所謂球化劑是使鑄鐵中的石墨呈球狀析出的鐵水添加劑叫球化劑。其主要成分為：金屬鎂、稀土、硅鐵及其他孕育劑。目前球墨鑄鐵的生產(chǎn)比較普遍，球化劑作為其生產(chǎn)必不可少的輔料，引起了人們的關(guān)注。那么，本文中國鑄造網(wǎng)小編從球化劑的生產(chǎn)和使用兩個角度來說明如何選擇好的球化劑

　　球化劑及球化元素的作用

　　盡管國內(nèi)外球化劑的種類很多，但在我們國內(nèi)目前應(yīng)用最多的還是稀土鎂類合金，現(xiàn)主要論述該類合金及其球化元素的作用。

　　球化元素及反球化元素

　　1、球化元素的作用：

　　所謂球化元素是指那些能夠促進(jìn)石墨球狀化、使石墨球生成或增加的元素。球化元素一般有以下共同性質(zhì)：

　　(1)元素最外電子層上有一個或兩個價電子，次內(nèi)層有8個電子。這種電子結(jié)構(gòu)使元素與硫、氧和碳有較強的親和力，反映產(chǎn)物穩(wěn)定，能顯著減少貼水中的硫和氧。

　　(2)元素在鐵水中溶解度低，凝固過程中有顯著偏析傾向。

　　(3)雖然和碳有一定親和力，但在石墨晶格內(nèi)溶解度低。

　　根據(jù)以上特點，Mg,Ce,Y,Ca屬于有效球化元素。

　　Mg元素的特性分析：

　　一是在鐵水中蒸氣壓力高，使鐵水佛騰。因此，鎂加入鐵水時，要產(chǎn)生汽化，使鐵水翻騰。

　　二是與硫、氧有很強的親和力。因此鎂處理后的鐵水，硫和羊的含量都很低;

　　三是在鐵水凝固過程中有偏析于石墨的傾向

　　Re元素的特性分析：稀土族元素對石墨球化有顯著作用的是輕稀土元素中的鈰和重稀土中的釔。

　　一是稀土元素的沸點均比鎂高，加入鐵水中時，不會引起鐵水的翻騰和噴濺;

　　二是鈰和釔基稀土元素有比鎂更強的脫硫脫氧能力，生成的硫化稀土、氧化稀土等化合物熔點高、穩(wěn)定性好;

　　三是，稀土元素與鐵水中的球化干擾元素也能形成穩(wěn)定的化合物，因此含稀土的球化劑比鎂球化劑的抗干擾能力強。

　　Ca元素的特性分析：鈣在鐵水中的溶解度很低，它對金相組織的影響是通過與氧和硫的結(jié)合而間接實現(xiàn)的。與鎂相比，鈣與硫、氧的親和力更強，能夠有效的脫硫除氧。鈣殘留量很低時，石墨分枝傾向增加，殘留量較多時，可是使石墨尺寸減小，分枝傾向降低。鈣殘留量達(dá)到0.2%時，白口傾向明顯加大。

　　2、反球化元素的作用

　　反球化元素主要是指破壞和阻礙使石墨球化的元素，按其作用機理大概可以分三類：

　　1、消耗型反球化元素，如硫、氧、硒、碲等，它們與鎂、稀土元素生成化合物，通過消耗球化元素來阻止球狀石墨的形成。

　　2、境界偏析的球化干擾元素，包括錫、銻、砷、銅、硼、鈦、鋁等，這些元素富集到晶界，促使碳在共晶后期結(jié)晶時，形成畸形的枝晶狀石墨，如果這些元素含量較高，也可在共晶中期促成石墨畸變，形成團狀或厚片狀石墨。

　　3、一些中間球化干擾元素，如鋁、鉍，它們在含量較低時主演通過偏析作用促成石墨畸變，含量較高時也能消耗球化元素。另外，反球化元素對球鐵基體也有不同的影響。TeB強烈促進(jìn)白口的形成，AsSnSbPbBi穩(wěn)定珠光體，AlZr促進(jìn)鐵素體形成，Se無影響。

　　球化元素的配置和球化劑的種類

　　鎂、稀土和鈣，是目前公認(rèn)的有促進(jìn)石墨球化的能力，但如何結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)實際來制備和使用，既保證球化劑的球化能力，又要在生產(chǎn)中容易制取，原料經(jīng)濟，使用方便，便成為配制和使用球化劑的的原則。

　　球化元素的配置

　　球化元素的成分配制原則和特點:

　　1、要有強烈的球化能力，以鎂為主。

　　2、消化中和反球化元素能力，稀土元素有有很強的脫硫除氣、凈化鐵水和消除反球化元素的能力。

　　3、球化劑反應(yīng)平穩(wěn)，易于操作。因此，配制球化劑成分的原則和特點，就是要發(fā)揮各種球化元素的長處，來提高球化效果，并通過調(diào)整球化元素的含量來滿足不同生產(chǎn)條件、不同結(jié)構(gòu)鑄件的需求。

　　目前球化劑主要有以下4種：

　　1、純鎂：這是國外常用的球化劑，國內(nèi)應(yīng)用比較少。壓力加鎂制取球鐵，優(yōu)點和缺點同樣明顯。

　　2、銅鎂、鎳鎂：我國早期使用的該合金，但成本高，回爐料中銅和鎳積累難以控制，造成韌性下降。

　　3、硅鎂鐵合金：一般鎂含量最低3.5—4.5%。含鎂量越低，球化反應(yīng)越平穩(wěn)，鎂回收率越高，但是低鎂球化劑是鐵水的增硅量加大。該球化劑是用于處理硫和反球化元素含量較低的鐵水，澆注中等斷面厚度的鑄件。

　　4、稀土鎂類合金：包括稀土硅鎂、稀土鈣鎂、稀土銅鎂等合金，是目前國內(nèi)應(yīng)用量大面廣的主要球化劑

　　球化劑質(zhì)量的生產(chǎn)控制要點

　　目前，國內(nèi)使用的稀土球化劑按照加工制造方法主要有火法冶煉、包芯線法、壓塊法、機械混合法等，而火法冶煉是后面幾種方法的基礎(chǔ)，也是生產(chǎn)稀土球化劑的主要方法。利用該方法生產(chǎn)球化劑，質(zhì)量控制要點主要有以下幾方面：

　　原材料準(zhǔn)備

　　1、稀土硅鐵合金：這是球化劑中稀土元素的唯一來源，要求不潮濕、不粉化、成份均勻、無夾雜物。以含稀土23-30%的稀土硅鐵最為常用。

　　2、金屬鎂：鎂在合金中主要以Mg-Si合金相狀態(tài)存在，這有利于減少鎂的氧化燒損。

　　3、硅鐵：要求低鋁，組織致密，無粉化、無夾雜物，國標(biāo)75以下牌號的硅鐵難熔且雜質(zhì)多，不宜使用。

　　4、硅鈣、硅鋇：主要是要確定控制住合金中Ca、Ba的精確含量，其加入量少了會增加無效氧化鎂的含量，造成球化劑使用時燃燒劇烈、白口傾向加大、衰退也快。

　　5、廢鋼：一般使用碳素鋼，硅鋼也可以，禁止使用其他合金鋼，因為其中的合金元素可能是反球化元素，生產(chǎn)是不好控制。

　　熔煉過程控制

　　一是加料順序要正確。要注意不讓鎂和廢鋼鐵料直接接觸。

　　二是熔制的成分要均勻。

　　三是合金錠厚要適當(dāng)。

　　四是篩分粒度要分級。

　　判定球化劑質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)如下：

　　(1)球化元素與鐵水中硫、氧等元素的親和力。親和力強，并與之形成化合物，作為鐵液凝固過程中的外來核心，如稀土、鎂、鈣等球化元素。

　　(2)球化元素改變石墨形態(tài)由片狀變?yōu)榍驙畹哪芰Α?/p>

　　(3)球化劑的密度、沸點均低于鐵液。密度小能夠在鐵液中自動上浮，沸點低于鐵液處理溫度，鎂能在該處理溫度下轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，有自攪拌作用，從而改善球化效果。

　　(4)球化劑中氧化鎂含量等于鎂含量的10%左右。

　　(5)球化劑致密、無偏析、無縮孔縮松、不粉化。

　　(6)球化劑粒度分布均勻，無粉狀合金，鈍角多變形顆粒為好。

　　(7)上述條件基本涵蓋了球化劑生產(chǎn)和使用過程中的質(zhì)量要求，因此可以作為供需雙方判定質(zhì)量的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

　　球化劑的選用

　　以上球化劑的質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)，也可以說就是我們選用球化劑的依據(jù)，但那是按照普遍原理、普遍現(xiàn)象來說明，具體到球化劑的選用問題，現(xiàn)按照我們鑄造廠的習(xí)慣來進(jìn)行分析。

　　鑄造廠在球化劑使用中遇到最多的普遍問題主要有：

　　(1)球化劑成分不準(zhǔn)，并且波動。

　　(2)球化劑粉化合金粒度不合要求。

　　(3)球化劑不致密、上浮快，燒損嚴(yán)重。

　　(4)MgO含量過高，反應(yīng)過于激烈，球化處理不良，球化劑加入量過大。

　　(5)球化處理后衰退快

　　(6)球化后白口傾向大。

　　那么，如何避免以上問題呢?

　　這當(dāng)然要根據(jù)本廠的熔煉條件、鑄件結(jié)構(gòu)、組織和性能要求等條件，具體問題具體分析。為了敘述方便，本文按以下類型劃分。

　　熔煉條件

　　1、沖天爐熔制球鐵，因為沖天爐鐵水溫度低、含硫及其他雜質(zhì)高，需要球化劑較強的脫硫和去渣能力，因此宜選用高牌號的球化劑，;

　　2、而對于電爐或者“雙聯(lián)”鐵水熔制球鐵，較常用低稀土低鎂含量的球化劑，如含Mg1-6、Re4-8的球化劑。

　　鑄件厚薄大小

　　1、選用低稀土、低鎂球化劑;

　　2、而對于厚大斷面球鐵件(壁厚在100mm以上)，易選用高牌號球化劑或者提高球化劑加入量

　　3、選擇釔基重稀土球化劑，它比鈰系球化劑抗衰退能力強，白口傾向也小。

　　珠光體和鐵素體鑄件

　　影響球鐵組織中珠光體含量的主要因素有凝固組織特點、通過共析區(qū)冷卻速率、碳硅含量、合金元素種類和含量等。凝固組織中石墨球少、尺寸大，不利于碳的充分?jǐn)U散，有利于增加珠光體，減少鐵素體;奧氏體含炭量高、鑄件冷卻速率大都有增加珠光體的傾向。選用含有銅、銻或鎳的球化劑或在鐵水中加入銅、銻、鎳、錫等元素，都可以穩(wěn)定珠光體組織。而對于鐵素體球鐵一定要控制這些元素的含量，另外，由于稀土元素增加鐵水的過冷傾向，生產(chǎn)鐵素體鑄件時，適宜選用稀土含量低的球化劑(Re含量不宜高于5%)。

　球化劑應(yīng)用不當(dāng)造成的常見缺陷

　　鑄件缺陷諸如夾雜、孔洞、裂紋(指氣孔、鎖孔、裂紋、冷隔等)常常影響著鑄件的力學(xué)性能、物理和化學(xué)性能、加工性能，決定了鑄件的質(zhì)量高低。球鐵件幾乎可能產(chǎn)生所有的鑄造缺陷，但由于其生產(chǎn)方式、結(jié)晶規(guī)律、鑄造性能和其他鑄造合金不同，導(dǎo)致球鐵常出現(xiàn)一些特有的缺陷。

　　那么與球化劑有關(guān)的球鐵件缺陷有哪些?

　　(1)石墨球異化：石墨球異化出現(xiàn)不規(guī)則石墨，如團塊狀、蝌蚪狀、蠕蟲狀、角狀或其他非圓球狀。

　　(2)石墨漂浮：過共晶成分的厚壁球鐵件中，在澆注位置頂部，常常出現(xiàn)一個石墨密集區(qū)域，即“始末漂浮”現(xiàn)象，這是由于石墨與鐵水密度不同，過共晶鐵水直接析出的石墨受到浮力作用向上所致。

　　(3)反白口：一般鑄鐵件的白口組織容易出現(xiàn)在冷卻較快的表層、尖角、披縫等處，反白口缺陷則相反，碳化物相出現(xiàn)在鑄件中等斷面心部、熱節(jié)等部位。

　　(4)皮下針孔：皮下針孔內(nèi)主要含有氫，也有少量一氧化碳和氮。

　　(5)縮孔縮松：縮孔常出現(xiàn)在鑄件最后凝固部位(熱節(jié)處、冒口頸與鑄件連接處、內(nèi)角或內(nèi)澆口與鑄件連接處)，是隱蔽于鑄件內(nèi)部或與外表連通的孔洞。

　　(6)黑渣：它一般發(fā)生在鑄件的上部(澆注位置)，主要分為塊狀、繩索狀和細(xì)碎黑渣。

　　(7)球化衰退：這是由于球化鐵水停留時間較長，殘留鎂逐漸減少，熔渣沒有及時扒除，硫還會回到鐵水中，使凝固組織中的石墨減少甚至消失，衰變?yōu)椴灰?guī)則狀、蠕蟲狀或片狀石墨。

　　如何解決由于球化劑產(chǎn)生的鑄件缺陷

　　(1)正確的球化處理工藝。其中包括選用處理方法、設(shè)計處理包、球化劑的放置、鐵水沖入處理包的方式等。

　　(2)確立適宜的球化劑加入量和球化元素殘余量。

　　(3)選擇合理的原鐵水化學(xué)成分。推薦成分如下：

　　鐵素體球鐵推薦成分

　　珠光體球鐵推薦成分球鐵件類型

　　上述成分是爐前球化處理后符合鑄件要求的成分，原鐵水的成分與這些含量會有變化。

　　(4)保持適宜的鐵水處理溫度和澆注溫度。

　　(5)脫硫。球化處理雖然能使硫脫到預(yù)期含量，但高硫貼水處理后易產(chǎn)生較多的硅酸鎂夾渣、“黑渣”缺陷、“回硫”現(xiàn)象等，降低球鐵的球化率。

　　(6)保證孕育不衰退。球化后的鐵水在較高過冷度下轄凝固時，易產(chǎn)生白口組織，因此需要進(jìn)行孕育處理。

　　(7)爐前快速分析。

　　(8)計算機集成技術(shù)應(yīng)用。