1、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，呆在我們國內(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。
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：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650度，沸點1108度，在鐵水的處理溫度下，鎂產(chǎn)生的蒸氣壓力很高(超過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，要產(chǎn)生汽化，使鐵水翻騰。二是與硫、氧有很強的親和力。所生成的MgO和MgS熔點高，密度也遠小于鐵，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；三是在鐵水凝固過程中有偏析于石墨的傾向，當其在鐵水中的殘留量超過0.035%時，使末就可以球化，但當鎂殘留量超過0.07%時，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，晶間碳化物增多。
Re：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。
稀土元素殘留量對石墨球化有明顯的影響。輕稀土處理過共晶鐵水，當殘留鈰含量0.04%時，石墨就可以球化，而且很穩(wěn)定；處理亞共晶鐵水時，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。1400度的鐵水保溫1小時，球化率降低不超過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)則石墨和蠕蟲狀石墨；殘留釔超過0.15而低于0.30%時，白口傾向逐漸增大，石墨圓整度變差，并在更高殘留量時出現(xiàn)YTe4。
Ca：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。鈣殘留量達到0.2%時，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：
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，通過消耗球化元素來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，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。
三是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強烈促進白口的形成，AsSnSbPbBi穩(wěn)定珠光體，AlZr促進鐵素體形成，Se無影響。
1、2球化元素的配置和球化劑的種類
鎂、稀土和鈣，是目前公認的有促進石墨球化的能力，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。
