??? 為提高灰鑄鐵的性能，常采取下列幾種措施：選擇合理的化學(xué)成分；改變爐料組成，過(guò)熱處理鐵液；孕育處理；微量或低合金化。采取何種措施取決于所要求的性能及生產(chǎn)條件，往往同時(shí)采取兩種以上措施。?

1、化學(xué)成分的合理選配

（1）碳、硅及硅碳比? 灰鑄鐵的含碳量大多在2.6%~3.6%,含硅量在1.2%~3.0%,碳硅都是強(qiáng)烈地促進(jìn)石墨化的元素,可用碳當(dāng)量CE來(lái)說(shuō)明它們對(duì)灰鑄鐵金相組織和力學(xué)性能的影響.提高碳當(dāng)量促使石墨化變粗,數(shù)量增多,強(qiáng)度和硬度下降.降低碳當(dāng)量可減少石墨數(shù)量,細(xì)化石墨,增加初析奧氏體枝晶,從而是提高灰鑄鐵力學(xué)性能時(shí)常采取的措施.但降低碳當(dāng)量會(huì)導(dǎo)致鑄造性能降低,鑄件斷面敏感性增大,鑄件內(nèi)應(yīng)力增加,硬度上升加工困難等問題,因此必須輔以其它的措施.? 在碳當(dāng)量保持不變的條件下,適當(dāng)提高Si/C比(一般由0.5左右提高至0.7左右),在凝固特性,組織結(jié)構(gòu)與材質(zhì)性能方面有以下變化:?

a? 組織中初析奧氏體數(shù)量增多,有加固基體的作用;?

b? 由于總碳量的降低,石墨量相應(yīng)減少,減輕了石墨片對(duì)基體的切割作用;

?c? 固溶于鐵素體中的硅量增多,強(qiáng)化了鐵素體(包括珠光體中的鐵素體);

d 提高了共析轉(zhuǎn)變溫度,珠光體在較高溫度下生成,易粗化,會(huì)降低強(qiáng)度;

e 降低了奧氏體的含碳量,使奧氏體在共析轉(zhuǎn)變時(shí)易生成鐵素體;?

f? 硅高碳低情況下,易使鑄件表層產(chǎn)生過(guò)冷石墨并伴隨有大量鐵素體,有利于切削加工,但不加工面的性能有所削弱;?

g? 提高了液相線凝固溫度,降低了共晶溫度,擴(kuò)大了凝固范圍,降低了鐵液流動(dòng)性

,增大了縮松滲漏傾向

.? 綜合以上各種固素的利弊，在碳當(dāng)量較低時(shí)，適當(dāng)提高Si/C，強(qiáng)度性能會(huì)有所提高，切削性能有較大改善，但要注意縮松滲漏傾向的增加和珠光體數(shù)量的減少。在較高碳當(dāng)量時(shí)

（具體取決于生產(chǎn)條件）提高Si/C反而使抗拉強(qiáng)度下降。此時(shí)提高硅碳比仍能有減少白口傾向的優(yōu)點(diǎn)，適用于性能要求不高的薄壁鑄件的鑄造。?

（2）錳和硫? 錳和硫本身都是穩(wěn)定碳化物、阻礙石墨化的元素。但兩者共同存在時(shí)，會(huì)結(jié)合成MnS及（Fe、Mn）S化合物，以顆粒狀分布于基體中。這些化合物的熔點(diǎn)在1600℃以上，不僅無(wú)阻礙石墨化的作用，而且還可作為石墨化的非自發(fā)性晶核。為中和硫所必需的錳大約為：?

?????? Mn=1.73S???

?????? S≤0.2% Mn=3.3S????

?????? S≥0.2%?

??? 普通灰鑄鐵中，硫量一般在0.02%~0.15%，錳量在0.4%~1.2%。故中和以后過(guò)高的錳或硫才能單獨(dú)起作用。?

實(shí)踐表明，只要防止鐵液氧化、正確使用孕育防白口的能力，錳量增加不僅能增加并細(xì)化珠光體，且適當(dāng)放寬對(duì)含硫量的控制并無(wú)害處。歐洲許多廠家經(jīng)常用S0.12%~0.15%的鐵液來(lái)鑄造汽車、拖拉機(jī)上HT250以上處牌號(hào)的零件。? 錳在1.5%以上，甚至超過(guò)硅量時(shí)，灰鑄鐵已屬合金化鑄鐵，此時(shí)具有強(qiáng)度高、硬度高、密度高、致密性高、耐磨的優(yōu)點(diǎn)，已在機(jī)床鑄件上得到了應(yīng)用，但此時(shí)Si量也需作相應(yīng)的提高。? 為確保常用孕育劑的孕育效果，灰鑄鐵鐵液中的含硫量一般不低于0.05%~0.06%

。 （3）磷? 磷使鑄鐵的共晶點(diǎn)左移，且作用程度和硅相似，故計(jì)算碳當(dāng)量時(shí)，應(yīng)計(jì)入磷的含量。 磷在鑄鐵中以低熔點(diǎn)二元或三元磷共晶存在于晶界，其硬度分別在750~800HV和 900~950HV之間，故磷可以提高灰鑄鐵耐磨性，應(yīng)用于機(jī)床、缸套和閘瓦。但必須避免三元

?

磷共晶的出現(xiàn)；同時(shí)，隨著磷量的提高，力學(xué)性能尤其是韌性和致密性降低。磷量高往往是

鑄件冷裂的原因。? 灰鑄鐵件的含磷量一般小于0.20%,有耐磨和高流動(dòng)性要求的，可至

0.3%~1.5%，有致密性要求的，含磷量需低于0.06%。?

2、改變爐料組成? 灰鑄鐵的爐料一般由新生鐵、廢鋼、回爐料和鐵合金等組成。加入廢鋼，降低鐵液含碳量，可以提高灰鑄鐵的力學(xué)性能，在生不同牌號(hào)灰鑄鐵時(shí)將加入不同比例的廢鋼作為保證材質(zhì)性能的一個(gè)控制指標(biāo)。近年來(lái)由于工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家廢鋼供應(yīng)十分充裕，價(jià)格也遠(yuǎn)較新生鐵便宜，于是發(fā)展了不用新生鐵而只用廢鋼和回爐料，用增碳方法調(diào)節(jié)碳量的合成鑄鐵及其冶煉方法。合成鑄鐵不僅能降低成本，而且在同樣的化學(xué)成分下能獲得更好的力學(xué)性能。合成鑄鐵的生產(chǎn)需要能將鐵液溫度過(guò)熱到1500℃以上的熔煉設(shè)備。?

為節(jié)約能量和改善灰鑄鐵的組織與性能，還可在配料中采用合成生鐵代替鑄造生鐵。這是因?yàn)楦郀t生產(chǎn)鑄造生鐵比之生產(chǎn)煉鋼生鐵需要更多的焦耗，并降低生產(chǎn)率。為此可用高碳低硅高爐鐵液，倒進(jìn)液態(tài)硅鐵，制得合成生鐵。用合成生鐵生產(chǎn)的灰鑄鐵其金相組織和力學(xué)性能得到了改善。?

3、鐵液過(guò)熱處理? 溫度、化學(xué)成分、純凈度是鐵液的三項(xiàng)主要冶金指標(biāo)，而鐵液溫度的高低又直接影響到成分和純凈度。鐵液溫度的提高有利于提高流動(dòng)性、獲得健全鑄件，降低廢品率，而且在一定范圍內(nèi)有利于力學(xué)性能的改善。? 在一定范圍內(nèi)提高鐵液溫度能使石墨細(xì)化、基體組織細(xì)密、抗拉強(qiáng)度提高，硬度下降，成熟度、相對(duì)硬度和品質(zhì)系數(shù)得到改善，彈性模量有少許提高，泊松比先下降、隨后又提高。 過(guò)度過(guò)熱不僅浪費(fèi)能量，對(duì)力學(xué)性能也無(wú)好處，甚至有害。此臨界溫度和爐料組成、熔煉設(shè)備、化學(xué)成分等因素有關(guān)，不同研究者得出不同結(jié)論，但過(guò)熱至1500℃以前的效果和結(jié)論是一致的。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的熔煉出鐵溫度則保持1520~1550℃，鐵液保溫爐的溫度為1480~1500℃。?

??? 隨著過(guò)熱溫度的提高，鐵液中含氮量、含氫量略有上升，但1450℃以后的氧含量大幅度下降，鐵液的純凈度有了提高。較高的氮除了易引起針孔缺陷外，對(duì)鑄鐵的抗拉強(qiáng)度和硬度有提高作用。? 按Si+O2=SiO2的反應(yīng)計(jì)算，鑄鐵中的平衡溶氧量隨溫度的提高而提高。但鑄鐵中碳的存在，在一定的平衡溫度之后，發(fā)生了：SiO2+2C→Si+2CO↑的反應(yīng)，使鑄鐵中溶氧量開始下降。此平衡溫度TG可按鐵液中碳、硅含量計(jì)算：lg[Si%/（C%）2]=27486/TG+15.47? 對(duì)于含碳量3.2%，硅1.6%的鑄鐵，其TG為1415℃。? 鐵液溫度低于TG，則氧留于鐵液中，和硅等元素的化合物可作為部分結(jié)晶核心。溫度高于TG，則鐵液中的氧以CO形式逸出，減少了鐵液的氧化。平衡溫度TG只是個(gè)理論值，實(shí)際反應(yīng)溫度要高于此值。由于CO的放出，鐵液開始沸騰，故實(shí)際反應(yīng)溫度稱為沸騰溫度TH，它可以從下式計(jì)算：? TH（℃）=0.7866xTG(℃)+362? 對(duì)于C3.2%，Si1.6%的鐵液，其TH=1475℃。這也是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家把鐵液出爐溫度提高至1480℃以上的另一重要原因。?

4、鐵液孕育處理? 孕育處理就是在鐵液進(jìn)入鑄件型腔前，把孕育劑附加到鐵液中以改變鐵液的冶金狀態(tài)，從而改善鑄鐵的顯微組織和性能，而這些性能的改善并不能由于加入孕育劑后鐵液化學(xué)成分的變化來(lái)解釋。隨著孕育劑、孕育方法的改進(jìn)，孕育處理已是現(xiàn)代鑄造生產(chǎn)中提高鑄鐵性能的重要手段。?

（1）孕育目的及其效果的評(píng)定

1）孕育的目的： 促進(jìn)石墨化，減少白口傾向； 改善斷面均勻性；? 控制石墨形態(tài)，減少共晶石墨和共生鐵素體的形成，以獲得中等大小的A型石墨； 適當(dāng)增加共晶團(tuán)數(shù)和促進(jìn)細(xì)片狀珠光體的形成； 改善鑄鐵的力學(xué)性能和其它性能。

2）孕育效果的評(píng)定：? 孕育目的不同，評(píng)定孕育效果的指標(biāo)也不同。但常用減少白口傾向、增加共晶團(tuán)數(shù)及減少過(guò)冷度來(lái)評(píng)定。?

①減少白口傾向，常用三角試樣的白口深度或?qū)挾葋?lái)評(píng)定孕育前后的白口傾向。不同鑄件可使用不同形式的三角試樣。?

②共晶團(tuán)數(shù)，在試樣上測(cè)定共晶團(tuán)數(shù)，用以衡量孕育前后成核程度的差別。應(yīng)指出，共晶團(tuán)靈敏的比較必須在相似條件下進(jìn)行，因爐料、熔化條件、過(guò)熱處理、孕育劑、孕育方法等都會(huì)引起共晶團(tuán)數(shù)的改變；有些孕育劑，例含鍶孕育劑，并不過(guò)多增加共晶團(tuán)數(shù)，卻有很強(qiáng)的降低白口傾向的作用。?

③共晶過(guò)冷度，鐵液孕育后，結(jié)晶核心大量增多，使共晶大量生核溫度提前開始，也提前結(jié)束，絕對(duì)過(guò)冷度均相應(yīng)減小，因此可用孕育前后過(guò)冷度的變化來(lái)檢測(cè)孕育效果。

實(shí)際生產(chǎn)不能追求量大的孕育效果。為防止疏松等缺陷出現(xiàn)，不少企業(yè)規(guī)定相對(duì)過(guò)冷度小于4℃為孕育過(guò)度，而力求孕育后獲得6~8℃的相對(duì)過(guò)冷度。? 孕育劑的作用有效性均隨時(shí)間而衰退，因此在篩選孕育劑時(shí)也常把孕育效果保持長(zhǎng)短作為一個(gè)評(píng)定指標(biāo)。?

?? （2）一定條件下，每種孕育劑都有其最佳加入量，

過(guò)多地使用孕育劑不會(huì)帶來(lái)更大的孕育效果，反而浪費(fèi)孕育劑、降低鐵液溫度、增加鑄件的缺陷和成本。一般建議，孕育劑帶進(jìn)鐵液的硅量不大于0.3%、碳量不大于0.1%，國(guó)內(nèi)熔化的鐵液氧化程度較大、故使用孕育劑量大都超過(guò)此值。? 至今國(guó)內(nèi)外大部分鑄工車間使用的孕育劑仍然是FeSi75。其原因除便宜易得外，主要是它在孕育后的短時(shí)間內(nèi)（約5~6min）有良好的孕育效果。

（3）孕育方法

??? 1）、包內(nèi)孕育：包內(nèi)沖入法：孕育劑加入包中，然后沖入鐵液；方法最簡(jiǎn)單，但孕育劑易氧化，燒損大；在包內(nèi)易浮起和渣混在一起，不起孕育作用；孕育劑用量多；孕育至澆注的間隔最長(zhǎng)、衰退最嚴(yán)重；? 出鐵槽孕育：出鐵時(shí)，用手工、孕育劑料斗或振動(dòng)給料器把孕育劑加到出鐵槽的鐵液流中。或轉(zhuǎn)包時(shí)，加到轉(zhuǎn)包鐵液流中；孕育劑氧化減輕；孕育劑浪費(fèi)少，但用量仍偏多；澆注前停留時(shí)間長(zhǎng)，衰退嚴(yán)重；?

2）、遲后孕育：? 澆杯孕育：把孕育劑（粒或成型塊）放入澆杯中，鐵液進(jìn)入澆杯，使孕育劑熔解后進(jìn)入鑄型；增加造型工作量；孕育劑顆粒易浮起，浪費(fèi)；孕育后鐵液立即進(jìn)入鑄型，基本無(wú)衰退；孕育劑用量比包內(nèi)孕育法少；? 硅鐵棒孕育：澆注時(shí)，通過(guò)鐵液流對(duì)包嘴處硅鐵棒來(lái)達(dá)到孕育；衰退少；孕育劑用量比包內(nèi)法少；硅鐵棒制造麻煩；孕育劑用量不易控制；對(duì)澆注工藝要求高；大塊浮硅孕育：將大塊硅孕育劑放包底，沖入鐵液使孕育劑塊邊熔邊浮，鐵液表面仍有1/4~1/5的硅鐵塊，或包內(nèi)沖入法后在液面撒一層硅鐵；鐵液面處富硅，澆注的鐵液似剛孕育，衰退小；操作簡(jiǎn)單；減少破碎工作量；但塊度要和溫度、包容量相配；孕育劑耗量大；? 孕育絲孕育：把孕育劑包在空心金屬絲中，采用改進(jìn)的焊絲給料機(jī)，均勻送入直澆道或澆杯的鐵液中；孕育劑用量可減少至0.08%以下；孕育絲能自動(dòng)均勻地進(jìn)入鐵液；無(wú)衰退；孕育絲供應(yīng)成本高；都為定點(diǎn)使用；要求控制系統(tǒng)可靠；

?? ???鐵液流孕育：把孕育劑用重力或氣力加到進(jìn)入鑄型的鐵液流中；孕育劑量能減至0.1%

；孕育劑粒能均勻進(jìn)入鐵液流；無(wú)衰退，效果比包內(nèi)孕育法要好，最好定點(diǎn)使用，控制系統(tǒng)要可靠；?

??? 3）、型內(nèi)孕育：

? ??全部孕育：把孕育塊（一定塊度或成型塊）放在澆注系統(tǒng)內(nèi)（過(guò)濾芯上、直澆道底部或橫澆道內(nèi)）鐵液進(jìn)入就被孕育；孕育均勻，無(wú)衰退，孕育劑量可降至0.05%~0.10%；要求孕育塊能連續(xù)均勻熔化；易生渣孔；要修改澆注系統(tǒng)、降低成品率。一般作輔助孕育劑用，已有成型塊供應(yīng)；

? ??局部孕育：在鑄型局部放小孕育塊或孕育劑粉；能明顯減少鑄件局部產(chǎn)生白口，作輔助

孕育用。?

??? 5、低合金化? 灰鑄鐵的合金化是提高其力學(xué)性能和使用性能、節(jié)省材料的重要途徑。在生產(chǎn)實(shí)踐中，也常常采用在爐前添加少量合金元素與孕育技術(shù)相配合的措施，使同一基鐵（原鐵液）生產(chǎn)出不同成分的鐵液，以滿足不同牌號(hào)或同一牌號(hào)不同壁厚鑄件的要求。? 大部分常用合金能在合適的加入量范圍內(nèi)，促進(jìn)珠光體生成部分能細(xì)化珠光體、強(qiáng)化鐵素體，從而提高灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度和硬度。但各元素的作用程度有別，在灰鑄鐵中加入一種以上合金時(shí)，它們對(duì)抗拉強(qiáng)度的總影響可以來(lái)估算。。。