1、球化劑及球化元素的作用
盡管?chē)?guó)內(nèi)外球化劑的種類(lèi)很多，呆在我們國(guó)內(nèi)目前應(yīng)用最多的還是稀土鎂類(lèi)合金，現(xiàn)主要論述該類(lèi)合金及其球化元素的作用。
1、1球化元素及反球化元素 1、1、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(gè)或兩個(gè)價(jià)電子，次內(nèi)層有8個(gè)電子。這種電子結(jié)構(gòu)使元素與硫、氧和碳有較強(qiáng)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(guò)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(diǎn)，Mg,Ce,Y,Ca屬于有效球化元素。
Mg：一是在鐵水中蒸氣壓力高，使鐵水佛騰。鎂的原子量和密度比鐵水小，熔點(diǎn)650度，沸點(diǎn)1108度，在鐵水的處理溫度下，鎂產(chǎn)生的蒸氣壓力很高(超過(guò)1Mpa).鎂的熔解熱為21J/g,蒸發(fā)潛熱為406J/g。因此，鎂加入鐵水時(shí)，要產(chǎn)生汽化，使鐵水翻騰。二是與硫、氧有很強(qiáng)的親和力。所生成的MgO和MgS熔點(diǎn)高，密度也遠(yuǎn)小于鐵，容易與鐵水分離，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(guò)程中有偏析于石墨的傾向，當(dāng)其在鐵水中的殘留量超過(guò)0.035%時(shí)，使末就可以球化，但當(dāng)鎂殘留量超過(guò)0.07%時(shí)，一部分鎂偏析于晶界，并于晶界中的碳、磷等發(fā)生放熱反應(yīng)，生成MgC2、Mg2C3、Mg3P2等。殘留鎂量更多時(shí)，晶間碳化物增多。
Re：稀土族元素對(duì)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(diǎn)均比鎂高，加入鐵水中時(shí)，不會(huì)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(qiáng)的脫硫脫氧能力，生成的硫化稀土、氧化稀土等化合物熔點(diǎn)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(qiáng)。
稀土元素殘留量對(duì)石墨球化有明顯的影響。輕稀土處理過(guò)共晶鐵水，當(dāng)殘留鈰含量0.04%時(shí)，石墨就可以球化，而且很穩(wěn)定；處理亞共晶鐵水時(shí)，輕稀土加入量要增加。輕稀土處理得球鐵，石墨圓整度比鎂處理得球鐵要差，并出現(xiàn)碎塊狀石墨；另外輕稀土處理得球鐵白口傾向大，因此需要控制其加入量。重稀土釔本身熔點(diǎn)高，其脫氧除硫產(chǎn)生的氧化物、硫化物在高溫下比較穩(wěn)定，因此其抗球化衰退能力很強(qiáng)。1400度的鐵水保溫1小時(shí)，球化率降低不超過(guò)10%，含硫0.06%的鐵水，用釔基重稀土合金處理后，能得到完整的球狀石墨。鐵水中殘留釔0.10—0.15%，石墨球化良好；低于此限度，隨釔量減少一次出現(xiàn)不規(guī)則石墨和蠕蟲(chóng)狀石墨；殘留釔超過(guò)0.15而低于0.30%時(shí)，白口傾向逐漸增大，石墨圓整度變差，并在更高殘留量時(shí)出現(xiàn)YTe4。
Ca：鈣在鐵水中的溶解度很低，它對(duì)金相組織的影響是通過(guò)與氧和硫的結(jié)合而間接實(shí)現(xiàn)的。與鎂相比，鈣與硫、氧的親和力更強(qiáng)，能夠有效的脫硫除氧。鈣殘留量很低時(shí)，石墨分枝傾向增加，殘留量較多時(shí)，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(shí)，白口傾向明顯加大。
1、1、2反球化元素(球化干擾元素)的作用
該類(lèi)元素主要是指破壞和阻礙使石墨球化的元素，按其作用機(jī)理大概可以分三類(lèi)：
一是消耗型反球化元素，如硫、氧、硒、碲等，它們與鎂、稀土元素生成化合物，通過(guò)消耗球化元素來(lái)阻止球狀石墨的形成。
二是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(shí)，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(tuán)狀或厚片狀石墨。
三是一些中間球化干擾元素，如鋁、鉍，它們?cè)诤枯^低時(shí)主演通過(guò)偏析作用促成石墨畸變，含量較高時(shí)也能消耗球化元素。另外，反球化元素對(duì)球鐵基體也有不同的影響。TeB強(qiáng)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(wú)影響。
1、2球化元素的配置和球化劑的種類(lèi)
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(shí)際來(lái)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(jì)，使用方便，便成為配制和使用球化劑的的原則。
