孕育量一般是根据产品的金相组织确定的, 要考虑的金相组织主要有石墨形态及长短、是否出现渗碳体、珠光体含量等。 湿型砂是所有砂型中冷却速度最快的砂型, 含水量一般在 3.0%左右, 有些达到 4.0%, 因此, 湿型砂生产灰铁件最容易导致薄壁部位出现渗 碳体, 在其它条件不变的情况下, 这成为判定孕 育量加入多少最重要的依据。 我公司曾经遇到这样的问题, 同样的原铁 液、同样的孕育剂在不同的产品上用量相差很 大, 从 0.15%到 0.9%不等, 而且加 0.9%孕育量的 产品薄壁部位还经常出现渗碳体。即使零件形状 差别再大, 如此大的偏差也是不合常理的, 为此, 我们进行了现场调查, 结果如表 1。
由表 1 可知, 产品二每型铁液的浇重比产品 一要少 13 kg, 因此, 同样多的铁液浇注时间必须 要延长一倍多。每型铁液的浇重是没法改变的, 而不管何种孕育剂, 要保持 37 min 内不衰退也 是不可能的, 问题就出在出铁量这个环节上了。 如果减少每包出铁量并多出两次铁, 孕育衰 退就可以避免; 或者将孕育后移, 即加大随流孕 育量, 也能解决这个问题。
由于出铁和吊炉料上炉台是同一台吊车, 要 改变出铁方式对生产和物流势必产生较大影响, 于是我们选择了加大随流孕育的方式。根据各方 面资料介绍, 一般灰铸铁孕育量在 0.2%左右就 足可以保证孕育良好, 我们则尝试进行了加大随 流孕育量的试验, 试验结果见表 2。

由表 2 可知, 增加随流孕育加入量后, 出铁 槽孕育剂加入量大大降低, 因此, 随流孕育是解 决孕育衰退最好的办法。但随流孕育加入量太 大, 孕育剂有不能完全溶解的危险, 因此, 我们最 后选择了出铁槽 0.3%+随流 0.18%的方式。 相对湿型砂, 树脂砂对灰铁件的激冷要小得 多, 白口产生的可能性也要少很多, 因此, 确定孕育量主要应该考虑石墨形态及长短, 珠光体含量 等。
我公司产品经常出现白口, 白口对产品加工 性能影响很大, 如何预防和消除一直是我们日常 工作的重点。 产生白口的原因很多, 我们在此抛开零件本 身的形状和型砂水份的影响, 仅就铁液和孕育方 面进行一些探究。 2.1 铁液质量的影响

如果原铁液白口深度深则产品白口也深, 这 是众所周知的。原铁液白口深度与生铁白口的遗 传性、废钢加入量的多少以及 w( S) 量的高低有 关。在生产过程中, 曾经有一段时间, 由于生铁紧 张, 我们只能用球铁生铁来生产灰铁铸件, 其 w( Si) 量特别低, 采用原有的孕育方式, 产品白口 多且深, 只能用增加孕育量的办法来消除白口。

多用废钢也会导致产品白口增加。而 S 对孕育的 作用已经比较清楚, w( S) 在 0.05%~0.1%, 对孕育 是有好处的, 当然对减少白口也是有益的; 如果 w( S) 低了, 可以用加硫铁精矿的办法来补充, 但 w( S) 是不是低于 0.05%孕育就一定有问题呢? 我 公司曾经在很长一段时间内, 产品中 w( S) 量在 0.02%~0.04%, 也没有出现孕育不良的问题, 分 析认为, 这可能与我公司使用的孕育剂有关。

我 公司使用的 SiBaCa 孕育剂对高、低 w( S) 量铁液 均有良好的孕育作用, 不过, 为了保证良好的孕 育, w( S) 量还是稍高一点好。 2.2 孕育的影响 现有的消除白口能力强的孕育剂主要有含 Sr、RE、Ca 等元素的孕育剂, 一般可确保在 15~ 20 min 内三角试片不出现白口, 这对大多数产品来说已经足够。不过再强的孕育剂都存在衰退问 题, 所以预防白口的关键是铁液孕育后如何尽快 浇注的问题, 而加强随流孕育无疑又是其中最好 的办法。

我们的经验, 只要随流孕育加入量在 0.15% 左右, 对大多数产品而言, 白口问题基本可以得 到解决。

关于孕育剂

市场上销售的孕育剂品种很多, 应该选择性 价比高又适合自己的孕育剂产品。

3.1 75SiFe 75 SiFe 是最常采用的孕育剂, 其中的 Al、Ca 对孕育效果有重要的作用。但 75 SiFe 孕育的铁 液衰退很快, 大件生产和流水线浇注炉生产时, 一般不宜选择。要有效促进 A 型石墨形成, 防止 薄壁处白口的产生, 必须加大 75 SiFe 加入量, 有 时要达到 1.0%, 但加入量 1.0%不仅增加成本, 而且有可能导致铸件缩松。因此, 不建议将其作 为首选孕育剂。

3.2 含 Sr 孕育剂 含 Sr 孕育剂消除白口的能力很强, 有利于 改善薄壁铸件中石墨的形态和分布状况, 使不同 厚度处组织的差别更小, 理论上还有预防缩松的 作用[1] 。含 Sr 孕育剂对铝 w( Al) 、w( Ca) 量有很高 的要求, 因为 Al、Ca 的孕育作用与 Sr 的作用刚 好相反。一般要求 w( Al) ≤0.1%, w( Ca) ≤0.3%, 要达到这样的 w( Al) 、w( Ca) 量, 必须对 SiFe 进 行精炼, 势必增加含 Sr 孕育剂的生产成本, 所以 含 Sr 孕育剂都比较贵, 差不多是 75SiFe 的 2 倍。 不过含 Sr 孕育剂的加入量约为 75SiFe 的三分之 一, 因而总体来说, 相比 75SiFe 的孕育效果有提 高, 经济上也是划算的。 有资料介绍含 Sr 孕育剂能够解决产品缩松 问题[1] , 然而我公司的生产实践证明并非如此。 我公司生产的一种冰箱压缩机零件, 在产品 的厚大部位偶尔出现缩松( 如图 1) 。我们曾试过 修改浇注系统以增加对产品的补缩, 降低浇注温 度减少产品的液态收缩, 但效果均不明显。试用 含 Sr孕育剂, 加入量为出铁槽 0.25%+随流0.15%, 产品石墨等级为 5 级, 薄壁部位无白口, 但解剖 厚大部位, 仍存在缩松。产品共晶团数量为 200个/mm2 左右, 比 SiBaCa 的 500 个/mm2 左右确实 要少, 说明含 Sr 孕育剂没有问题, 同时说明含 Sr 孕育剂解决缩松效果是比较有限的, 不可期望太 高。

3.3 含 Ba 孕育剂

含 Ba 孕育剂最重要的作用是减缓孕育衰 退, 具有很强的促进石墨化的能力, 可改善薄壁 铸件中石墨的形态和分布状况, 进而减少厚薄部 位的硬度差。w( Ba) 在 20%～30%的 SiBa 孕育剂, 能显著降低铸铁的白口倾向, 可保持孕育效果的 时间增至 30 min 左右, 特别适用于大型铸件, 而 用于小件可能导致产品珠光体量不够。目前比较 广泛使用的是 w( Ba) 在 2%~3%的含 Ba 孕育剂, 加入量 0.3%左右, 铁液在 20 min 内孕育基本不 衰退, 其价格仅比 75SiFe 贵 1 000 多元, 用量约 为 75SiFe 的三分之一, 是值得广泛推广的孕育 剂。

3.4 稀土复合孕育剂 稀土孕育剂一般不单独使用, 经常和 Ba、Ca 合成一种稀土- Ba- Ca 孕育剂, 在保留含 Ba 孕育 剂优点的基础上, 脱氧能力更强, 对高 w( S) 铁液 特别有效。但这种孕育剂加入量不能过高, 否则 产品中 w( RE 残) 量过高, 可能使铸铁结晶时产生 过冷, 出现渗碳体组织。使用时必须严格控制用 量, 最高用量不超过 0.4%。稀土孕育剂价格也不 是太贵, 只比含 Ba 孕育剂稍高, 是值得选择的一 种孕育剂。

4 如何控制购买的孕育剂质量

孕育剂的质量在生产过程中是有波动的, 而 供应商往往是将质量好的和差的掺在一起卖给 我们, 那么我们应该如何控制好购买的孕育剂质 量呢?

4.1 化学检测 通过检测孕育剂中的 Si、Al、Ca、Ba、稀土等 的质量分数可以初步判定孕育剂是否合格, 但这 些元素的检测比较复杂, 需要时间比较长, 一般 铸造厂并没有这种能力, 因而, 下面的方法更加 实用。

4.2 目测 开袋检查孕育剂颜色是否正常? 黑渣是否 多? 不符合粒度要求的、太粗的或太细的是否过 多? 这些问题最经常出现, 每次进货之后一定要 开袋检查。我公司曾经购买过一批孕育剂, 化学 检测元素合格, 便投入使用, 结果导致 20 多炉产 品出现白口及石墨异常。经过检查发现是孕育剂 中黑渣太多, 孕育剂颜色发暗造成的。

4.3 现场试用 每批孕育剂到厂后, 经上述检查合格, 我们 还要现场试用 3~5 炉, 通过金相分析产品的石 墨、白口、珠光体等组织, 与正常生产的产品进行 对比, 发现异常立即停用, 可避免批量产品报废。

4.4 供应商的选择 在选择供应商时, 一般选择规模大一些并有 一定信誉的供应商, 这样, 质量比较有保证。有些 供应商没有自己的冶炼炉, 也没有产品的化学检 验手段, 只是从他人手中购买大块的原料进行破 碎, 这样的供应商的质量保证能力很弱。

5 孕育不良或过量的危害

孕育不良将导致石墨异常, 薄壁部位出现白 口, 力学性能低下等问题; 而孕育过量则导致石 墨粗大, 珠光体量不足, 力学性能低下等问题。孕 育过量一般在工艺试制过程中容易出现, 在正常 生产条件下则一般不会出现。2006 年, 我公司把 75SiFe 孕育剂更换成 SiBa 孕育剂, 虽然工艺试 验时已经把孕育量从 1.0%降为 0.6%, 然而客户 反应加工后产品厚大部位仍出现石墨粗大, 直到 将孕育量降至 0.4%后产品才恢复正常, 这说明 孕育过量或不足对不同的孕育剂是不同的。

正常生产条件下孕育不良不会出现, 但在设 备出现问题时, 尤其在流水线生产过程中, 用浇 注炉浇注铁液的工艺则经常出现孕育不良。因为在出现设备故障时, 浇注炉中还存放有已经孕育 但没有浇注的铁液, 随着故障时间的延长, 这些 铁液将因为孕育衰退而导致孕育不良。在铁液量 不太多时, 我们一般采取在下包铁液中适当多加 孕育剂的办法来重新孕育; 而如果铁液量太多, 则只能把浇注炉中的铁液重新回炉处理。

6 孕育剂的贮存与干燥

孕育剂必须放在干燥通风的地方, 回潮的孕 育剂必须烘干后方可使用。每年 3~5 月, 是南方 的梅雨季节, 越是通风的地方空气反而越潮湿, 因此, 这个季节使用孕育剂要更加小心。加在出 铁槽或转运包的孕育剂不必烘干, 只须在出铁前 几分钟把孕育剂放在出铁槽或转运包内, 利用余 热把孕育剂烘干即可, 特别注意的是, 加入转运 包的孕育剂不可过早, 否则孕育剂有被氧化或粘 在包底的危险, 影响孕育效果。随流孕育装置和 浇注机在一起, 每天可提前把随流孕育剂放在浇 注机的炉台上自然干燥 1~2 h, 然后再加入到随 流孕育装置中, 一般不需要专门烘干。有些工厂 用压缩空气来带动随流孕育剂, 一定要注意压缩 空气的干燥问题, 否则, 压缩空气的水份可能对 孕育产生影响。

7 结束语 灰铸铁的孕育对产品质量起着至关重要的 作用, 因此要慎重选择孕育剂种类, 并且要特别 注意使用方法, 尽可能把孕育置后以增加孕育效 果, 减少孕育剂用量, 稳定产品质量。