影响球化处理若干因素及应对措施
【实用】球化衰退的影响因素PPT文档
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镁减少的原因是：与硫化合形成的硫化镁进入熔渣 ，上浮至铁液表面；铁液停留过程中，镁不断蒸发形 成气泡逸出铁液；镁及铁液-空气界面上的氧（或铁液 中以化合态存在的氧）反应产生的MgO进入熔渣。
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二、铁液原始含硫量与处理后初始残留镁量对衰退的影响
处理后的球铁液在感应炉中保温， 对不同时间镁、硫含量测定的结果 表明：两种元素的含量变化呈现C形 曲线关系（图1）。保温过程的前期， 镁、硫量均下降，而在后期，镁继 续减少，硫量却有所回升（即“回 硫现象”)。
图1 铁液含硫量与残留镁量 A区域：球数衰减 B区域：蠕虫 石墨增多 C区域：片状石墨增多
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初始残镁量高时，不但与硫的反应充分，而且气 化逸出的量也较多，因此，保温后期残留的硫少，而 残镁量仍保持一定水平。即使有回硫现象发生，也有 足够的镁量与之反应，因此后期增硫不显著。
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球化衰退的影响因素
制作人：宋 娟 榆林职业技术学院
球墨铸球铁墨铸铸铁件铸生件产生产技技术术课课程程职业育材料成型与控制技术专业教学资源库
一 铁液停留时间对衰退的影响 二 铁液原始含硫量与处理后初始残留镁量对衰退的影响
镁的损失速率有更明显的影响。包衬或炉衬材料对镁的 即使高硫铁液，也能处理成球墨铸铁，但是往往因球化衰退而造成废品。
铁液与周围介质接触面积对衰退的影响 含有稀土元素的球化剂，比单纯含镁的球化剂有更好的抗球化衰退作用。
提高球铁石墨球化率和圆整度的三大关键
提高球铁石墨球化率和圆整度的三大关键影响球墨铸铁的球化率和圆整度的因素有很多，下面分别从化学成分、工艺过程、凝固控制三大方面，对影响球化率的的因素进行分析：一、化学成分1、碳当量和硅碳和硅是影响球铁石墨球圆整度的基本成分。
在一定的冷却速度和孕育条件下，提高碳当量，可提高石墨球圆整度，并可增加自补缩能力，减少碳化物。
在一定的碳当量条件下，随着硅量的增加，特别是大断面球铁，会产生碎块状石墨。
因此，在不产生石墨漂浮情况下，应尽量提高碳当量；同时在保证孕育条件下，尽量降低硅含量。
2、镁有效残留镁量的控制对提高石墨球圆整度很重要。
当有效残留镁小于0.045%，增加效残留镁量可提高石墨球圆整度；当有效残留镁大于0.045%，会产生变态石墨，降低石墨球圆整度。
3、稀土稀土在铁水中有两个有益的作用：一是脱硫去气，起到球化和间接球化作用；二是与微量元素相互作用，消除有害一面发挥有利一面。
这两方面都可提高石墨球圆整度。
但是过量的残留稀土，特别是大断面球铁，会使石墨形态恶化，尤其易产生碎块状。
理想范围是0.010%～0.019%。
4、微量元素一定量的锑和铋并辅以适量的稀土，可提高石墨球圆整度，提高力学性能。
合适的加入范围：0.0025～0.005%。
二、工艺过程1、球化处理（1）重稀土镁球化剂比轻稀土镁球化剂更能提高石墨球圆整度。
主要是脱硫能力强，抗衰退能力强。
（2）轻稀土镁球化剂如果过程控制得好，并辅以微量元素，也能提高石墨球圆整度。
（3）冲入法比转包法铁液质量更好，故也能提高石墨球圆整度。
2、孕育处理（1）强化孕育可以提高石墨球圆整度。
（2）采用抗衰退的孕育剂可以提高石墨球圆整度。
3、用球铁屑做球化处理时的覆盖剂，可形成与非溶解石墨弥散相类似的钝化石墨核心，产生长时间的浓度起伏，大大增加有效形核率，可以提高石墨球圆整度。
4、尽量降低浇注温度可以提高石墨球圆整度。
三、凝固控制1、使用冷铁可以提高石墨球圆整度。
2、使用铬铁矿砂可以提高石墨球圆整度。
球化处理过程中应注意的问题
球化处理过程中应注意的问题
郭振廷
【期刊名称】《河南科技：上半月》
【年(卷),期】1992(000)006
【摘要】球墨铸铁的生产中,采用合理的炉前处理工艺,不仅能提高球铁的综合性能,并且还能提高球墨铸铁体的成品率,减少合金用量,降低生产成本,直接影响企业的经济效益。
作者所接触到的不同的企业在这方面差别很大。
其差别在于球化处理过程中工艺的控制不同所致。
本文仅就球化处理过程中常遇到的问题淡些看法。
1、采用强化熔炼措施,提高铁水冶金质量,获得温度高,氧化轻成分合格的原铁水。
当铁水氧化且其它条件相同时,不仅球化剂加入量增加,并且容易产生夹渣、气孔、白口倾向大等缺陷。
温度过高容易产生球化衰退;温度太低球化剂熔化,扩散不均匀,还容易产生球化剂粘包或产生氧化皮等,温度低是球铁皮下气孔产生的主要原因。
【总页数】2页(P25,24)
【作者】郭振廷
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TF593.2
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铸铁的球化处理
铸铁的球化处理球化处理是在浇注前向铁液中加入少量的某种添加物，以改变石墨的结晶特性，使其以球状析出，最终获得球墨铸铁的一种工艺。
本章着重介绍铸铁球化处理的理论基础及工艺方法。
第一节球化处理的理论基础在第二章第三节我们介绍了球墨铸铁的凝固过程及石墨球化的机理。
虽然对石墨球化机理的认识至今还很不一致，但是如果把这些理论归纳起来可以看出石墨球化的本质在于石墨与铁液界面能的变化。
这使我们认识到，对于界面控制生长的石墨析出过程而言，铸铁溶液中球状石墨的生长是一个非稳定生长，其生长过程除与其本身晶体结构特性有关外，主要受影响石墨与铁液界面行为的因素控制。
球化处理就是通过影响石墨与铁液的界面行为来改变石墨结晶过程，从而得到理想的石墨形态。
本节主要介绍影响石墨界面稳定性的因素及其与石墨结晶过程的关系。
一、强吸附元素的概念原子在界面上的吸附被认为是影响界面稳定性的最主要因素之一。
彻诺维（Chernov）使用原子在晶体界面上停留时间与台阶推进时间的关系来定义强吸附元素。
设台阶的距离为ｌ，台阶推进的速度为V，原子在晶体界面上停留的时间为τ，如果τ＜＜1/V，则原子在界面上停留时间短；如果τ＞＞1/V，则原子停留时间长。
原子的停留时间可按下式计算τ＝υ-1exp(U/kT)式中υ──原子的振动频率；υ≈1012s-1U──原子在晶体表面的吸附能例如某原子在晶体表面的吸附能U≈20J/mol，则可由上式计算出其室温下在晶体表面的停留时间τ≈10-8s，此时原子的吸附能是弱的，原子在晶体表面的停留时间很短，该原子被认为是弱吸附原子。
根据彻诺维的计算，强吸附原子的U值在50～60J/mol 之间。
二、强吸附元素引起的动力学过冷卡布雷拉（Cabrera）认为，强吸附元素吸附在晶体表面上时会在晶体表面形成一个网络，形成网络的原子之间的距离影响着晶体长大所要求的过冷度。
如图4-1所示，如果形成网络的原子之间的距离小于晶体中台阶在所处温度下的临界形核尺寸2ρc，则台阶向前推移受到网络的阻碍。
球铁的球化衰退
铸造技术(94):球铁的球化衰退当经过正确球化和孕育处理的铁水被加以长时间保留时，观察到石墨球形状变坏是很平常的。
这就是常说的球化衰退。
球化衰退通常关联着两种可能现象之一，或是Mg 衰退，或是孕育衰退。
确定衰退的正确类型是很重要的，因为避免球化不良的可能措施在这两种衰退现象之间的差别将是很大的。
下图是经过Mg处理和后孕育之后立刻取样得到的好球铁显微组织。
底下两幅金相照片是两种主要衰退现象的显微组织实例。
镁衰退的作用：当镁损耗于铁水周围的介质（例如，渣、耐火材料、气化）时，会使整个时间范围的球化效能下降。
这一般与铁水中残镁量的下降，或从周围介质吸收硫或O氧，从而造成残Mg的逐渐消耗有关。
当残Mg量不足时，就会出现被称之为压实石墨或蠕虫状石墨的不良石墨球。
下左的金相照片就是这方面的一个实例。
孕育衰退的作用当加入后孕育剂之后铁水被长时间保留时，孕育剂的作用将逐渐衰退。
依附于孕育剂的类型和加入量的不同，球铁将逐渐减少它的球数和石墨球也将失去它们的球形。
在一般情况下，不规则形状球的生成都伴随着球数的普遍减少。
右下的金相照片就是这方面的一个例子。
当发现某一球化不良的现象时，经过培训的铸造工作者能清楚地区分上述两种类型衰退很重要的。
这两种球化不良的解决措施，在许多情况下，实际上都是彼此可可逆的。
Mg衰退的可能解决措施·通过加入更多的球化剂，增加残余M镁量和/或残余稀土量·避免高铁水温度和长时间停留。
·使用比较纯净炉料和添加剂以减少基铁的硫含量。
·改进扒渣操作以免铁水再硫化。
·不要让铁水暴露在空气中，以免造成残余镁的氧化。
·使用含稀土的后孕育剂以弥补Mg的损失。
孕育衰退的可能解决措施：可采取以下措施解决造成则石墨形状不规的孕育剂衰退问题。
·使用比较有力的抗衰退后孕育剂或加入更多的孕剂。
·避免高温和长时间停留。
·二次加入专业的强力后孕育剂。
球墨铸铁件表面球化衰退的研究
球墨铸铁件表面球化衰退的研究摘要：球墨铸铁以其优异的性能、广泛的应用领域和低廉的生产成本成为现代铸造行业的重要材料。
然而，在生产过程中，球墨铸铁件表面的球化衰退问题一直困扰着厂家，影响了铸件的质量。
本文旨在深入研究球墨铸铁件表面球化衰退的微观组织特征、成因及防止措施，以期为生产实践提供理论依据。
1.引言球墨铸铁件在我国的工业生产中占有重要地位，其优异的性能和低成本使其在汽车、建筑、机械等领域得到广泛应用。
苯磺酸硬化呋喃树脂砂因其生产效率高、铸件尺寸精度高等优点而在球墨铸铁件生产中得到广泛应用。
然而，球墨铸铁件表面球化衰退问题成为制约产品质量的关键因素。
因此，研究球墨铸铁件表面球化衰退的成因、微观组织特征及防止措施具有重要的实际意义。
2.球墨铸铁件表面球化衰退的成因及微观组织特征2.1球化衰退的成因球墨铸铁件表面球化衰退主要表现为石墨球形状的改变和分布不均。
研究表明，苯磺酸硬化呋喃树脂砂在高温下受热气化，进入熔融金属表面，消耗表面层内残留的有效Mg，导致球化衰退。
然而，关于Mg的存在形式及其对球化衰退的影响尚需进一步研究。
2.2微观组织特征球墨铸铁件表面球化衰退的微观组织特征主要表现为片状石墨或蠕虫状石墨的形成。
这些不规则的石墨形态导致铸件性能下降，影响了铸件的质量。
因此，研究球墨铸铁件表面球化衰退的微观组织特征对于制定防止措施具有重要意义。
3.球墨铸铁件表面球化衰退的防止措施针对球墨铸铁件表面球化衰退的成因及微观组织特征，本文提出以下防止措施：3.1优化苯磺酸硬化呋喃树脂砂的配方合理调整苯磺酸硬化呋喃树脂砂的配方，降低砂中苯磺酸的含量，以减少其对熔融金属表面残留Mg的消耗。
3.2控制熔炼过程优化熔炼工艺，严格控制出炉温度和浇注温度，以降低球化衰退的风险。
3.3添加适量球化剂在生产过程中，适当增加球化剂的添加量，以提高石墨球的球化程度。
3.4改进孕育处理采用多次孕育处理，以改善石墨球的分布和形态。
如何提高球铁球化率？
如何提高球铁球化率？国内普通球墨铸铁铸件的球化级别要求达到4级以上，（即球化率70%，）一般铸造厂达到的球化率为85%左右。
近年来，随着球墨铸铁生产的发展，尤其是在风电铸件生产和铸件质量要求较高的行业，要求球化级别达到2级，即球化率达到90%以上。
笔者公司通过对QT400-15原采用的球化、孕育处理工艺以及球化剂、孕育剂进行分析、改进，使球墨铸铁的球化率达到了90%以上。
1、原生产工艺原生产工艺：熔炼设备采用2.0T中频炉和1.5T工频炉；QT400-15原铁液成分为ω（C）=3.75%~3.95%、、ω（Si）=1.4%~1.7%、ω(Mn)≤0.40%、ω（P）≤0.07%、ω（S）≤0.035%；球化处理所用球化剂为1.3%~l.5%的RE3Mg8SiFe合金；孕育处理所用孕育剂为0.7%~0.9%的75SiFe-C合金。
球化处理采用两次出铁冲入法：先出铁55%~60%，进行球化处理，然后加入孕育剂，再补加其余铁液。
由于球化、孕育采用传统的方式，用25 mm厚的单铸楔形试块检测得到的球化率一般在80%左右，即球化级别3级。
2、提高球化率的试验方案为提高球化率，对原来的球化和孕育处理工艺进行了改进，主要措施是：增大球化剂和孕育剂加入量、净化铁液、脱硫处理等。
球化率仍然采用25 mm的单铸楔形试块进行检测，具体方案如下：（1）分析原工艺球化率偏低的原因，曾认为是球化剂用量较少，故将球化剂加入量由1.3%~1.4%增加到1.7%，但球化率并未达到要求。
（2）另一种猜测是认为球化率偏低可能是由于孕育不良或孕育衰退引起，因而试验加大孕育剂量，由0.7%~0.9%增加到1.1%，球化率亦未达到要求。
(3)继续分析认为铁液夹杂较多、球化干扰元素偏高等可能是造成球化率偏低的原因，因而对铁液进行高温净化，高温净化温度一般控制在1 500±10℃，但其球化率仍未突破90%。
(4) ω（S）量高严重消耗球化剂量并加速球化衰退，因此增加脱硫处理，将原铁液ω（S）量从原来的0.035%降低到0.020%以下，但球化率也只达到86%。
球铁球化处理工艺
第三节 球化处理工艺球化处理主要包括以下内容：（1）铸铁化学成分的选择；（2）球化剂的选择、加入量；（3）球化处理方法；（4）球墨铸铁的孕育处理；（5）球化效果的检验。
球墨铸铁球化处理工艺的制订应充分考虑球墨铸铁的牌号及其对组织的要求、铸件几何形状及尺寸、铸型的冷却能力、浇注时间和浇注温度、铁液中微量元素的影响以及车间生产条件等因素。
一、球墨铸铁化学成分的选择同普通灰铸铁一样，球墨铸铁化学成分主要包括碳、硅、锰、硫、磷五大常见元素。
对于一些对组织及性能有特殊要求的铸件，还包括少量的合金元素。
同普通灰铸铁不同的是，为保证石墨球化，球墨铸铁中还须含有微量的残留球化元素。
下面着重介绍这些元素在球墨铸铁中的作用及其选择原则。
1、碳及碳当量碳是球墨铸铁的基本元素，碳高有助于石墨化。
由于石墨呈球状后石墨对机械性能的影响已减小到最低程度，球墨铸铁的含碳量一般较高，在3.5～3.9%之间，碳当量在4.1～4.7%之间。
铸件壁薄、球化元素残留量大或孕育不充分时取上限；反之，取下限。
将碳当量选择在共晶点附近不仅可以改善铁液的流动性，对于球墨铸铁而言，碳当量的提高还会由于提高了铸铁凝固时的石墨化膨胀提高铁液的自补缩能力。
但是，碳含量过高，会引起石墨漂浮。
因此，球墨铸铁中碳当量的上限以不出现石墨漂浮为原则。
2、硅硅是强石墨化元素。
在球墨铸铁中，硅不仅可以有效地减小白口倾向，增加铁素体量，而且具有细化共晶团，提高石墨球圆整度的作用。
但是，硅提高铸铁的韧脆性转变温度（见图4—6），降低冲击韧性，因此硅含量不宜过高，尤其是当铸铁中锰和磷含量较高时，更需要严格控制硅的含量。
球墨铸铁中终硅量一般在1.4—3.0%。
选定碳当量后，一般采取高碳低硅强化孕育的原则。
硅的下限以不出现自由渗碳体为原则。
图4—6 硅对铁素体球墨铸铁脆性转变温度的影响球墨铸铁中碳硅含量确定以后，可用图4—7进行检验。
如果碳硅含量在图中的阴影区，则成分设计基本合适。
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影响球化处理的若干因素及对策方法。
球墨铸铁定义：球墨铸铁是指铁液在凝固过程中碳以球形石墨析出的铸铁。
影响球化不良、球化衰退的因素有：
一．操作原因：
1.球化剂未扒平捣实，未按压包要求操作。
对策：将球化剂倒入包坑内，用铁棍扒平捣实，倒入孕育剂后再次扒平捣实，（覆盖1-1.5kg除渣剂）用硅钢片10-15kg覆盖。
2.球化剂未按额定要求称量准确。
对策：保证基本加入量，其重量为20kg/包，并准确称量。
3.出铁时浇包未注意压包方向，铁液直接冲在球化剂上。
对策：必须保证埋包方向靠电炉。
4.出铁速度太慢。
对策：出铁时，前期尽可能快，后期速度开始放缓，以保证铁液的飞溅和铁重的准确性。
5.出铁包残留铁液未倾倒干净。
对策：必须保证每次压包时无铁液残留在包内。
6.出铁量过多。
对策：允许上下波动范围在±50kg，超过该范围必须采取浇注一半后回炉或直接回炉。
7.未及时更换出铁包。
8.对策：要求每炉次更换一次出铁包。
9.未掌握好生产节拍，压球化剂过早或停留时间过长。
对策：需时刻观察造型节拍，不能压包停留时间过长或出铁后等浇注。
10.浇注包内残留铁液过多。
对策：原则上不允许有铁液残留在浇注包内，鉴于各产品重量差异，允许包内残余铁液＜30kg。
11.出铁包内渣过多未及时清理。
对策：要求每更换一次球化包就要对包进行一次除渣处理。
12.炉前出铁温度过高。
对策：1）、产品要求浇注温度在1410-1430℃时需增加覆盖用硅钢片18-20kg 或加盖一块钢板。
2）、在压包未知的情况下，如出炉温度过高，反应过快，应减少出铁量或直接回炉处理。
3）、炉前已测得出炉温度过高时应采取打开炉盖，降温到要求温度（依据各产品浇注温度）才可出炉。
二．球化包、浇注原因：
1.出铁包、浇包未烘透烘干。
对策：应按照筑包烘包要求进行操作，初次使用的浇包应烫包后才可使用，发现球化时有大量浓烟，浇注包外有大量水蒸汽冒出时，应回炉处理。
2.球化包堤坝太矮或包坑太小。
对策：球化包在使用前应先检查堤坝高度和宽度是否合适，使用过程中仍需时刻观察堤坝的尺寸变化，发现堤坝太矮或包坑过小需立刻更换球化包。
3.浇注时间过长。
对策：尽量在最短时间内浇注完毕，理论上从球化出现镁光到浇注结束不得超过8min。
三．原材料原因：
1.炉料、增碳剂含硫量偏高。
2.生铁、废钢内反石墨化元素超标。
对策：在排除操作和其他原因后仍出现球化不良，检测生铁、废钢钛含量及其他反石墨化元素，如铅、锌、等
3.球化剂本身原因。
对策：更换球化剂。