实用铸造技术：厚壁球墨铸铁件的孕育处理技术与厚壁球墨铸件的铸造工艺

生产厚壁球墨铸铁件需要采用高较、长较孕育剂和处理工艺。一方面可减少加硅量；另一方面在铁水缓慢冷却过程中防止孕育衰退。

钡硅铁是厚壁球墨铸铁常用的长较孕育剂。厚壁球墨铸铁不宜使用锶硅铁进行孕育，因为这种硅铁容易促进厚壁件中生成碎块石墨。铅硅铁也是一种长较孕育剂，但是它也有促进碎块石墨生成的作用，浇注厚壁铸件时宜慎重使用。此外，还应该注意孕育中其他微量元素的含量。孕育处理前应根据化验结果精确计算孕育剂可能带入铸件的微量元素和硅的质量分数。很多实例告诉我们，厚壁铸件组织上出现的碎块石墨往往因孕育加入量过多而生产的。

正确实行瞬时孕育，型内孕育是消减厚壁件畸形石墨的有较措施。经过孕育处理后，球墨铸铁的石墨球数会显著增加，畸形石墨相应减少或消失。例如在100毫米立方铸件生产中，采用0.06%硅铁进行型内孕育后，石墨球数为出炉铁水直接孕育时球数的2倍多，但孕育在铁水中的加入量需要加以控制。

在厚壁件中加入以硅铁为主的孕育剂时要注意加入量，一般应使铸件含硅量保持在2%---2.2%之间。

4.厚壁球墨铸件的铸造工艺

（1）铁水熔炼与炉前处理  为使铁水净化和均匀化，铁水应过热至1450---1500摄氏度。在此温度下静置后除渣。1420摄氏度开始炉前处理（球化和孕育）。球化剂加入量可略高于一般铸件。铸件浇注温度为1320℃---1350℃。

（2）采用计算机软件模拟凝固过程  为了准确掌握铸件凝固过程（特别是共晶膨胀的开始和终子时间）以及铸件温度场变化规律，可以采用计算机软件模拟球墨铸铁在铸型内温度场变化以及凝固动态过程。模拟过程所需的基础数据，如下图：

（3）应用冷铁  铁水浇入厚壁球墨铸铁件铸型，一般会出现明显的液态收缩。因此在浇注后需随时向型内补注热铁水。曾有工厂在铸件项部设置明冒口或采用压边冒口用于补充液相收缩，都能收到补缩效果。

我们知道，当铸件模数大于2.5发米的厚壁件，可以不采用冒口补充凝固收缩，而是利用共晶石墨化膨胀量对凝固收缩量给予补偿，实现铸件自补缩。但是要求石墨化膨胀时型腔内铁水必须处于封闭状态。外冷铁有助于铸件表层金属加快凝固，及时形成封闭性外壳，并且能避免或减轻型壁迁移。采用自缩工艺铸造厚壁球墨铸铁件，大多数都需要采用钱冷铁。

除此之外，放置外冷铁还能产生局部激冷较应、改善铸件温度分布情况，调节铸件凝固顺序，促使冒口更好发挥补缩作用。冷铁的激冷作用能够加大激区附近的温度梯度，增加冒口补缩距离。提高厚断面冷却速度，提高共晶过冷度，增加球数，减少球径，有利于消除碎块状石墨，改善球铁性能。

另外，在选择用于厚壁球墨铸铁件的冷铁时，不应注意以下几点事项：

一、球墨铸铁件通常使用钢、铸铁、石墨外冷铁。冷铁靠自身吸热能力加快铸件冷却速度。铁水浇入铸型后，热量急剧向冷铁转移。冷铁的温度随与其接触的铁水的温度升高而急剧上升，冷铁质量低于所需质量时，经过一段时间后，达到热饱和，会因自身温度过高而影响铸件温度快速提高，冷铁不再有效。另一方面，当铸件断面较薄，冷铁激冷能力较强时，又可能使铸件表面组织中出现碳化物，特别是含锰量超过0.2%---0.3%时，冷铁会显著提高碳化物析出倾向。根据经验，壁厚不超过20毫米的铸件，一般不建议使用冷铁。

二、冷铁的功能主要取决于其激冷能力。而激冷能力与冷铁材料的储热系数、冷铁厚度有关。在铸件工艺设计中，往往需要根据铸件热节尺寸选用不同厚度的冷铁。一般需要经过工艺验证。单侧冷铁厚度不小于被冷却断面厚度的三分二。铸铁冷铁能在不超过150毫米的厚度内发挥作用。超过150毫米时，应采用双侧六冷铁或水冷铁冷铁。以垂直位置在铸件断面两侧放置冷铁时，每侧冷铁厚度为铸件断厚度的三分之一或二分之一。

三、利用冷铁铸铸件激冷将会增加石墨球数。经过多次试验，发现砂型铸造厚壁件中石墨球数一般都能超过每平方毫米70个，很少出现碎块石墨。采用冷铁消减碎块石墨的同时也要注意因激冷作用引起的基体组织变化。激冷作用主要取决于冷铁厚度和热导率。较厚冷铁（或水冷冷铁）有可能限制铁素体生成，增加珠光体含量；也可能使组织中出现碳化物。如果冷铁减薄一些，碳化物仍存在，但因冷铁温度上升，固态相态过程中冷速下降，还会使铁素体质量分数提高。进一步减薄冷铁，冷铁加热程度增加使自身温度上升，导致凝固开始产生的碳化物因自身退火而消失，基体仍是以铁素体为主，但是冷铁的激冷作用会随之降低或消失，出现碎块石墨倾向相应增加。因此选择合理的冷铁厚度和材料是很重要的。

四、冷铁最好放置于被激冷断面侧面。平放在铸件表面或底面都会在接触中出现气隙。气隙来自冷铁表面氧化物与铸年表面反应产生的氧碳。氧化碳进入铸件产生气孔。因此冷铁使用前表面需清理干净。放置外冷铁的铸型上必须开有足够的排气孔，排除反应产生的气体。使用前冷铁表面应刷石墨涂料并烘干。重复使用的冷铁，使用前应进行喷丸处理，却除表面气化层，以防与冷铁接触的铸件表面产生皮下气孔。

（4）铸件浇注  厚壁铸件应该在炉前处理后尽快浇入铸型。快速浇注的目的是减少浇注前停留时间，避免球化衰退或孕育衰退。铸件的浇注系统应根据快速浇注的原则设计。

（5）开箱与铸件热处理  当厚壁球墨铸铁件温度降低到750---800℃时，可将箱卡松开，减少铸件内存在的热应力，并加快铸件冷却速度。550℃时即可开箱取出铸件。如需进一步消除应力，可将铸件装入退火炉，按消除应力规范连续保温敊时，进一步消除应力。

厚壁球墨铸铁件化学成分符合要求时，铸件基体组织铁素体约占85%以上。一般无需进行热处理。