铸造的孕育剂种类及使用效果

孕育剂的选择与使用
房敏;吴小雄;戎军;孙全友;刘佳平
【期刊名称】《金属加工：热加工》
【年(卷),期】2015(000)017
【摘要】目前,很多铸造工作者在实际生产中对如何正确选择和使用孕育剂仍感到很困惑,下面根据实际经验及生产中存在的问题,阐述铸造厂常用孕育剂种类,孕育剂选择及使用条件等方面的生产实践,供同行参考。

1.孕育剂的种类孕育剂的种类很多,目前常见的孕育剂大概有30余种,而铸造厂最常用的就10种左右。

下面重点介绍几种最常用的孕育剂。

【总页数】3页(P32-34)
【作者】房敏;吴小雄;戎军;孙全友;刘佳平
【作者单位】鹰普机械(宜兴)有限公司;鹰普机械(宜兴)有限公司;鹰普机械(宜兴)有限公司;鹰普机械(宜兴)有限公司;鹰普机械(宜兴)有限公司
【正文语种】中文
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④l 一镑欲．孕静¨．锈应l{3 <河北机械)1992年3—4期铸铁孕育实例数则天津大学王耷塑弓实例一：使用碳硅系孕育剂生产冰箱压缩机缸体灰口铸铁，铸态牌号为HT250，珠光体基体，石墨主要为A型，允许有D型和E型石墨。

用2t／h冲天炉，出炉温度l430—1460"C，炉料中废钢比例30 。

孕育剂为Inocul／n 10#，加入量0．3 ，颗粒度2—4mm，加入出铁槽冲入包中，孕育后化学成分：C 3．0-3．1 ，Si 1．6—1．8 ，Mn 0．7—0．9 ，P> 0．06 ，S<0．14 。

铸态强度达到270Nlmm。

，左右，经过退火后，成为铁素体基体，含有少量的珠光体，强度降至≥170Mlmm ，硬度120—160HB，以利上自动线加工。

退火工艺为740"C，保温3．5小时。

采用Inoculin 10#碳硅系孕育剂的孕育效果优于75 硅铁，尤其在抑制白口方面表现显著，对消除薄壁铸件的白口．改善断面的均匀性有很大好处。

实例二：使用钡硅铁孕育剂生产机床床身牌号HT300灰口铸铁，3．5t／h热风冲天炉熔化，出铁温度l45O—I480"C，用2．5t铁水包，在出铁槽冲入孕育剂，加入量0．4 。

孕育后铁水的成分为：C 2．8-3．1 ，Si 1．5—1．8 ，Mn 0．9—1．2 ，P< 0．2 ，S 0．06-0．12 。

与用75硅铁孕育相比，抗拉强度提高20—30N／ram ，硬度波动范围减少5O一7O ，铸件尖角部位卓谙*除，加工性能改善。

钡硅铁孕育衰退速度慢，到20分钟才出现衰退现象，对稳定铸铁质量有重要意义。

实例三：使用锶硅铁生产汽车发动机缸盖牌号为HT250灰口铸铁，冲天炉一电炉双联熔炼，孕育温度144O—I460℃，添加锶硅铁O。

2—0。

3 和铬铁0．5 ，粒度3—8ram，孕育后成分：C 3．1—3．4 ，Si 2．2—2．4 ，Mn 0．6—0．9％，P 0．05-0．O8 ，S 0．09—0．12％，Cr 0．4—0．7 ，Mo 0．25 ，Sn 0．06％。

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]。

以下是关于浅谈振动铸造熔炼过程中孕育剂类常见基本元素的分享。

在孕育剂中通常有一些常见元素，具体如下：Al（铝）铝在铸铁熔炼时将起脱氧剂的作用，会同溶解于铁液中的氧反应生成Al2O3。

这种氧化物会与SiO2形成硅酸盐相Al2O3.SiO2，或作为一种组份进入含钙硅酸盐相CaO.Al2O3.SiO2中。

不含钙硅酸盐的孕育作用有限，含钙硅酸盐相可促成较高的成核率。

加入小量铝可以提高Fe-C相图中稳定系的熔点。

增大稳定和亚稳定凝固之间的温度范围，并可在无任何太大亚稳定凝固危险的情况下允许铁水有较高的过冷。

这也使得铝是石墨一种的强稳定剂。

由于铁液中存在有铝，因而会增大对H的吸收，并可使较多的H含量溶解于铸铁液中。

H在铁水中的溶解度将随熔体温度的下降而降低，过量的溶解H可成为气孔或所谓的针孔进行脱溶。

这就是会使铸件机械性能和表面质量下降的铸造缺陷。

众所周知，在灰铁方面，Al是用来增加抗拉强度。

除了能促进H针孔的形成之外，Al还会因为氧化膜的包裹而造成缺陷。

在球铁方面，Al能促进蠕状石墨的形成，尤其是在厚大断面铸件情况下。

作为一种脱氧剂来说，应当记住的是：渣量也会随其含量的增加而增大。

Al的来源：Al镇静钢废料,孕育剂,铁合金,被炉料中有色金属废料的污染,故意加入。

通常的含量小于0.03%。

Ba（钡）在铸铁熔体中将起脱氧剂的作用。

Ba会同O反应，并生成为硅酸盐相BaO.Al2O3.SiO2和BaO.SiO2的组份之一的氧化物BaO。

这两种相都具有一个在尺寸方面仅与石墨稍稍不同的六角形晶体结构。

Ba 会以与钙相同的方式起作用，但它同氧的反应是发生在Ca同O的反应结束以后。

加Ba的优点是：含Ba的活化晶核在较长时间内都是稳定的，而且将使孕育剂更加抗衰退。

这样的结果就是一种能保持20分钟以上时间的孕育剂。

这样一种孕育剂在浇铸大件和常出现延迟的生产线方面是很有用的。

在灰铁和球铁这两种情况下，Ba能增加成核率。

在晶核具有长时间稳定性的球铁方面，这种作用就是高球数，即或在镁处理后不加孕育剂的情况下也如此。

读估国外动态V ol.70N o.5 2021艾肯开发新型含铋无稀土球墨铸铁孕育剂美国铸造协会（AFS )的成员艾肯硅产品公司(Elkem Silicon Products)是灰铸铁和球墨铸铁专用添加剂的主要生产商。

最近该公司开发了一种新的含铋球墨铸铁孕育剂，能有效改善石墨形状，并有 助于减少球墨铸铁件中的白口。

与目前大多数含铋孕育剂不同，这种被称为BisnocTM的孕育剂不含铈或其他稀土。

相反，新合金中的铋与镁孕育剂中的稀土反应形成球墨铸铁所需的微观组织和性能，从 而降低孕育剂的成本。

克服稀土过量造成的问题球墨铸铁厂经常依赖稀土来中和被炉料带入的微量有害元素，避免不利影响。

这些有害元素致使石墨形状恶化、铸造性能变差。

但是，稀土过多也会引起薄断面产生白口、厚断面产生碎块状石墨等问题。

幸好，添加含铋孕育剂可以消除这些问题。

孕育过程中，铋会与过量的稀土发生反应，使铁液中形成的晶核数量最大化，促使铸铁微观组织形成细小、均匀分布的球状石墨。

此类石墨球为球墨铸铁提供特有的高强度和其他力学性能。

Bisnoc孕育剂含0.5%~ 1.1%的铋，并采用Elkem 的专利技术将铋包覆在孕育剂颗粒上，铋与铸铁中的稀土发生反应，从而优化石墨成核。

这些增加的晶核不仅提高了球墨铸铁中石墨球的数量，还降低了石墨球的尺寸。

同时，新型铋孕育剂引入了一种独特的孕育元素组合，促进铁素体基体的生成（薄壁 球墨铸铁件机加工的必要条件），消除高硬度的渗碳 体或白口。

艾肯铸造硅产品北美市场营销经理托尼卡拉斯科萨（Tony Carrascosa)表不：“Bisnoc孕育剂的开 发是为了满足客户的特定需求，正是因为我们的许多客户在球化处理过程中添加稀土，才促使他们发现 使用我们新的含铋Bisnoc孕育剂是一种成本低、效益高 的方法。

”大量试验验证作为开发过程的一部分，艾肯在实验室和商用球墨铸铁中各种铸造条件环境下对Bisnoc孕育剂进行了测试。

1.4 提高灰铸铁抗拉强度的途径提高灰铸铁的强度是拓展灰铸铁应用的前提，因此，提高灰铸铁的强度永远是国内外铸铁研究和生产者追求的主要目标。

要生产出满足罗茨风机用的合格叶轮铸件，必须通过合适的化学成分、高温优质的铁液、有效孕育处理的综合作用来完成。

对于如何提高灰铸铁强度，国内外灰铸铁研究者进行了大量的研究工作，归纳起来有如下几种途径：1.4.1 优化灰铸铁成分与提高冶金质量1.4.1.1 优化碳当量CE 与Si/C 比由于石墨的强度和硬度极低，相对于铁来说可以视为零，加之片状石墨对基体的严重割裂作用，故灰铸铁中的碳含量越高，一般来说，其强度和硬度越低，即灰铸铁的抗拉强度随着碳当量的提高而降低[10，20，21]。

在高强度灰铸铁的发展历程中，用降低碳当量，提高锰含量，从而提高灰铸铁中珠光体的比例，提高灰铸铁抗拉强度的方法曾经是重要的措施。

但是，以降低碳当量来提高灰铸铁抗拉强度的方法也带来了许多不利影响，如铸造工艺性能变差；白口倾向增大，难以加工；应力大，容易产生裂纹；铁液收缩大，易产生缩松，造成渗漏；铸件断面敏感性高，容易产生废品等，因此，未能被广泛应用[22，23]。

上世纪60年代初，WALTHER HILLER 等人提出了提高硅碳比可以显著提高灰铸铁抗拉强度的看法[24]。

从80 年代开始，国内也开始重视这方面的研究。

长期以来，国内外的大量研究表明：在一定的CE 范围内，提高Si/C值是提高灰铸铁强度的有效手段，这已被大量的科学实验及广泛的生产实践所证实[25~28]。

一般认为，在相同碳当量条件下，Si/C 比提高，抗拉强度可提高30~60MPa[29]。

这是因为，在相同碳当量的条件下，随着硅碳比的提高，灰铸铁的奥氏体枝晶数量增加。

高硅使奥氏体枝晶在较高的温度即开始生成，且延长了生长时间，使初生奥氏体数量增加，奥氏体骨架得到强化，同时高硅使得共晶结晶时，石墨数量少，也较细小，石墨尖端较钝，石墨割裂基体的作用减弱，加之灰铸铁中更多的Si 固溶于铁素体中使之强化，从而使灰铸铁的抗拉强度得到提高[30]。

球铁铸件缩孔、缩松的成因与防止球铁铸件缩孔、缩松的成因与防止摘要：球墨铸铁大多数是共晶或过共晶成分，其糊状凝固方式使铸件外壳没有抵抗石墨化膨胀能力，因而铸型产生型壁迁移，增大铸件体积，极易产生内部缩孔、缩松。

球墨铸铁凝固时，在枝晶和共晶团间的最后凝固区域，收缩的体积得不到完全补充，留下的空洞形成宏观及微观缩松。

La 有助于消除缩松倾向。

分析缩孔缩松形成原因并提出相应的防止办法，有助于减少由此产生的废品损失。

关键词：球墨铸铁、收缩、缩孔、缩松1 前言1.1 缺陷形成原因球墨铸铁生产技术日臻完善，多年技术服务的实践表明，生产中出现的铸造缺陷，完全可以用成熟的经验予以消除。

据介绍：工业发达国家的铸造废品率可以控制在1%以下[1]，国内先进水平也在2%左右，提高企业铸造技术水平，对减少废品十分重要。

1。

显微缩松显微镜观察微细连续缺失空间多角形疏松枝晶间、共晶团边界间众所周知，灰铸铁是逐层凝固方式，球墨铸铁是糊状凝固方式。

逐层凝固可以使铸件凝固时形成一个坚实的封闭外壳，铸件全封闭外壳的体积收缩可以减小壳体内的缩孔容积。

糊状凝固的特点是金属凝固时晶粒在金属液内部整个容积内形核、生长，固相与液相混合存在有如粥糊。

大多数球墨铸铁是共晶或过共晶成分，其糊状凝固方式使铸件外壳没有抵抗石墨化膨胀的能力，铸型产生型壁迁移，增大铸件体积，极易产生内部缩孔、缩松缺陷。

铸型冷却能力强，有利于铸件的容积凝固转变成逐层凝固，使铸件的分散缩松转变成集中缩孔。

然而，批量生产中湿砂型铸造很难被金属型或干砂型取代。

球墨铸铁凝固有以下三个特点，决定球墨铸铁是糊状凝固方式：①球化和孕育处理显著增加异质核心，核心存在于整个熔体，有利于全截面同时结晶。

②石墨球在奥氏体壳包围下生长，生长速度慢，延缓铸件表层形成坚实外壳；而片状石墨的端部始终与铁液接触，生长速度快，凝固时间短，促使灰铁铸件快速形成坚实外壳。

③球墨铸铁比灰铸铁导热率小 20%-30%，散热慢，外壳生长速度降低[3]。