一.灰鑄鐵孕育處理的作用

　　灰鑄鐵鑄件的力學性能在很大程度上取決于其顯微組織。未經孕育處理的灰鑄鐵，顯微組織不穩(wěn)定、力學性能低下、鑄件的薄壁處易出現白口。為保證鑄件品質的一致性，孕育處理是必不可少的。

　　鑄鐵孕育處理所用的孕育劑，加入量很少，對鑄鐵的化學成分影響甚小，對其顯微組織的影響卻很大，因而能改善灰鑄鐵的力學性能，對其物理性能也有明顯的影響。良好的孕育處理有以下作用：

　　◆ 消除或減輕白口傾向;

　　◆ 避免出現過冷組織;

　　◆ 減輕鑄鐵件的壁厚敏感性，使鑄件薄、厚截面處顯微組織的差別小，硬度差別也小;

　　◆ 有利于共晶團生核，使共晶團數增多;

　　◆ 使鑄鐵中石墨的形態(tài)主要是細小而且均勻分布的A型石墨，從而改善鑄鐵的力學性能。

　　孕育良好的鑄鐵流動性較好，鑄件的收縮減少、加工性能改善、殘留應力減少。

　　二.灰鑄鐵的顯微組織

　　灰鑄鐵的力學性能決定于其基體組織和片狀石墨的分布狀況。

　　灰鑄鐵的力學性能主要取決于其基體組織，為了得到高強度，希望基體組織以珠光體為主、盡量減少鐵素體含量。如果鐵素體量過多，不僅導致鑄鐵的強度低，而且加工時會使刀具過熱，顯著降低刀具的壽命。與球墨鑄鐵不同，對灰鑄鐵不可能有延性和韌性的要求，只要求其強度，所以一般都以珠光體含量高為好。

　　灰鑄鐵中的石墨片，有切割金屬基體、破壞其連續(xù)性、使其強度降低的作用。從強度考慮，應避免產生長而薄的石墨片和粗大的石墨片，具明顯方向性的石墨片影響尤大。控制石墨片的分布狀況，是保證灰鑄鐵性能的關鍵。

　　A型石墨是在鑄鐵的石墨生核能力較強、冷卻速率較低、在過冷度很小的條件下發(fā)生共晶轉變時形成的。在光學顯微鏡下觀察時，石墨呈均勻分布的彎曲片狀，無方向性，其長度則因鑄鐵的生核條件和冷卻速率而不同。高品質的結構鑄件，都希望其具有中等長度的A型石墨。

　　B型石墨在光學顯微鏡下呈菊花狀，共晶團中心部位石墨片比較細小，外圍的石墨片較粗大。實際上，中心部位是D型石墨，外圍是A型石墨。B型石墨的生核條件比A型石墨差，共晶轉變時的過冷度也比形成A型石墨時大，結晶時先在共晶團中心部位產生過冷石墨(D型)，釋放的結晶潛熱使周邊的過冷度降低、形成A型石墨。如B型石墨為量不多，對鑄鐵的性能影響不大，一般情況下可允許其存在。

　　C型石墨主要出現于碳當量很高(過共晶)、冷卻緩慢的鑄鐵中，有粗大片狀初生石墨，也有小片狀石墨，有時部分石墨片上有帶尖角的塊狀。過共晶鐵液冷卻時，通過液相線后，在一定的過冷度下析出初生石墨，并在液相中逐漸長大。由于結晶溫度較高，成長時間較長，形成分枝較少的粗大片狀。溫度降低到共晶溫度時，發(fā)生正常的共晶轉變，這時產生的石墨是正常的共晶石墨(A型石墨)，最終的結果是在粗大的石墨片之間分布有正常的共晶石墨。因此，C型石墨是由粗大、塊狀石墨和A型石墨構成的。C型石墨可使鑄鐵的熱導率提高，改善其抗熱沖擊的能力，但對鑄鐵的力學性能影響較大，一般的結構鑄件不應有這種石墨。

　　亞共晶鑄鐵中，偶爾也能見到這種石墨。如：用感應電爐熔煉而爐料中生鐵塊用量過多時，由于原生鐵遺傳的影響，就可能出現帶尖角的塊狀石墨;孕育劑加入量過大，造成局部硅元素富集，也會產生這種石墨。

　　D型石墨是鑄鐵的碳當量較低、冷卻速率較高，在過冷度較大、初生奧氏體枝狀晶發(fā)達的條件下在奧氏體枝晶間形成的，石墨片細小而無方向性。D型石墨常見于碳當量較低的薄壁灰鑄鐵件中，也稱為‘過冷石墨’或‘枝晶間石墨’。在不加合金元素時，D型石墨往往伴隨有鐵索體。如基體組織為珠光體，則鑄鐵的耐磨性較好，且機械加工后能得到較細的表面粗糙度。

　　E型石墨是在碳當量較低、冷卻速率也較低的條件下形成的。由于初生奧氏體枝狀晶較多、發(fā)生共晶轉變時過冷度不大、石墨核心不太多、共晶團較大，形成的石墨片大于D型石墨。由于冷卻比較緩慢，奧氏體枝狀晶發(fā)達，發(fā)生共晶轉變時液相主要在初生奧氏體枝狀晶之間，形成的石墨片沿枝狀晶方向生長，具有一定的方向性，對鑄鐵力學性能的影響較大，要力求避免其產生。

　　可能出現E型石墨的鑄鐵，如冷卻速率較高，也會形成D型石墨。因此，在高強度薄壁鑄鐵件中往往會同時見到D型石墨和E型石墨。

　　生產優(yōu)質灰鑄鐵件，應使其基體組織全部為珠光體，石墨為A型，而且石墨片要均勻分布于金屬基體中，珠光體也應細小而均勻。要盡可能的地使組織中的B型石墨和D型石墨減至最少，不應該有C型石墨和E型石墨。為此，必須進行有效的孕育處理并控制鑄件的冷卻速率。

　　三.孕育劑

　　目前，用于處理灰鑄鐵的孕育劑品種繁多，但廣泛應用的還是75硅鐵。近年來，對薄壁鑄件的需求日益增多，對孕育處理的要求也更為嚴格，在鑄鐵碳當量較低的情況下，采用含鍶、鋇、鉍、鋯或某種稀土元素的孕育劑，能較好地控制薄壁處的白口傾向。還有報道說，采用含鋇、鉍和稀土元素的孕育劑，可減緩孕育的衰退。此外，碳質孕育劑的應用近來也日漸增多。關于孕育劑的選用，雖然已進行了大量的研究工作，但還不足以形成普遍適用的準則，鑄造廠需考慮自己產品的特點、參考其他單位的經驗進行試驗，并考核供應廠商產品的質量，再根據試驗結果作出最適合本企業(yè)條件的選擇。

　　1.75硅鐵

　　75 硅鐵是最常采用的孕育劑，其中的鋁、鈣含量對孕育效果有重要的作用，有報道說，不含鋁、鈣的硅鐵對灰鑄鐵的孕育作用很小，甚至沒有作用。一般認為：在鐵液中，鋁和鈣會與氧、氮反應，形成高熔點的化合物，成為石墨結晶的核心。而且，加入孕育劑后，鐵液中可形成局部的富硅微區(qū)，有利于石墨析出。采購孕育用硅鐵時，不能不考慮其中鋁和鈣的含量。

　　對于作孕育劑的75 硅鐵，美國相關標準規(guī)定含鋁量為0.75～1.75%，含鈣量為0.5～1.5% 。我國標準GB/T 2272-1987中有不同鋁含量的75硅鐵牌號，鋁含量的上限值分別為0.5%、1.0%、1.5%和2.0%，含鈣量的上限值則為1.0%。

　　但是，鐵液中的鋁含量不能太高，加入0.01%的鋁，就可能導致鑄件產生皮下氣孔。選擇孕育劑品種和確定孕育劑用量時，對此也應有所考慮。

　　2.含鍶硅鐵

　　含鍶硅鐵消除白口的能力很強，特別有利于改善薄壁鑄件中石墨的形態(tài)和分布狀況，使不同厚度處組織的差別更小，過冷組織只見于鑄件的表層。

　　目前，我國已有含鍶硅鐵供應，其中鍶含量有0.6～1.0%和1.0～2.0%兩種。一般可選用含鍶0.6～1.0%的品種，鍶含量過高則不能充分發(fā)揮其作用。

　　含鍶硅鐵的加入量約為75硅鐵的一半。

　　3.含鋇硅鐵

　　含鋇硅鐵也具有很強的促進石墨化的能力，可改善薄壁鑄件中石墨的形態(tài)和分布狀況，而且還有減緩孕育衰退的作用，處理時的用量也少于75硅鐵。有報道說，加入過多的鋇會使基體組織中鐵素體含量增多，導致鑄鐵的強度降低。

　　目前，我國也有含鋇硅鐵供應，其中鋇含量一般為4～6%。

　　國外有研究報告稱，含鉍的硅鐵也具有與含鋇硅鐵類似的效果。

　　4.含鋯硅鐵

　　鋯有脫氧作用，有利于提高鐵液的流動性，能減輕鑄鐵的白口傾向，促成均勻、細小的A型石墨。而且還有減緩孕育衰退的作用。

　　我國也有含鋯硅鐵供應，但目前采用者還很少。

　　5.硅鋇合金

　　用含鋇20～30%的硅鋇合金作孕育劑，能顯著降低鑄鐵的白口傾向，并可使保持孕育效果的時間增至30min左右，特別適用于大型鑄件。處理時，合金加入量約為0.1%。

　　6.硅鈣合金

　　硅鈣合金雖有很強的孕育作用，但是，除制成包芯線應用外，用粒狀合金作鑄鐵的孕育劑并不太合適，其主要缺點是：

　　◆ 密度遠低于鐵液，易于飄浮而影響其與鐵液的作用;

　　◆ 成渣傾向大;

　　◆ 孕育作用衰退快;

　　◆ 處理需用的加入量大，約為0.3～0.5%。

　　7.稀土孕育劑

　　稀土混合金屬和稀土硅鐵等含稀土金屬的孕育劑，加入量適當時，孕育作用很強，其效果可以是75硅鐵的若干倍，能有效地消除白口，并減緩孕育作用的衰退。如加入量過高，則可能使鑄鐵結晶時產生過冷，出現滲碳體組織。使用時必須嚴格控制用量。

　　8.碳質孕育劑

　　碳質孕育劑主要用于鐵液孕育前的預處理，一般都是結晶態(tài)的碳質材料。有研究報告稱：對于灰鑄鐵，以85～90%的冶金碳化硅效果最好，晶態(tài)石墨也有效。預處理時的加入量一般為0.75～1.0% ，應根據試驗結果求得最佳值。