■ 房敏，吳小雄，戎軍，孫全友，劉佳平

目前，很多鑄造工作者在實際生產(chǎn)中對如何正確選擇和使用孕育劑仍感到很困惑，下面根據(jù)實際經(jīng)驗及生產(chǎn)中存在的問題，闡述鑄造廠常用孕育劑種類，孕育劑選擇及使用條件等方面的生產(chǎn)實踐，供同行參考。

1. 孕育劑的種類

孕育劑的種類很多，目前常見的孕育劑大概有30余種，而鑄造廠最常用的就10種左右。下面重點介紹幾種最常用的孕育劑。

（1）硅鐵孕育劑 硅鐵孕育劑有45FeSi、75FeSi、85FeSi。45FeSi孕育劑的處理效果較差，85FeSi成本較高，因此常用75FeSi。硅鐵除了含有硅外，還需要含有適量的鈣和鋁等才能充分發(fā)揮孕育作用。一般75FeSi選擇以下化學成分范圍：wSi＝74%～78%，wCa＝0.5%～1.0%，wAl＝0.8%～1.5%。

與其他優(yōu)質(zhì)孕育劑相比，硅鐵加入量較大，孕育后達到飽和時間短，孕育衰退快而不長效，孕育后鑄件的斷面敏感性大。隨著生產(chǎn)的發(fā)展需要及對鑄件的高要求，普通硅鐵孕育劑已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)要求。往往需要復合有其他元素，如Ba、Ca、Zr、Sr、RE、Sb、Bi 、S 、O等，以起到各種特定作用，強化孕育效果。

（2）硅鋇孕育劑 硅鋇孕育劑消除白口和石墨化能力很強，抗孕育衰退效果很好，具有強烈細化共晶團的作用，目前在國內(nèi)外鑄造廠使用的最為廣泛。

硅鋇孕育劑按照鋇的含量高低可以分為低鋇wBa＝1.0%～4.0%、中鋇wBa＝7.0%～10.0%、高鋇wBa＝12.0%～18.0%，隨著鋇含量的增加，抗衰退能力逐漸增強。硅鋇孕育劑同時應含有適量的鈣（wCa＝1.0%～3.0%、wCa＝5.0%～7.0%等）和鋁（wAl＝1.0%～2.0%），隨鋇含量增高，鈣含量也要適當增加，以強化孕育效果，同時鋇與一定量的鈣共存時有利于減少激冷傾向。

硅鋇孕育劑在灰鑄鐵中相對于其他孕育劑更容易獲得均勻細小的A型石墨，且D型、E型枝晶石墨形成傾向很小，即使在3～5mm的薄壁件中也不會出現(xiàn)D+E型石墨，可強烈地增加共晶團數(shù),提高灰鑄鐵強度，且鋇含量的高低對灰鐵強度影響很大，中鋇和高鋇適合厚大灰鑄鐵件。在球墨鑄鐵中可增加石墨球數(shù)，改善石墨圓整度，消除滲碳體，球墨鑄鐵中主要使用低鋇孕育劑。

（3）硅鍶孕育劑 硅鍶孕育劑中的鍶具有很強的孕育效果，其有消除白口，減少縮松，改善斷面均勻性，以及處理時浮渣量少等優(yōu)點。該孕育劑的典型成分為: wSi≥71%、wSr＝0.6%～1.2%、wCa≤0.1%、wAl≤0.5%。硅鍶孕育劑硅高時孕育效果較好且穩(wěn)定，鈣和鋁的含量比硅鐵和硅鋇的含量要求低且嚴格，主要原因是當鈣、鋁含量偏高時就抑制了鍶的石墨化能力，使鍶孕育失效，因此必須采用精煉硅鐵（wCa≤0.10%、wAl≤0.30%）作為原材料。

硅鍶孕育劑主要用于灰鑄鐵以及不含Ce的球墨鑄鐵，在灰鑄鐵中其突出特點是在消除白口的同時，共晶團增加不多，縮孔、縮松傾向較小，可以防止?jié)B漏，適用于壁厚不均勻的有滲漏要求的缸體、缸蓋類鑄件。

（4）硅鋯孕育劑 硅鋯孕育劑中wZr一般在3%～6%。其具有較強的抗孕育衰退能力，減少白口傾向，改善石墨組織，獲得細小均勻的A型石墨。同時鋯具有較高的脫氧、脫硫、固定氮的能力，有利于消除鑄件中的氮氣孔。但在球墨鑄鐵中一般不使用含鋯的孕育劑，因為在球墨鑄鐵中殘余鋯超過0.01%將使石墨畸變?yōu)槠瑺?，引起球化不良。在這里要說的是，硅鋯孕育劑建議控制wCa＜2%。硅鋯孕育劑中含鈣會削弱其孕育作用，國外資料也認為鋯型中含有鈣時不利于鋯作用的發(fā)揮。

（5）硅鈣孕育劑 硅鈣孕育劑中wSi＝50%～60%，根據(jù)含鈣量高低有硅鈣9、硅鈣15、硅鈣25、硅鈣35。硅鈣孕育劑具有很好的初始孕育效果，可獲得最高的原始共晶團數(shù)，并使立即澆注的試樣具有最高的強度。但由于硅鈣的密度小加上鈣化學性質(zhì)活潑，溶解性差，容易造渣，在孕育中常出現(xiàn)大量的夾雜缺陷，并且衰退速度快，所以生產(chǎn)中單獨使用硅鈣作為孕育劑的比較少。但是硅鈣孕育劑可以與其他孕育劑充分機械混合組成復合孕育劑，能獲得特殊的孕育效果。硅鈣合金可用于灰鑄鐵，也可以用于蠕墨鑄鐵，以穩(wěn)定蠕蟲狀石墨。但在球墨鑄鐵中一般不使用。

（6）稀土孕育劑 稀土孕育劑有： 稀土硅、稀土硅鈣、稀土硅鈣鋇等。稀土有強烈的脫氧和脫硫能力，其生成的硫化物易作為石墨形核的基底, 具有非自發(fā)形核的作用。稀土對鑄鐵的石墨化具有雙重影響，當鐵液中稀土含量小于臨界值時，可以防止白口，促進石墨化，而當含量超過臨界值時，由于其強烈過冷，有增大白口的傾向。當加入Ca、Al、Ba 等元素組成復合孕育劑時，可以得到更為突出的孕育效果。稀土孕育劑應以鈰為主，鑭會增大白口傾向，因此必須加以限制。

在灰鑄鐵中將稀土和硅鐵一起使用會更好，稀土能使片狀石墨細化，提高強度，同時能有效中和鉛、鉍等元素對灰鑄鐵片狀石墨的有害影響，但是稀土過量會使鐵液過冷傾向增大，因此加入量不宜過多。稀土如與鈣、鋇復合使用，則其白口傾向減小，過冷石墨減少，具有長效功能，是生產(chǎn)薄壁高強度灰鑄鐵較好的孕育劑。在球墨鑄鐵的孕育劑中添加適量的稀土，可以明顯增加薄壁件的石墨球數(shù)，提高石墨球的圓整度。但是稀土超過一定量，反而增加白口傾向，使球狀石墨畸變?yōu)楫愋问绕涫呛翊髷嗝媲蚰T鐵。

2. 孕育劑的使用

（1）孕育劑的選擇 孕育目的有以促進石墨化、消除碳化物或白口為主的, 有以提高機械強度為主的, 有以改善石墨形態(tài)及顯微組織為主的，還有想獲得綜合效果的。

至于實際生產(chǎn)中如何進行孕育劑及孕育方法的選擇，受許多因素的影響，需要根據(jù)鑄件的使用條件和各類孕育劑的特點及工廠技術條件來針對性地選擇適合的孕育劑。

灰鑄鐵中硅鐵、硅鍶和硅鋇用的較多。75SiFe用于一般的要求不高的產(chǎn)品，且加入量多，對于高品質(zhì)的灰鑄鐵來說主要用硅鍶和硅鋇孕育劑。從提高強度和A型石墨能力來說硅鋇優(yōu)于硅鍶（見附圖），硅鋇可以強烈地增加共晶團數(shù), 提高灰鑄鐵強度，且鋇含量的高低對灰鑄鐵強度影響很大。厚大灰鑄鐵要想獲得高強度，中鋇（wBa＝7%～10%）優(yōu)于低鋇（wBa＝1%～4%）。

但是，硅鋇孕育劑具有強烈細化共晶團的作用，導致鑄件收縮會大些，且鋇含量越高越嚴重。對于壁厚不均勻的有滲漏要求的缸體、缸蓋類鑄件，硅鍶孕育劑優(yōu)于硅鋇，因為硅鍶在強烈地消除白口的同時，共晶團增加不多,縮孔、縮松傾向較小，可以防止?jié)B漏。筆者公司在生產(chǎn)有滲漏要求的灰鑄鐵時，剛開始使用硅鋇孕育劑，雖然強度很高且穩(wěn)定，但是導致滲漏率在10%左右，改為硅鍶孕育劑后滲漏率降低到2%以下。硅鍶孕育劑的斷面均勻性好于硅鋇和稀土硅鐵，故用于壁厚不均勻的灰鑄鐵缸體、缸蓋鑄件，其加工性能要好。

球墨鑄鐵中使用低鋇孕育劑。硅鍶孕育劑用于不含Ce的球墨鑄鐵，可以形成較多的石墨球數(shù)（見附圖）。且由于鍶的抗衰退作用較好，用含鍶的孕育劑可使厚大球墨鑄鐵中長久地保持細小的球狀石墨。

f50mm附鑄試棒石墨形態(tài)圖

（2）孕育劑的用量 實際生產(chǎn)中孕育劑用量多少合適，需要結(jié)合產(chǎn)品的金相和性能綜合考慮，這與鐵液類別、熔化條件、爐料組成、鑄件壁厚、鑄型條件、孕育溫度、孕育劑類型和加入方式等因素有關。

鐵液類別：球墨鑄鐵經(jīng)過球化后，過冷度較大，故球墨鑄鐵比灰鑄鐵需要更多數(shù)量的孕育劑，一般球墨鑄鐵孕育量比灰鑄鐵要多一倍。

熔化條件：感應電爐熔化的鐵液硫、氧含量比沖天爐低，異質(zhì)核心少，石墨化比較困難, 因此前者比后者需要更多或者更強的孕育劑。

爐料組成：不同爐料對孕育劑有不同的要求，對低碳、低硅、低硫的原鐵液需更多數(shù)量的孕育劑。配料中廢鋼較多時, 鐵液有較大的白口傾向，也需要較多或較強的孕育劑。

鑄件壁厚和鑄型條件：薄壁件冷卻速度快，白口傾向嚴重，需加入更多量或較強的復合孕育劑。厚大的鑄件冷卻速度慢，心部容易產(chǎn)生孕育衰退，應選用抗衰退的孕育劑。濕型砂比樹脂砂冷卻速度快，容易導致薄壁部位出現(xiàn)滲碳體, 在其他條件不變的情況下, 其孕育量要比樹脂砂多0.1%～0.2%。

孕育溫度：澆注溫度較高時,孕育劑效果減弱，需要加入較多量或者復合孕育劑。

孕育劑類型：既不能孕育不良也不能孕育過量。以灰鑄鐵為例，若孕育不良將導致石墨異常、薄壁部位出現(xiàn)白口、力學性能低下等問題，若孕育過量則會導致石墨粗大、珠光體量不足等問題。對于HT250以下的灰鑄鐵，硅鋇和硅鍶孕育劑一般加入量為0.2%～0.3%，而75SiFe需要加入0.4%～0.6%。對于HT250以上的灰鑄鐵，硅鋇和硅鍶孕育劑加入量一般為0.3%～0.4%, 而75SiFe需要加入0.5%～0.7%。

加入方式：孕育劑加入方式是獲得孕育處理好壞的關鍵。常用的有爐前孕育、二次孕育和隨流孕育。多次孕育好于單一孕育，且孕育劑需要分批均勻加入到鐵液流上，使孕育劑與鐵液充分接觸，以充分發(fā)揮孕育劑各組元的孕育及強化作用。在鑄造廠，鐵液澆注型腔前還需要有一次隨流孕育操作，但是隨流孕育量不能過大，一般在0.08%～0.20%，否則會造成孕育劑不能完全熔解。

（3）需要注意的問題 生產(chǎn)中需注意的問題有以下三個方面：

第一，注意控制原鐵液的質(zhì)量，穩(wěn)定化學成分，保證合適的出鐵溫度，盡量減少鐵液中的S、O、H、N及非金屬夾雜物的含量，以免對RE、Ba、Sr等孕育元素的無謂消耗，且其反應生成物對鐵液構(gòu)成污染，對提高鑄鐵性能無補。

第二，在很多鑄造廠為了發(fā)揮孕育劑的綜合作用，傾向于復合孕育。灰鑄鐵使用復合孕育劑相對單一的孕育劑其效果更好，比如壁厚敏感性相對好，性能穩(wěn)定，加工性能好等。比如筆者曾使用40%的稀土硅鐵+40%的75硅鐵+20%的25硅鈣對HT300缸體類鑄件進行孕育，發(fā)現(xiàn)其加工性較單一的孕育劑要好，且裂紋傾向很小。但是要注意孕育劑的類型、比例及合理搭配。比如，在使用中發(fā)現(xiàn)硅鍶孕育劑不能與含鈣或鈰的孕育劑混合使用，因為鍶與鈣、鈰有相互抵消的作用。筆者在實際生產(chǎn)中曾經(jīng)使用硅鈣+硅鍶、稀土硅鐵+硅鍶復合孕育的方式對HT300牌號進行孕育，發(fā)現(xiàn)強度會明顯降低30～60MPa。

第三，注意孕育劑的質(zhì)量。孕育劑的質(zhì)量包括孕育劑的熔解擴散性、化學成分穩(wěn)定性、表面氧化程度、粒度。孕育劑的元素組成決定其熔點和密度。粒度合適、熔點較低的孕育劑有利于在鐵液中迅速擴散和吸收。如加Mn或加助熔劑的孕育合金能降低其熔點, 由于熔點低瞬時擴散快, 孕育效果更好。孕育劑粒度偏小時容易產(chǎn)生嚴重的氧化燒損，影響孕育效果；當粒度偏大時，則不容易熔化吸收，造成未熔夾雜物，使力學性能下降。孕育劑粒度建議按澆包容量選擇，見附表。

3. 結(jié)語

孕育對產(chǎn)品質(zhì)量起著至關重要的作用，因此要慎重選擇孕育劑種類，并且要特別注意使用方法，盡可能把孕育置后以增加孕育效果，減少孕育劑用量，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。

孕育劑粒度的選用