主要以石墨的形态存在。

生产优质铸件，控制铸铁凝固时形成的石墨的形态和基体金属组织是至关重要的。

孕育处理是生产工艺中最重要的环节之一。

良好的孕育处理可使灰铸铁具有符合要求的显微组织，从而保证铸件的力学性能和加工性能。

在液态铸铁中加入孕育剂，可以形成大量亚显微核心，促使共晶团在液相中生成。

接近共晶凝固温度时，生核处首先形成细小的石墨片，并由此成长为共晶团。

每一个共晶团的形成，都会向周围的液相释放少量的热，形成的共晶团越多，铸铁的凝固速率就越低。

凝固速率的降低，就有助于按铁－石墨稳定系统凝固，而且能得到A 型石墨组织。

但用传统的75si进行孕育时，会使珠光体在不同的温度下形成，其硬度会不均匀，由于孕育剂与高温铁水反应，生成二氧化硅作为石墨初生核，使铁水中的碳向石墨转变，但由于氧化硅的还原反应，会使铁水中的硅含量渐渐减少，这样就会减小铁水的过冷度，过冷度越小就越容易倾向碳-渗碳体系转变。

灰铸铁的力学性能在很大程度上取决于其显微组织。

未经孕育处理的灰铸铁，显微组织不稳定、力学性能低下、铸件的薄壁处易出现白口。

为保证铸件品质的一致性，孕育处理是必不可少的。

铸铁孕育处理所用的孕育剂，加入量很少，对铸铁的化学成分影响甚小，对其显微组织的影响却很大，因而能改善灰铸铁的力学性能，对其物理性能也有明显的影响。

良好的孕育处理有以下作用：◆消除或减轻白口倾向；◆避免出现过冷组织；◆减轻铸铁件的壁厚敏感性，使铸件薄、厚截面处显微组织的差别小，硬度差别也小；◆有利于共晶团生核，使共晶团数增多；◆使铸铁中石墨的形态主要是细小而且均匀分布的A型石墨，从而改善铸铁的力学性能。

灰铸铁的热处理灰铸铁的热处理退火1. 去应力退火为了消除铸件的残余应力，稳定其几何尺寸，减少或消除切削加工后产生的畸变，需要对铸件进行去应力退火。

去应力退火温度的确定，必须考虑铸铁的化学成分。

普通灰铸铁当温度起过550C 时，即可能发生部分渗碳体的石墨化和粒化，使强度和硬度降低。

当含有合金元素时，渗碳体开始分解的温度可提高到650°C左右。

通常，普通灰铸铁去应力退火温度以550C为宜，低合金灰铸铁为600C，高合金灰铸铁是可提高到650C，加热速度一般选用60〜120C/h •保温时间决定于加热温度、铸件的大小和结构复杂程度以及对消除应力程度的要求。

铸件去应力退火的冷却速度必须缓慢，以免产生二次残余内应力，冷却速度一般控制在20〜40C /h，冷却到200〜150C以下，可出炉空冷。

一些灰铸铁件的去应力退火规范示于表1.2. 石墨化退火灰铸铁件进行石墨化退火是为了降低硬度，改善加工性能，提高铸铁的塑性和韧性。

若铸件中不存在共晶渗碳体或其数量不多时，可进行低温石墨化退火；当铸件中共晶渗碳体数量较多时，须进行高温石墨化退火。

(1)低温石墨化退火，铸铁低温退火时会出现共析渗碳体石墨化与粒化，从而使铸件硬度降低，塑性增加。

灰铸铁低温石墨化退火工艺是将铸件加热到稍低于Ac1下限温度，保温一段时间使共析渗碳体分解，然后随炉冷却。

（2）咼温石墨化退火，咼温石墨化退火工艺是将铸件加热至咼于Ac1上限以上的温度，使铸铁中的自由渗碳体分解为奥氏体和石墨，保温一段时间后根据所要求的基体组织按不同的方式进行冷却。

正火灰铸铁正火的目的是提高铸件的强度、硬度和耐磨性，或作为表面淬火的预备热处理，改善基体组织。

一般的正火是将铸件加热到Ac上限+30〜50C,使原始组织转变为奥氏体，保温一段时间后出炉空冷。

形状复杂的或较重要的铸件正火处理后需再进行消除内应力的退火。

如铸铁原始组织中存在过量的自由渗碳体，则必须先加热到Ac1上限+50〜100C的温度，先进行高温石墨化以消除自由渗碳体在正火温度范围内，温度愈高，硬度也愈高。

灰铸铁的孕育处理灰铸铁基本上是由铁、碳和硅组成的共晶型合金，其中，碳主要以石墨的形态存在。

生产优质铸件，控制铸铁凝固时形成的石墨的形态和基体金属组织是至关重要的。

孕育处理是生产工艺中最重要的环节之一。

良好的孕育处理可使灰铸铁具有符合要求的显微组织，从而保证铸件的力学性能和加工性能。

在液态铸铁中加入孕育剂，可以形成大量亚显微核心，促使共晶团在液相中生成。

接近共晶凝固温度时，生核处首先形成细小的石墨片，并由此成长为共晶团。

每一个共晶团的形成，都会向周围的液相释放少量的热，形成的共晶团越多，铸铁的凝固速率就越低。

凝固速率的降低，就有助于按铁－石墨稳定系统凝固，而且能得到A型石墨组织。

一．孕育处理的作用灰铸铁的力学性能在很大程度上取决于其显微组织。

未经孕育处理的灰铸铁，显微组织不稳定、力学性能低下、铸件的薄壁处易出现白口。

为保证铸件品质的一致性，孕育处理是必不可少的。

铸铁孕育处理所用的孕育剂，加入量很少，对铸铁的化学成分影响甚小，对其显微组织的影响却很大，因而能改善灰铸铁的力学性能，对其物理性能也有明显的影响。

良好的孕育处理有以下作用：◆消除或减轻白口倾向；◆避免出现过冷组织；◆减轻铸铁件的壁厚敏感性，使铸件薄、厚截面处显微组织的差别小，硬度差别也小；◆有利于共晶团生核，使共晶团数增多；◆使铸铁中石墨的形态主要是细小而且均匀分布的A型石墨，从而改善铸铁的力学性能。

孕育良好的铸铁流动性较好，铸件的收缩减少、加工性能改善、残留应力减少。

二．灰铸铁的显微组织灰铸铁的力学性能决定于其基体组织和片状石墨的分布状况。

灰铸铁的力学性能主要取决于其基体组织，为了得到高强度，希望基体组织以珠光体为主、尽量减少铁素体含量。

如果铁素体量过多，不仅导致铸铁的强度低，而且加工时会使刀具过热，显著降低刀具的寿命。

与球墨铸铁不同，对灰铸铁不可能有延性和韧性的要求，只要求其强度，所以一般都以珠光体含量高为好。

灰铸铁中的石墨片，有切割金属基体、破坏其连续性、使其强度降低的作用。