铸造生铁的孕育作用及其应用

刘金玉

（天津伸和有限公司，天津 300222）

孕育处理是提高灰铸铁使用性能的最重要的手段之一，把极少量的孕育剂添加到出炉后的铁液中，就能使灰铸铁的使用性能得到明显的提高或改善。

现在生产中使用最多的孕育剂是硅铁合金（75 SiFe），其硅的含量约为75%。

孕育剂最重要的作用是增加铁液共晶时的结晶核心。一般认为，灰铸铁铁液共晶结晶时，其领先相为石墨。所以，孕育剂增加共晶时的结晶核心，实际上就是增加石墨的结晶核心。从这一意义来说，用石墨作孕育剂效果应该最佳。因此，现在已有多种石墨类孕育剂应用到实际生产中。

众所周知，铸造生铁中含碳量较高，而且这些碳主要是以石墨的形式存在。所以，铸造生铁也应该具有一定的孕育功能。或许受条件所限，到目前为止，就我们所接触到的材料来看，还没有看到这方面的试验资料和应用实例。

我们对铸造生铁的孕育功能做了一些试验和验证，并开始应用到生产中，取得了一定的效果。

1 试验过程

1.1 试验材料

试验用的材料是牌号为Q 10的球铁生铁，从这种生铁的铁锭上钻取铁屑作铸造生铁孕育剂，加入到灰铸铁铁液中进行孕育试验，并与生产中所用的硅铁孕育剂（75 SiFe）进行对比，这两种孕育材料的化学成分如表1.

1.2 试验内容及方法

试验是在公司铸造车间的实际生产条件下进行的，共进行3次，主要内容及方法如下：

表1 孕育剂的化学成分（质量分数，%）

第一次，试验铸造生铁屑对灰铸铁铁液激冷倾向的影响。

为此从未经孕育处理的一炉F C200原铁液中分几次取样，每次2 kg，分别加入不同重量的生铁铁屑，搅拌后在砂型中浇注成标准的三角激冷试块（试块的截面为三角形，尺寸为底×高=25 mm×50 mm，试块长度为150 mm），冷却后砸断，测量白口的宽度。

第二次，试验铸造生铁铁屑对灰铸铁抗拉强度和显微组织的影响。为此用同一炉铁液浇注出三种经不同方法孕育处理的，直径为30 mm的抗拉试棒毛坯，第一种不加任何孕育剂，第二种按现行工艺加0.3%的75 SiFe粉作孕育剂，第三种加2.3%的生铁铁屑作孕育剂，每种浇注3根，经过机加工后进行拉伸试验。

从拉断的抗拉试棒上截取金相试块，对其横断面作金相检验，检查过冷石墨、珠光体以及共晶团的数量。

第三次，试验铸造生铁屑和硅铁孕育剂（75 SiFe）混合组成的孕育剂的孕育效果。该项试验同第二次一样，也是用同一炉铁液浇注出三种经不同方法孕育处理的，直径为30 mm的抗拉试棒毛坯，第一种不加任何孕育剂，第二种按现行工艺加0.3%的75 SiFe粉作孕育剂，第三种用分别占铁液重量2.3%的生铁铁屑和0.1%的75 SiFe粉混合物作孕育剂，每种浇注三根，经过机加工后进行拉伸试验。

2 试验结果

2.1 铸造生铁铁屑对灰铸铁白口倾向的影响

生铁铁屑作孕育剂，对灰铸铁白口倾向的影响如图1和表2所示。

图1 生铁铁屑加入量对三角激冷试块激冷宽度的影响

表2 三角激冷试块激冷宽度与生铁铁屑加入量的关系

表2 中“折合石墨加入量”一栏中的数据，是按照生铁铁屑的加入量与实际含碳量（4.38%）计算出来的。由于铁屑中的碳不都是以石墨的形式存在，其中有一部分以碳化铁的形式存在于珠光体中，还有一部分以间隙固溶原子的形式存在于铁素体中，所以折合出来的数据只能是个大约数，一般说来比石墨的实际加入量要高一些。

从上述试验结果中可以看出，随着铸造生铁铁屑加入量的增加，灰铸铁的白口倾向迅速降低，当加入量按重量比达到2.3%时，激冷试块上已不存在激冷白口层了。这说明，就降低灰铸铁的激冷倾向而言，铸造生铁有着不错的孕育功能。

2.2 铸造生铁铁屑对铸铁抗拉强度的影响

铸造生铁铁屑作孕育剂，对灰铸铁抗拉强度的影响如表3，原铁液的化学成分如表4.

表3 试棒的抗拉强度

表4 原铁液的化学成分（质量分数，%）

试验结果表明，生铁铁屑能够提高灰铸铁的抗拉强度，但不及75 SiFe粉明显。

2.3 对铸铁显微组织的影响

从拉断试棒上截取金相试块，对拉断面进行金相检验，沿着磨面上的一条直径从一端连续观察到另一端，共九个视场，逐一记录下每个视场的显微组织，如表5.

表5 三种试棒的显微组织

从表5的检查结果可以看出，铸造生铁铁屑和硅铁孕育剂一样，能够有效的减少铸铁中过冷石墨的总量并增加珠光体的数量，但两者之间是有差别的，主要表现为生铁铁屑孕育所产生的显微组织均匀性差，有大块的过冷石墨区，从而导致存在大块铁素体集聚区。图2的3张照片分别是三种试块中最大铁素体集聚区，可以看出，未孕育者最大，生铁屑孕育者次之，硅铁粉孕育者最小。

图3 显示的是三种试块的共晶团数，按标准图片对照，未孕育者为260，生铁屑孕育者为390，硅铁粉孕育者为520，同样表明硅铁粉的孕育效果优于生铁屑。

2.4 铸造生铁铁屑和75SiFe粉混合孕育剂的孕育效果

把分别占铁液重量2.3%的生铁屑和0.1%的75 SiFe粉混合在一起作孕育剂对灰铸铁铁液进行孕育，并浇注成抗拉试棒。同样，把未经孕育的原铁液以及经0.3%75 SiFe粉孕育的铁液也浇成抗拉试棒。三种试棒的抗拉试验结果如表6，原铁液化学成分如表7.

图2 三种试棒中最大铁素体集聚区的显微组织×100

图3 三种试棒的共晶团组织×40

表6 试棒的抗拉强度

表7 原铁液的化学成分（质量分数，%）

试验结果证明，由铸造生铁铁屑和少量75 SiFe粉组成的孕育剂具有与75 SiFe孕育剂相当的孕育功能。

3 讨 论

试验结果表明，铸造生铁铁屑作为孕育剂加入到灰铸铁的铁液中，具有一定的孕育作用，能够降低铁液的激冷倾向，细化共晶团，减少过冷石墨并增加珠光体的数量，从而使灰铸铁的抗拉强度有所提高，但在本次试验所采用的加入量的情况下，其孕育效果不及传统的75 SiFe孕育剂，这可能是由于石墨烧损，导致孕育量不足而造成的。增加生铁屑的加入量，或许效果会更好一些，但考虑到增加加入量，有可能导致铁液温度过度降低而产生其他问题，所以没有做进一步试验。同时试验证明，由铸造生铁铁屑和少量75 SiFe粉组成的混合孕育剂具有与75 SiFe孕育剂相当的孕育功能，其结果表明：用铸造生铁铁屑部分取代75 SiFe作孕育剂是可行的。

4 实际应用

在以上试验的基础上，采用铸造生铁铁屑部分取代75 SiFe，在实际生产加以应用。

现行生产工艺规定，用75 SiFe作孕育剂，总孕育量为出炉铁液重量的0.3%。孕育处理分两次进行，第一次是在铁液出炉时随流孕育，加入量为0.2%；第二次是在铁液由铁水包往推包倒包时，也是随流孕育，加入量为0.1%。我们决定在第一次孕育处理时用铸造生铁取代75 SiFe做孕育剂。

从按照配比计算出来的作为炉料的铸造生铁块中留出占炉料总重3%的生铁锭块，不作为炉料放入炉中熔化，而是作为孕育剂放到铁水包中，出炉时，炽热的铁液冲入铁水包中将其熔化，生铁中的石墨溶进铁液中，起到孕育作用。后边仍按原工艺进行，不做更改。

对用这种经过改进的孕育方法生产出来的两批铸件进行认真地跟踪检查，无论是外观还是机加工后的内在质量都没有出现任何与孕育质量有关的问题。实践证明这种取代是可行的，可使每吨铁水节省2 kg价格较贵的75 SiFe孕育剂，具有一定的经济效益。

5 结 论

试验证明，铸造生铁具有一定的孕育功能，尽管在本次试验用量的条件下其孕育作用不及传统的硅铁孕育剂显著，但仍具有一定的实用价值。在生产中用铸造生铁屑部分取代传统的硅铁孕育剂是可行的，具有一定的经济效益。

［1］中国机械工程学会铸造专业学会.铸造手册第一卷铸铁［M］.北京：机械工业出版社，1993：211-212.