可鍛鑄鐵的退火工藝研究

1、需要全套設(shè)計(jì)及圖紙請聯(lián)系：731767310可鍛鑄鐵的退火工藝研究1引言1.1可鍛鑄鐵發(fā)展簡史我國是最早發(fā)明和生產(chǎn)可鍛鑄鐵的國家。根據(jù)對出土文物的考證，我國可鍛鑄鐵的生產(chǎn)始于公元前國世紀(jì)戰(zhàn)國時(shí)代。眾多的戰(zhàn)國出土鐵器中有很多可鍛鑄鐵件。如1957年在湖南長沙出土的戰(zhàn)國鐵鏟，1974年洛陽出土的鐵鎊，湖北大冶銅綠山古礦遺址發(fā)現(xiàn)的戰(zhàn)國時(shí)期的鐵鋤，鐵斧，鐵錘等礦業(yè)用具，輝縣出土的戰(zhàn)國中期的鐵帶鉤，易縣燕都出土的戰(zhàn)國晚期的鐵撅，鋤等都是可鍛鑄鐵鐵件。石墨化退火可鍛鑄鐵按退火工藝的不同有“白心”和“黑心”之分。關(guān)于白心鑄鐵可鍛化熱處理的最早創(chuàng)立者是法國物理學(xué)家reaumur。17201722年，reaum

2、ur發(fā)明了稱之為“歐洲法”的白心可鍛鑄鐵生產(chǎn)方法，這種鑄鐵，基體組織表現(xiàn)為外緣為鐵素體，向內(nèi)出于脫碳不完全，珠光體量逐漸增加，并有少量的滲碳體，具有可焊接性。1820年，美國人sethboyden偶然得到了鐵素體可鍛鑄鐵，并將其生產(chǎn)方法稱之為“美國法”，即黑心可鍛鑄鐵。1919年，enriquetouceda首次提出制造珠光體可鍛鑄鐵的可能性。此后，lanenstein和hayes等人進(jìn)一步加以發(fā)展，以致使制造方法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化1。自此，人們根據(jù)所需要的基體，采取不出的熱處理工藝可獲得以鐵素體為主的鐵素體可鍛鑄鐵，也可獲得以珠光基體為主的珠光體可鍛鑄鐵。1.2可鍛鑄鐵1.2.1可鍛鑄鐵的特點(diǎn)和分類

3、可鍛鑄鐵（又稱為瑪鋼或馬鐵）一般是由亞共晶白口鑄鐵經(jīng)過高溫石墨化退火制成。退火過程中，白口鑄坯中的滲碳體分解并產(chǎn)生團(tuán)絮狀石墨或被氧化而脫除，其基組織取決于熱處理規(guī)范，按處理后基體組織的不同可分為鐵素體可鍛鑄鐵和珠光體可鍛鑄鐵。可鍛鑄鐵中石墨一般成團(tuán)絮狀，含量較少，應(yīng)力集中現(xiàn)象不太顯著，對鑄鐵的有效負(fù)荷面積減小不多，因此抗拉強(qiáng)度可達(dá)300700mpa，延伸率可達(dá)2%12%；可鍛鑄鐵與灰鑄鐵一樣具有較高的含碳量，因而具有良好的鑄造性能；通過熱處理，可以用獲得較高的塑性和韌性2；此處，可鍛鑄鐵還具有良好的切削加工性能，抗氧化性能和耐蝕性能?？慑戣T鐵根據(jù)不同的熱處理方法，可獲得石墨化退火可鍛鑄鐵(包括

4、鐵素體可鍛鑄鐵（黑心）和珠光體可鍛鑄鐵)和脫碳退火可鍛鑄鐵（白心可鍛鑄鐵）兩種不同基體組織的可鍛鑄鐵目前我國生產(chǎn)的可鍛鑄鐵主要為鐵素體可鍛鑄鐵。鐵素體可鍛鑄鐵具有一定強(qiáng)度，強(qiáng)度和塑性優(yōu)于灰鑄鐵，低溫抗沖擊能力優(yōu)于球墨鑄鐵，且耐磨性和減震性優(yōu)于普通碳素鋼，所以可部分代替碳鋼，合金鋼和有色金屬。其退火特點(diǎn)為白口鑄坯在非氧化性介質(zhì)中進(jìn)行石墨化退火，萊氏體、珠光體都被分解，退火后坯件韌性高。在生產(chǎn)中鐵素體可鍛鑄鐵常用來制造截面較薄而形狀較復(fù)雜，工作時(shí)受震動(dòng)而對強(qiáng)度和塑性要求較高的零件。例如：鐵素體可鍛鑄鐵廣泛用于汽車，拖拉機(jī)的輪圈，差速器殼和底盤零件，機(jī)床附件中的扳手，輸電線路中的瓷瓶鐵帽，線夾，彎頭

5、排板，紡織機(jī)械中的粗紡機(jī)和印花機(jī)盤頭以及水油管道中的彎頭，三通，接頭，中壓閥門等零部件的制造。珠光體可鍛鑄鐵退火特點(diǎn)為白口鑄坯在非氧化性介質(zhì)中進(jìn)行石墨化退火，快速通過共析區(qū)只有萊氏體分解，退火后坯件具有較高的強(qiáng)度，硬度和耐磨性，而塑性，韌性較差。因而珠光體可鍛鑄鐵可用于制造氣閥，加煤機(jī)零件，高壓接頭閥體和汽車工業(yè)撥叉，差動(dòng)齒輪箱等。白心可鍛鑄鐵的退火特點(diǎn)為白口鑄坯在氧化性介質(zhì)中退火，使?jié)B碳體分解出的碳隨時(shí)氧化、脫碳，焊接性好。但是白心可鍛鑄鐵在國內(nèi)用的很少，國外用作水暖管件。1.2.2可鍛鑄鐵的牌號和力學(xué)性能 可鍛鑄鐵的牌號是由“kth”（“可鐵黑”三字漢語拼音字首）或“ktz”（“可鐵珠”三

6、字漢語拼音字首）后附最低抗拉強(qiáng)度值（mpa）和最低斷后伸長率的百分?jǐn)?shù)表示。例如牌號kth 35010表示最低抗拉強(qiáng)度為350 mpa、最低斷后伸長率為10的黑心可鍛鑄鐵，即鐵素體可鍛鑄鐵；ktz 65002表示最低抗拉強(qiáng)度為650 mpa、最低斷后伸長率為2的珠光體可鍛鑄鐵根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，黑心可鍛鑄鐵和珠光體可鍛鑄鐵可分八個(gè)牌號表1-1可鍛鑄鐵的牌號類型牌號試樣直徑d（mm）抗拉強(qiáng)度屈服點(diǎn)伸長率硬度hbsabmpa黑心可鍛鑄鐵kth300-06-12或15300-6150-kth330-08330-8kth350-10-350-10-kth370-12370-12珠光體可鍛鑄鐵ktz450-06

7、-12或154502706150200ktz550-04-5503404180250ktz650-02-6504302210260ktz700-02-70053022102901.2.3組織特征與性能關(guān)系表1-2可鍛鑄鐵的組織性能金相組織及要求處理方法石墨形狀：緊密，堅(jiān)實(shí)圓整球狀石墨，團(tuán)、球狀石墨能獲得較好的力學(xué)性能；團(tuán)絮狀石墨最常見，能滿足一般性能求；絮狀石墨，聚蟲狀、枝晶狀石墨對性能有不良的影響用稀土、鎂處理及采用低溫預(yù)處理退火可使石墨圓整；si過高，升溫過快，第一階段石墨化溫度過高，會(huì)使石墨形狀惡化，所以si量及第一階段退火溫度不宜過高，一般分別以si8%及980為限石墨數(shù)量：100-1

8、50粒/mm為好，綜合力學(xué)性能較好石墨顆粒數(shù)對抗拉強(qiáng)度的影響較小，對伸長率的影響較大si高、薄壁、金屬型鑄造、退火前淬火、孕育處理、低溫預(yù)處理等皆可增加石墨顆粒數(shù)加熱過快，退火溫度過高，鑄件壁厚則使石墨粗大，顆粒少石墨分布：要求均勻，無方向性分布孕育劑要適量，孕育劑量太多（如bi0.01%，al0.01%）會(huì)使石墨成串狀分布石墨大?。阂话阋?.020.07mm直徑較好與對顆粒數(shù)的控制相同鐵素體基體：要求大部分或全部為鐵素體；并可根據(jù)牌號要求保留適當(dāng)珠光體。殘留滲碳體不能超標(biāo)；如能獲得粒狀珠光體，則可得到較好的綜合力學(xué)性及切削加工性能主要根據(jù)化學(xué)成分、性能要求控制退火工藝，從而保證珠光體或滲碳體

9、完全分解晶粒大?。阂话阋?0250個(gè)/mm，太粗會(huì)使力學(xué)性能降低孕育處理能使石墨細(xì)化，從而細(xì)化鐵素體晶粒1.3可鍛鑄鐵的鑄造性能可鍛鑄鐵鑄造性能具有如下特征：(1)、流動(dòng)性可鍛鑄鐵碳、硅含量低，液相線溫度偏高，凝固溫度范圍較大，所以流動(dòng)性不好，類似于鑄鋼。故要求澆注溫度較高，薄壁件應(yīng)在1350以上，中厚件澆注溫度要大于1320。同時(shí)要求鑄型耐火度較高。(2)、收縮可鍛鑄鐵的鑄態(tài)組織為白口，收縮較大，體收縮一般為5.3%6.0%，線收縮為1.4%1.8%。冒口必須保證足夠的尺寸和數(shù)量，以利補(bǔ)縮，冒口形式大多采用頂部120（角）的暗冒口。白口鑄件退火時(shí)，將產(chǎn)生石墨化膨脹，其值隨碳含量而變。鐵素體

10、可鍛鑄鐵退火時(shí)，如碳含量為2.2%，長度脹出1.4%，含碳量為2.8%時(shí)，長度脹出1.8%，精確鑄件的工藝，應(yīng)同時(shí)考慮鑄造收縮和退火膨脹。鐵素體可鍛鑄鐵件模型的縮尺一般選用01.0%，具體數(shù)值可根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)、鑄型硬度、鐵水含碳量等來決定。(3)、縮松與縮孔因流動(dòng)性不好，故可鍛鑄鐵的澆注溫度偏高，造成液態(tài)收縮偏大，結(jié)晶溫度范圍又較寬，極易產(chǎn)生縮松與縮孔。當(dāng)結(jié)晶過程中形成樹枝狀結(jié)晶和板條狀共晶組織時(shí)，縮松傾向尤為突出，且補(bǔ)縮能力差，極易產(chǎn)生縮松。(4)、鑄造應(yīng)力和裂紋可鍛鑄鐵收縮大，應(yīng)力大，裂紋傾向隨之也大。故裂紋傾向性大是可鍛鑄鐵同其他鑄鐵區(qū)別的特征之一。裂紋傾向與鐵液結(jié)晶凝固溫度范圍較大，易生

11、成樹枝狀結(jié)晶、形成板條狀結(jié)構(gòu)、補(bǔ)縮性能較差、收縮較大等性能有關(guān)。1.4可鍛鑄鐵的化學(xué)成份1.4.1化學(xué)成份的選定原則（1）保證鑄件任何一個(gè)截面在鑄態(tài)時(shí)全白口，不出現(xiàn)麻點(diǎn)，否則會(huì)顯著降低機(jī)械性能。（2）有利于較快的石墨化過程，以保證短時(shí)間內(nèi)完成石墨化退火，縮短生產(chǎn)周期。（3）有利于提高機(jī)械性能。（4）在不影響機(jī)械性能的情況下，兼顧鑄造性能，從而提高產(chǎn)品的合格率。1.4.2化學(xué)成份的選擇根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，可鍛鑄鐵的化學(xué)成分可分三類，即鐵素體可鍛鑄鐵化學(xué)成分，珠光體可鍛鑄鐵化學(xué)成分，白心可鍛鑄鐵化學(xué)成分。推薦數(shù)值見下表表1-3可鍛鑄鐵的化學(xué)成份csimnps鐵素體可鍛鑄鐵2.42.81.21.80.30

12、.60.10.2珠光體可鍛鑄鐵2.32.81.32.00.40.650.10.2白心可鍛鑄鐵2.83.40.71.10.40.70.20.2表1-4化學(xué)元素力學(xué)性能的影響元素對力學(xué)性能的影響c增高含碳量會(huì)使石墨數(shù)量及尺寸增加，使強(qiáng)度、伸長率下降si硅能增高可鍛鑄鐵的強(qiáng)度及伸長率，但si1.8%以后有可能惡化石墨形態(tài)，導(dǎo)致力學(xué)性能下降。當(dāng)si、p兩元素同處高水平數(shù)量時(shí)，則易引起回火脆性及低溫脆性，并使脆性轉(zhuǎn)化溫度上升p磷量0.1%時(shí)，易偏析，出現(xiàn)磷共晶，導(dǎo)致伸長率下降、脆性增高mn，s錳和硫超過了規(guī)定值，會(huì)因退火時(shí)間不足而在鑄件中殘留滲碳體及珠光體，使伸長率不合格cr應(yīng)限制在0.06%以下，否則

13、易使殘留滲碳體超標(biāo)，導(dǎo)致伸長率下降1.5退火技術(shù)1.5.1退火含義退火是將金屬緩慢加熱到一定溫度，保持足夠時(shí)間，然后以適宜速度冷卻的一種金屬熱處理工藝。退火熱處理分為完全退火，不完全退火和去應(yīng)力退火。退火材料的力學(xué)性能可以用拉伸試驗(yàn)來檢測，也可以用硬度試驗(yàn)來檢測。許多鋼材都是以退火熱處理狀態(tài)供貨的，鋼材硬度檢測可以采用洛氏硬度計(jì)，測試hrb硬度，對于較薄的鋼板、鋼帶以及薄壁鋼管，可以采用表面洛氏硬度計(jì)，檢測hrt硬度。1.5.2退火的目的退火的目的在于改善或消除鋼鐵在鑄造、鍛壓、軋制和焊接過程中所造成的各種組織缺陷以及殘余應(yīng)力，防止工件變形、開裂。軟化工件以便進(jìn)行切削加工。細(xì)化晶粒，改善組織以

14、提高工件的機(jī)械性能。為最終熱處理（淬火、回火）作好組織準(zhǔn)備。1.5.3常用的退火工藝常用的退火工藝有：完全退火。用以細(xì)化中、低碳鋼經(jīng)鑄造、鍛壓和焊接后出現(xiàn)的力學(xué)性能不佳的粗大過熱組織。將工件加熱到鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度以上3050，保溫一段時(shí)間，然后隨爐緩慢冷卻，在冷卻過程中奧氏體再次發(fā)生轉(zhuǎn)變，即可使鋼的組織變細(xì)。球化退火。用以降低工具鋼和軸承鋼鍛壓后的偏高硬度。將工件加熱到剛開始形成奧氏體的溫度以上2040，保溫后緩慢冷卻，在冷卻過程中珠光體中的片層狀滲碳體變?yōu)榍驙睿瑥亩档土擞捕?。等溫退火。用以降低某些鎳、鉻含量較高的合金結(jié)構(gòu)鋼的高硬度，以進(jìn)行切削加工。一般先以較快速度冷卻到奧氏體最

15、不穩(wěn)定的溫度，保溫適當(dāng)時(shí)間，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橥惺象w或索氏體，硬度即可降低。再結(jié)晶退火。用以消除金屬線材、薄板在冷拔、冷軋過程中的硬化現(xiàn)象（硬度升高、塑性下降）。加熱溫度一般為剛開始形成奧氏體的溫度以下50150，只有這樣才能消除加工硬化效應(yīng)使金屬軟化。石墨化退火。用以使含有大量滲碳體的鑄鐵變成塑性良好的可鍛鑄鐵。工藝操作是將鑄件加熱到950左右，保溫一定時(shí)間后適當(dāng)冷卻，使?jié)B碳體分解形成團(tuán)絮狀石墨。擴(kuò)散退火。用以使合金鑄件化學(xué)成分均勻化，提高其使用性能。方法是在不發(fā)生熔化的前提下，將鑄件加熱到盡可能高的溫度，并長時(shí)間保溫，待合金中各種元素?cái)U(kuò)散趨于均勻分布后緩冷。去應(yīng)力退火。用以消除鋼鐵鑄件和焊接件的

16、內(nèi)應(yīng)力。對于鋼鐵制品加熱后開始形成奧氏體的溫度以下100200，保溫后在空氣中冷卻，即可消除內(nèi)應(yīng)力。1.6石墨化退火1.6.1石墨的晶體結(jié)構(gòu)圖1-1石墨晶體結(jié)構(gòu)1.6.2石墨化過程的三個(gè)階段第一階段石墨化鑄鐵液體結(jié)晶出一次石墨（過共晶鑄鐵）和在1154（ecf線）通過共晶反應(yīng)形成共晶石墨。lcae+g(共晶）第二階段石墨化在1154738溫度范圍內(nèi)奧氏體沿es線析出二次石墨。第三階段石墨化在738（psk線）通過共析反應(yīng)析出共析石墨。aefp+g(共析）圖1-2鐵碳雙重相圖1.6.3影響石墨化的主要因素(1)溫度和冷卻速度在生產(chǎn)過程中，鑄鐵的緩慢冷卻，或在高溫下長時(shí)間保溫，均有利于石墨化。(2

17、)合金元素按對石墨化的作用，可分為促進(jìn)石墨化的元素（c、si、al、cu、ni、co等）和阻礙石墨化的元素（cr、w、mo、v、mn、s等）兩大類。一般來說，碳化物形成元素阻礙石墨化，非碳化物形成元素促進(jìn)石墨化，其中以碳和硅最強(qiáng)烈。生產(chǎn)中，調(diào)整碳、硅含量，是控制鑄鐵組織和性能的基本措施。1.6.4石墨化退火主要涉及固態(tài)石墨化機(jī)理、石墨化退火工藝的影響和各種元素對固態(tài)石墨化的影響。（1）固態(tài)石墨化機(jī)理。白口生坯中的滲碳體是不穩(wěn)定相，只要條件具備便可分解成穩(wěn)定相-鐵素體和石墨，這就是固態(tài)石墨化過程。必要條件是白口鑄鐵固態(tài)石墨化能否進(jìn)行取決于滲碳體分解和石墨成長的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件兩個(gè)方面。熱力學(xué)觀

18、點(diǎn)認(rèn)為，滲碳體從低于鐵-碳相圖a，很多的溫度條件下保溫，亦可發(fā)生固態(tài)石墨化過程。但滲碳體的分解能否不斷進(jìn)行，石墨化過程能否最終完成，則在很大程度上取決于滲碳體分解后碳原子的擴(kuò)散能力和可能性，使舊相消失，新相形成的各種阻力因素等動(dòng)力學(xué)條件。在滲碳體及基體多相存在的情況下，石墨晶核最容易在滲碳體與周圍固溶體的界面上產(chǎn)生；如果鑄鐵內(nèi)有各種硫化物、氧化物等夾雜物微粒，則石墨晶核的形成就比較容易。要使白口鑄鐵中存在的石墨晶核繼續(xù)長大，必須具備碳原子能強(qiáng)烈擴(kuò)散的條件。純鐵碳合金較難于石墨化，有促進(jìn)石墨化的元素存在時(shí)，能加速石墨化進(jìn)程。關(guān)于鑄鐵固態(tài)石墨化機(jī)理許多觀點(diǎn)，大多是根據(jù)傳統(tǒng)的兩階段退火工藝提出的。高

19、溫階段時(shí)，當(dāng)加熱到奧氏體溫度區(qū)域，經(jīng)過4個(gè)環(huán)節(jié)：在奧氏體-滲碳體界面上形核；滲碳體溶解于周圍的奧氏體中；碳原子在奧氏體中由奧氏體滲碳體界面向奧氏體-石墨界面擴(kuò)散；碳原子在石墨核心上沉淀導(dǎo)致石墨長大。在這階段退火過程中，。滲碳體不斷地溶解，石墨不斷地長大，直至滲碳體全部溶解。此時(shí)鑄鐵的平衡組織為奧氏體加石墨。在低溫階段則發(fā)生轉(zhuǎn)變成鐵素體的共析轉(zhuǎn)變，最后形成鐵素體加石墨的平衡組織。由于采用低溫石墨化退火工藝的問世，固態(tài)石墨化機(jī)理隨之有所發(fā)展。加熱溫度不高于a，溫度，而僅有720750的保溫階段，鑄鐵組織由原來的珠光體加萊氏體直接轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體加石墨。關(guān)鍵是要改善較低溫度下的石墨化動(dòng)力條件，以及加強(qiáng)鑄

20、鐵內(nèi)在的石墨化因素。如細(xì)化滲碳體，細(xì)化晶粒增加界面，增加位錯(cuò)密度，從而增加初始石墨核心數(shù)以減少擴(kuò)散距離。（2）石墨化退火工藝的影響。第-階段常用溫度920980保溫，佚萊氏體中的共晶滲碳體不斷溶入奧氏體而逐漸消失，團(tuán)絮狀石零逐漸形成。第二階段常用溫度710730保溫，或者由750緩慢（35/h）降溫至700。預(yù)處理常用溫度分高溫預(yù)處理即在750左右保溫12h，和低溫預(yù)處理即在350450保溫35h。其作用在于增加石攫顆粒數(shù)，減小碳原子擴(kuò)散距離，縮短退火周期，改善石墨形態(tài)。（3）各種元素對固態(tài)石墨化的影響。碳可以促進(jìn)石脆化，增加退火的石墨核心數(shù)，縮短石最化時(shí)間，特別是縮短第二階段石墨化的時(shí)間。硅

21、強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化，能促進(jìn)滲碳體的分解，故在允許限度以內(nèi)提高鐵液中的含硅量，能有力地縮短第-、第二階段的退火時(shí)間。在爐前加硅鐵或含硅的復(fù)合孕育劑可造成較大濃度起伏，有利于實(shí)現(xiàn)低溫石墨化。錳能與硫生成mns，故在適當(dāng)含量范圍內(nèi)能縮短石墨化時(shí)間。但當(dāng)自由錳量（錳與硫化合生成mns以外的多余錳量）超過-定值（0.150.25）或不足時(shí)（負(fù)值），則阻礙石墨化，尤其是阻礙第二階段石墨化。硫強(qiáng)烈阻礙石墨化。當(dāng)硫含量不很高時(shí)（0.25），可用錳中和其有害作用。當(dāng)硫含量較高時(shí)，使石墨化退火困難。磷在凝固時(shí)微弱地促進(jìn)石墨化，對退火過程中的固態(tài)石墨化影響不大。超過一定量時(shí)對第二階段石墨化稍有阻礙作用。其他如鉻、鉬、釩

22、、碲等均有強(qiáng)烈的阻礙石墨化作用；鋁、鋯、鈣有較強(qiáng)促進(jìn)石墨化作用。1.6.5固態(tài)石墨化機(jī)理固態(tài)石墨化的過程，實(shí)際就是白口鑄鐵組織中滲碳體的分解過程，盡管對固態(tài)石墨化機(jī)理的看法不盡一致，但是大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，石墨化過程是滲碳體逐步溶解于奧氏體中，再通過在奧氏體相界面上析出石墨核心并逐步張大成為團(tuán)絮狀石墨的過程3。利用高溫金相顯微鏡直接觀察白口鑄鐵試樣在高溫下的石墨化轉(zhuǎn)變過程，可以看到試樣在真空中加熱到高溫(950左右)經(jīng)過一段時(shí)間的保溫和孕育期后，在奧氏體和共晶滲碳體相界面上首先出現(xiàn)一些石墨點(diǎn)，隨著保溫時(shí)間的增長，共晶滲碳體尺寸逐漸變小，數(shù)量逐漸變少，直到全部溶入奧氏體，而石墨點(diǎn)則逐漸長大為團(tuán)絮狀石

23、墨?？慑戣T鐵的固態(tài)石墨化能否進(jìn)行，取決于滲碳體的分解及石墨形核、成長的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件。根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)中滲碳體自由能變化的計(jì)算，滲碳體從室溫到高溫都是不穩(wěn)定的，它是一種介穩(wěn)定組織，有向穩(wěn)定組織轉(zhuǎn)變的趨勢。從熱力學(xué)觀點(diǎn)看，滲碳體從室溫到高溫的很大范圍內(nèi)都能夠分解，但滲碳體的分解能否不斷進(jìn)行以及石墨化過程能否最終完成，則在很大程度上取決于滲碳體分解后碳原子的擴(kuò)散能力，舊相消失、新相形成的各種阻力因素等動(dòng)力學(xué)條件。從形核動(dòng)力學(xué)角度看，為避免石墨形核時(shí)所需的較大的勢壘，希望借助于一些現(xiàn)存的“基底，如各種固有的硫化物、氧化物等夾雜物微粒，包括一些未熔石墨微粒。此外，在滲碳體與周圍基體組織的相界上，由于原

24、子排列散亂而存在較多的空位等晶體缺陷，這些場所將為石墨的形核提供良好的條件。因此，通常石墨晶核易于在缺陷處或者相界面和晶界面形成。一旦在奧氏體和滲碳體的界面上形成石墨就發(fā)生的碳的濃度差異，奧氏體和滲碳體的相界面附近的碳濃度高，奧氏體和石墨的相界面附近的碳濃度低，因此，在奧氏體中就要發(fā)生碳原子的擴(kuò)散，奧氏體中的碳從奧氏體-滲碳體界面附近擴(kuò)散到奧氏體石墨界面附近。這樣碳的平衡就被破壞，在奧氏體-滲碳體界面附近，由于貧碳，使?jié)B碳體向奧氏體中溶解，而在奧氏體-石墨界面附近，由于奧氏體中碳濃度的過飽和。結(jié)果碳在石墨核心上進(jìn)行沉積結(jié)晶，使團(tuán)絮狀石墨不斷長大。2鐵素體可鍛鑄鐵（黑心）的退火2.1試樣的化學(xué)成

25、份2.1.1碳、硅含量在可鍛鑄鐵中，碳和硅的含量是影響其組織和性能的兩個(gè)最主要因素。碳為促進(jìn)石墨化元素，在鑄造過程中，促進(jìn)凝固時(shí)石墨化，在石墨化退火時(shí)可增加石墨核心數(shù)，縮短石墨化退火時(shí)間，特別是縮短第二階段石墨化退火時(shí)間，同時(shí)它又是形成石墨的元素，故在傳統(tǒng)的可鍛鑄鐵中，一般選擇較高的含碳量。但是由于fe3c的含碳量為6.67，晶體中碳原子間的距離顯然要比碳含量為100的石墨中的要大得多。因而在鐵液(含碳量24)和固溶體(含碳在1.0左右)中析出fe3c時(shí)，碳原子需要移動(dòng)的距離(同樣也包括鐵原子的自擴(kuò)散距離)將遠(yuǎn)比析出石墨時(shí)所需的移動(dòng)距離小。這樣，fe3c結(jié)晶時(shí)，成核和長大都比石墨容易和迅速。換

26、言之，滲碳體結(jié)晶所需的成分和能量起伏都將小于石墨，因而結(jié)晶速度較高。這樣，與石墨的析出比較起來，滲碳體結(jié)晶在動(dòng)力學(xué)上是有利的，即優(yōu)先析出滲碳體。因此，含碳量多時(shí)鑄態(tài)組織中形成的碳化物越多，且其組織越粗大，對應(yīng)需分解的滲碳體量也越多，分解難度越大，延長了第一階段石墨化時(shí)間。故石墨化退火周期在總體上并沒有得到縮短。此外，雖然高碳量還能改善鑄造性能，但過高含碳量會(huì)造成鑄造時(shí)產(chǎn)生麻口，此種麻口組織中析出的石墨在石墨化退火容易產(chǎn)生形狀變異，從而降低鑄件力學(xué)性能。但是含碳量過低將增加熔煉難度，影響力學(xué)性能和鐵水流動(dòng)性。綜上所述，可鍛鑄鐵的含碳量一般取2.02.5。硅為強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化元素，是影響高溫退火石墨

27、化時(shí)間的決定性元素。硅原子通過軌道電子交換形成fesi，其原子間的電負(fù)性差大于fe-c原子間電負(fù)性差，抑制了fe-c原子結(jié)合，強(qiáng)化了c-c間的鍵能，從而在鑄態(tài)時(shí)抑制了滲碳體的生成，促進(jìn)石墨析出；在石墨化退火時(shí)促進(jìn)了滲碳體的分解。故在允許限度內(nèi)提高鐵水中硅的含量，能有力地縮短第一、第二階段石墨化退火時(shí)間，在爐前加硅有利于降低石墨化退火溫度。高硅量可以改善鑄造性能，減小退火時(shí)的氧化。但硅量過高將對鍛鑄鐵的低溫脆性產(chǎn)生影響，為此須控制在定的范圍之內(nèi)。一般認(rèn)為，硅的含量不要超過2.5。碳和硅是影響可鍛鑄鐵組織與性能的兩個(gè)主要元素，且二者的作用相互影響、相互制約。因此為了綜合考慮碳硅的影響，通常運(yùn)用碳硅

28、總量，即c+(1/2)si表示。一般取2.83.8。2.1.2錳、硫、磷含量要生產(chǎn)鐵素體可鍛鑄鐵，必須對這兩個(gè)元素的含量進(jìn)行限制。mn是阻礙石墨化的元素，也是穩(wěn)定珠光體的元素。錳和碳形成的mn3c很容易偏析于晶界附近，使共晶團(tuán)邊界出現(xiàn)游離滲碳體，惡化機(jī)械性能，且對滲碳體的分解起著阻礙作用，阻礙了第一階段和第二階段石墨化，尤其對第二階段石墨化的阻礙作用更為明顯。而相關(guān)研究表明4當(dāng)含錳量在1以下時(shí)，可鍛鑄鐵的強(qiáng)度隨含錳量的增加而提高，且延伸率無明顯變化，國內(nèi)外對含錳量一般控制在1以下，本試驗(yàn)控制在0.8左右。從化學(xué)反應(yīng)來說，錳和硫的親和力比鐵和硫的親和力大，因此，一般含錳鑄鐵中都有硫化錳出現(xiàn)，除非

29、錳量不足，才會(huì)有多量的硫化鐵存在。如果出現(xiàn)錳、硫比例嚴(yán)重失調(diào)現(xiàn)象，石墨化過程將難以完成。當(dāng)mn/s=45時(shí)，團(tuán)絮狀石墨比較粗松，鑄鐵強(qiáng)度性能較低，mn/s=23時(shí)，團(tuán)絮狀石墨漸趨緊密，力學(xué)性能相應(yīng)提高5。為防止回火脆性的產(chǎn)生，當(dāng)鑄鐵中含硅量超過15時(shí)，含磷量應(yīng)控制在0.1以下。在可鍛鑄鐵生產(chǎn)中，為了控制碳和磷的含量，爐料中只加入少量的新生鐵，有時(shí)甚至不加。2.2可鍛鑄鐵的退火2.2.1退火前的化學(xué)成份及金相組織csimnpsalcr含量2.71%1.60%0.44%0.10%0.09%0.02%0.05%表2-1可鍛鑄鐵的鑄態(tài)宏觀斷口為白色，金相組織如下列圖所示。在鑄態(tài)下得到白色網(wǎng)狀滲碳體+黑

30、色部分珠光體組織(萊氏體+珠光體)圖2-1白口鑄鐵金相組織（100倍）圖2-2白口鑄鐵金相組織（200倍）圖2-3白口鑄鐵金相組織（400倍）2.2.2退火過程鐵素體可鍛鑄鐵是由白口鑄坯退火而成的。白口鑄坯的鑄態(tài)室溫組織為：珠光體（鐵素體+共析滲碳體）+萊氏體（奧氏體+共晶滲碳體）+二次滲碳體。退火的目的就是要將共晶滲碳體、二次滲碳體和共析滲碳體全部分解為鐵素體和石墨。鐵素體可鍛鑄鐵退火過程可分為五個(gè)階段，分別為：升溫、第一階段石墨化、中間階段冷卻、第二階段石墨化和出爐冷卻。退火特征及內(nèi)容見下表。表2-1鐵素體可鍛鑄鐵退火五階段簡表階段名稱內(nèi)容要求升溫（0-1）在第一階段保溫，自由滲碳體溶入奧

31、氏體而逐漸消失，團(tuán)絮狀石墨逐漸形成，第一階段石墨化完成時(shí)（到“2”點(diǎn)），組織為奧氏體+團(tuán)絮狀石墨1.升溫不宜太快以防因熱應(yīng)力而造成鑄件開裂。一般掌握在5060/h個(gè)別100/h，升至900以上需要1020h以上。2.作低溫預(yù)熱處理，可在30040保溫35h，增加石墨核心。3.毛坯全白，沒有灰點(diǎn)，否則退火后有片狀石墨，而使性能達(dá)不到要求。第一階段石墨化（1-2）在第一階段保溫，自由滲碳體溶入奧氏體而逐漸消失，團(tuán)絮狀石墨逐漸形成，第一階段石墨化完成時(shí)（到“2”點(diǎn)），組織為奧氏體+團(tuán)絮狀石墨1.在溫度均勻的電爐中退火，可提高升溫速度，以拋物線形狀的曲線替代高溫保溫。2.保溫溫度不能超過1050，當(dāng)退

32、火爐爐溫不均時(shí)，不能超過980。否則，鑄件晶粒粗大、變形、產(chǎn)生雞爪狀石墨。中間階段冷卻（2-3）由2-3點(diǎn)的中間階段，即從高溫較快冷卻到稍低于共析溫度（710730的范圍）的階段，隨著溫度的降低，奧氏體中碳脫落，附著在已生成的團(tuán)絮狀石墨上，使石墨長大。到“3”點(diǎn)的組織為珠光體+團(tuán)絮狀石墨1.冷卻不宜太快，否則會(huì)出現(xiàn)二次滲碳體，一般以100/h為限。2.爐內(nèi)冷卻不會(huì)出現(xiàn)二次滲碳體。為縮短退火周期，可打開冷卻孔，提起煙道閘門進(jìn)行冷卻第二階段石墨化（3-4）在710730處保溫，使珠光體分解為鐵素體和石墨。也可以從750左右開始，緩慢冷卻（35/h），通過共析溫度范圍，由奧氏體直接變?yōu)殍F素體和石墨。

33、這樣退火時(shí)間短在710730處保溫，只有在電爐有自動(dòng)控溫時(shí)采用。從750左右緩慢冷卻。注意控制冷卻速度，火焰爐可繼續(xù)加溫（火逐漸減?。┏雎防鋮s（4-5）爐冷至500600即出爐空冷，空冷時(shí)組織不再變化出爐溫度要嚴(yán)格控制，不得過低，否則會(huì)產(chǎn)生“白脆”而使沖擊韌性下降下圖為鐵素體退火曲線圖2-4鐵素體退火曲線2.2.3退火后的金相組織試樣制備方法1)粗磨：用砂輪將試樣表面初步打磨，粗磨時(shí)要盡量減少磨面的變形層，同時(shí)充分冷卻。2)細(xì)磨：用400#、600#-、800#、1200#金相砂紙細(xì)磨試樣，每換一次砂紙?jiān)嚇幽ブ品较蚋淖?00。3)機(jī)械拋光：采用拋光機(jī)對細(xì)磨后的試樣進(jìn)行拋光。4)金相組織顯示：采

34、用4的hn03酒精溶液化學(xué)浸蝕試樣表面。圖2-4將處理過的試樣觀察金相并拍照圖2-5退火后的金相組織（50倍）圖2-6退火后的金相組織（100倍）圖2-7退火后的金相組織（400倍）3.可鍛鑄鐵的熱處理工藝改進(jìn)可鍛鑄鐵具有其特有的優(yōu)點(diǎn)和存在價(jià)值,但是不容諱言的是,它也存在著特有的弱點(diǎn),即在它的生產(chǎn)過程中必須經(jīng)過長時(shí)間的石墨化退火.因此,長期以來鑄造工作者一直在致力于縮短退火周期、降低能源消耗的技術(shù)探索工作.從理論上講,降低可鍛鑄鐵的退火溫度并非不可能.熱力學(xué)的計(jì)算證明,無論在常溫和高溫下,滲碳體都呈介穩(wěn)定相,都有分解為石墨的趨勢.從60年代起,國外就有人開始從事降低第一階段石墨化退火溫度的研究

35、.近來有人提出可鍛鑄鐵可以采用快速循環(huán)石墨化退火工藝,即在溫度上限(800900)和溫度下限(600650),各加熱保溫510分鐘,循環(huán)67次即可完成石墨化過程.印度的p.l.poy等(1982)用nacl孕育處理可鍛鑄鐵,在700保溫6096小時(shí)獲得完全鐵素體可鍛鑄鐵,但退火周期太長.目前已有研究證明,可鍛鑄鐵在一定化學(xué)成分下經(jīng)過適當(dāng)?shù)脑杏幚?可在750以下完成石墨化過程。總體上看，目前可鍛鑄鐵快速退火工藝的研究主要集中在以下幾個(gè)方面(1)增加低溫預(yù)處理、高溫預(yù)處理及預(yù)淬處理工序。部分科技工作者在不改變原鐵水化學(xué)成分的基礎(chǔ)上，改變熱處理工藝，縮短石墨化退火周期方面進(jìn)行了一些研究6：即在石墨

36、化退火前先進(jìn)行低溫預(yù)處理(300500，保溫45h)，或高溫預(yù)處理(750，保溫12h)，或者把鑄件加熱到奧氏體狀態(tài)并予以淬火，以增加石墨核心，加速石墨化。雖然目前已有一些工廠將低溫預(yù)處理納入正常生產(chǎn)的工藝規(guī)范，但其節(jié)能效果并不明顯。(2)循環(huán)熱處理。為尋求縮短可鍛鑄鐵石墨化退火周期的可能性，陜西工學(xué)院的楊仁山7利用循環(huán)熱處理的特點(diǎn)，設(shè)法通過快速循環(huán)石墨化退火新工藝來縮短石墨化退火周期，同時(shí)也改善可鍛鑄鐵的性能。其具體工藝為：上限溫度t上=880900、t下=600650，加熱保溫510分鐘，一般循環(huán)67次。試驗(yàn)表明可節(jié)能約4060。但是此種工藝操作繁瑣，不利于在現(xiàn)實(shí)大規(guī)模生產(chǎn)中推廣。(3)提

37、高高溫石墨化退火溫度為了縮短退火周期，有人曾嘗試適當(dāng)提高退火溫度(940980)，降低原子擴(kuò)散激活能，以縮短石墨化退火周期。此種方法雖然能縮短退火周期，但就其消耗的總能量來說是基本沒有節(jié)省。而且，提高溫度易使退火過程中鑄件產(chǎn)生過燒，氧化，變形等質(zhì)量問題，不易于質(zhì)量控制。同時(shí)，也對退火設(shè)備的使用壽命有不良影響。(4)改進(jìn)退火爐。國內(nèi)開封縫紉機(jī)總廠的李玉田8根掘該廠的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為：可斷鑄鐵第一階段石墨化退火，并非“需要一定的時(shí)間”，而是“需要一定的能量”；傳統(tǒng)的裝箱密封退火，防礙熱能的傳遞，是造成可鍛鑄鐵件生產(chǎn)周期長，能耗大的一個(gè)主要原因。而該廠生產(chǎn)中取消了可鍛鑄鐵第一階段石墨化退火中的密封箱，結(jié)果縮

38、短了退火時(shí)間，降低了能耗。即由t(退火時(shí)間)=q(一定能量)/vq(輸送能量速度)可知，q一定時(shí)，欲降低t，唯有增大vq，而經(jīng)驗(yàn)表明，感應(yīng)爐vq較大，故該廠使用感應(yīng)爐退火，有一定效果。綜上所述，現(xiàn)階段對于可鍛鑄鐵快速退火的研究主要集中在調(diào)整原鐵水化學(xué)成分、改進(jìn)孕育劑及孕育處理和優(yōu)化石墨化退火工藝等方面。優(yōu)化石墨化退火工藝雖然對縮短石墨化退火時(shí)間有一定的效果，但不能從根本上縮短可鍛鑄鐵生產(chǎn)周期。且將增加相應(yīng)的工序或?qū)υO(shè)備要求較高，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中成本增加較大。而調(diào)整原鐵水化學(xué)成分、改進(jìn)孕育劑及孕育處理后縮短退火周期的效果較明顯，且還有較大潛力可挖掘。孕育劑及孕育處理是影響可鍛鑄鐵石墨化退周期長短

39、、石墨形態(tài)優(yōu)劣的重要因素。大量的生產(chǎn)實(shí)踐及研究表明，復(fù)合孕育劑是未來的發(fā)展趨勢，其各組分之間能相互作用，取長補(bǔ)短，效果優(yōu)于單一成分或簡單幾種成分的孕育劑。而可鍛鑄鐵的鑄態(tài)石墨在析出長大或后來的石墨化退火過程中容易發(fā)生形態(tài)畸變，影響鑄件力學(xué)性能。為了防止這種畸變的發(fā)生，要求鑄態(tài)石墨顆粒細(xì)小，形狀圓整，且分布均勻。因此，需試驗(yàn)新型的復(fù)合孕育劑及選擇適當(dāng)?shù)脑杏椒ǎ蛊湓阼T態(tài)時(shí)防止鑄態(tài)石墨的畸變，細(xì)化鑄態(tài)基體組織，同時(shí)，在可鍛鑄鐵石墨化退火過程中起到促進(jìn)石墨化的作用。3.1孕育劑及孕育處理孕育處理是指澆注以前或澆注過程中，在一定的條件下向鐵液中加入一定量的物質(zhì)以改變合金的凝固過程，改善結(jié)晶組織(細(xì)化

40、初生晶，增加石墨核心數(shù)量等)，從而達(dá)到提高性能目的的過程。與灰鑄鐵、蠕墨鑄鐵、球墨鑄鐵不同，對于可鍛鑄鐵孕育機(jī)理，國內(nèi)外研究的比較少，不僅沒有形成比較完善的孕育理論，而且有些問題的認(rèn)識也還不一致。然而對基本理論還是認(rèn)同的。研究表明9，可鍛鑄鐵孕育劑中一般既含有石墨化元素，又含有反石墨化元素，其相互聯(lián)系，又相互制約。在澆注階段，反石墨化元素起主要作用，在石墨化退火階段，石墨化元素起主要作用。即，一方面，石墨化元素在澆注時(shí)能形成一些化合物(如si02、cao、cas等)，為退火時(shí)石墨析出提供形核核心，同時(shí)阻斷珠光體、滲碳體的連續(xù)生長，細(xì)化珠光體和滲碳體組織，增加滲碳體與珠光體的界面積，從而縮短了石

41、墨化退火時(shí)碳原子擴(kuò)散的路程，促進(jìn)了石墨化；另一方面，反石墨化元素在澆注時(shí)又能有效抑制石墨的長大，從而避免片狀石墨的出現(xiàn)。河北工學(xué)院的錢立把孕育劑常用元素分為以下幾種10：基本孕育元素：碳、硅和稀土：強(qiáng)化孕育元素：鈣、鋁、鋇、鍶、鋯和鈦：抗孕育衰退元素，即延長孕育的有效時(shí)間，防止孕育衰退，其包括：鋇、鍶、鈰和鋯：穩(wěn)定珠光體元素，簡稱穩(wěn)定化元素。使用它們的目的在于控制基體中珠光體數(shù)量，使珠光體片間距較小。為了不損害鑄鐵的共晶石墨化能力，所選的元素應(yīng)當(dāng)在鑄鐵一次結(jié)晶時(shí)有溫和的石墨化能力，或者此時(shí)雖有反石墨化作用，而借助于其它石墨化因素的配合，使之處于受控條件之下，這些元素包括：鉻、錳、錫、銻、銅和鎳

42、等；脫硫脫氧除氣元素，鑄鐵中的氧、氮、氫、硫都是強(qiáng)烈阻礙石墨化的，當(dāng)它們轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的化合物(氫例外)之后。某些氧化物、硫化物，氧硫化物和少數(shù)氮化物可成為石墨結(jié)晶的核心。因此，幾乎所有的脫硫脫氧除氣元素都有孕育形核的作用，如，鈣、鈰、鎂、鋁、鈦、稀土元素等；防止石墨變態(tài)元素。片狀石墨尖端的應(yīng)力集中是降低強(qiáng)度和彈性模量，引起鑄件變形和裂紋的根本原因。控制石墨端部形狀或使石墨趨于球狀，是生產(chǎn)高強(qiáng)度鑄鐵的重要途徑。據(jù)報(bào)道，鋇、氮、鎂、鉍、銻和碲有助于防止石墨的變態(tài)11。多年來，可鍛鑄鐵生產(chǎn)中孕育劑的選擇和孕育處理工藝，一直是國內(nèi)外人們所關(guān)注的問題，并進(jìn)行過大量研究。目前，大約有孕育劑200余種，常見的

43、有30余種。我國在20世紀(jì)70年代末80年代初孕育劑實(shí)現(xiàn)商品化。其分類方法有以下幾種。按照成分組成，孕育劑分為：硅系孕育劑、碳系孕育劑、稀土孕育劑等。按孕育劑功能作用，孕育劑分為：石墨化孕育劑、穩(wěn)定化孕育劑、復(fù)合孕育劑。按使用范圍，孕育劑分為：灰鑄鐵用孕育劑、球墨鑄鐵用孕育劑、蠕墨鑄鐵用孕育劑、可鍛鑄鐵用孕育劑等。我們常使用的分類方法是按孕育劑組成的成分分類，這樣既可以看到組元成分，而且可從主要組元中知道孕育劑的特點(diǎn)12。1)硅鐵孕育劑：硅鐵孕育劑分為45fesi、75fesi、85fesi等3種，45fesi孕育劑的處理效果較差，85fesi成本較高，常用75fesi。在75fesi中的ca

44、、al對孕育效果有很大影響，其中以ca的影響最大，在大于05時(shí)有較強(qiáng)的石墨化能力。一般75fesi選擇以下化學(xué)成分范圍為：fe7478，cao510，砧o815。2)硅鋇孕育劑：硅鋇孕育劑主要用于灰鑄鐵和球墨鑄鐵生產(chǎn)。用于球墨鑄鐵可顯著增加石墨球數(shù)，用于灰口鑄鐵可以減少白口傾向，細(xì)化晶粒，改善石墨形態(tài)。這類孕育劑除可使鑄鐵獲得較高的力學(xué)性能外，本身還具有較強(qiáng)的抗衰退能力。一般孕育劑中含ba在23之間。3)si-c孕育劑：這類孕育劑主要優(yōu)點(diǎn)是用量少、石墨化能力強(qiáng)，但較難溶解。例如：si-c-ca-a1類防止薄壁鑄件白口效果好，而且適合于沖天爐鐵水使用，si-c-al軟化效果較好，用于改善切削性能

45、。4)稀土孕育劑：稀土元素是鑄鐵高效長效孕育劑的重要組元，我國稀土資源豐富，研究和應(yīng)用該類孕育劑具有現(xiàn)實(shí)意義。一般地講，這類孕育劑具有雙重性，孕育鑄鐵中稀土殘留量的范圍為reo06o3。碳當(dāng)量低時(shí)稀土加入量少，碳當(dāng)量高時(shí)稀土加入量稍多。另外，稀土元素還和mn、cu等合金元素復(fù)合，從而改善鑄鐵組織，提高其力學(xué)強(qiáng)度。5)硅鈣孕育劑：硅鈣孕育劑是一種較早使用的石墨化孕育劑，現(xiàn)在常使用的是低鈣孕育劑。它比較適合低碳當(dāng)量鑄鐵生產(chǎn)，可消除白口、提高其強(qiáng)度。6)穩(wěn)定化孕育劑：穩(wěn)定化孕育劑由石墨化元素與穩(wěn)定化元素復(fù)合而成，它在有效促進(jìn)石墨化的同時(shí)抑制滲碳體分解，比較適合于較高碳當(dāng)量鑄鐵的生產(chǎn)，常見的有稀土穩(wěn)定

46、化孕育劑、氮穩(wěn)定化孕育劑。7)復(fù)合孕育劑：復(fù)合孕育劑是由石墨化元素與阻礙共晶團(tuán)生長元素相復(fù)合而成的一類孕育劑，它從形核和生長兩方面發(fā)揮孕育作用，所以在鑄鐵生產(chǎn)中越來越引起人們的重視，常使用的有球鐵用含bi復(fù)合孕育劑，灰鑄鐵cmsb復(fù)合孕育劑。不同孕育劑在生產(chǎn)實(shí)踐中各有側(cè)重。ba、cu、re、a1孕育能力強(qiáng)，ti次之，sr具有一定的形核能力，防止自口傾向作用明顯；sr、ce、ba具有較強(qiáng)的抗衰退能力，特別是ba是較理想的組元，雖然其抗衰退能力不及sr、y但有很強(qiáng)的形核能力，而且含ba孕育劑溶點(diǎn)低，易被吸收，處理時(shí)浮渣少；mn、cr具有穩(wěn)定化作用；re和ca對鐵液有較好的凈化作用。國內(nèi)外孕育劑添加

47、元素主要有re、mn、ca、ti、ba、ai、bi、mg、c、cu、zn等，每個(gè)國家的生產(chǎn)特點(diǎn)不同，有自己的特色。據(jù)文獻(xiàn)介紹13，加有bi、ce的孕育劑有顯著的效果。近幾年還開發(fā)了摻加氧、硫粉末的孕育劑，試驗(yàn)表明，孕育效果良好效果。孕育技術(shù)主要包括孕育劑和孕育方法兩個(gè)方面。孕育方法是指將孕育劑加入鐵液的方法，它對孕育的效果有很大的影響。隨著鑄鐵孕育要求的提高，人們對于孕育方法也越來越重視，已發(fā)展了多種孕育方法。1)包內(nèi)孕育：包內(nèi)孕育是將孕育劑放置在鐵水包的底部，鐵液流入包內(nèi)時(shí)將孕育劑沖熔、混合，以實(shí)現(xiàn)對鐵水的孕育；或者將孕育劑加在鐵水流上，隨同鐵液流入包內(nèi)，這種操作可以是在出鐵時(shí)進(jìn)行，也可以是

48、在鐵水從大包轉(zhuǎn)入澆注包的過程中進(jìn)行。這種方法簡便易行，在生產(chǎn)上廣為應(yīng)用。這種方法的缺點(diǎn)是孕育處理至鐵水凝固的時(shí)間長，孕育衰退經(jīng)常發(fā)生。對于一次處理鐵水量大，需要較長的時(shí)間澆注的生產(chǎn)情況，由于孕育衰退會(huì)導(dǎo)致后澆注的鑄件孕育不足。此外，這種方法的孕育劑用量大。2)瞬時(shí)孕育：瞬時(shí)孕育也稱之后孕育，它是指在金屬液澆入鑄型時(shí)或在澆注系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行的孕育，這使孕育處理至鐵水凝固的時(shí)間達(dá)到最短的程度，從而極大地減小了孕育衰退的發(fā)生，并減少孕育劑的加入量。已發(fā)展的多種瞬時(shí)孕育方法有澆口杯孕育、硅鐵棒孕育、浮硅孕育、隨流孕育、型內(nèi)孕育和孕育絲孕育等。各種方法都有其特點(diǎn)，適于流水生產(chǎn)線上應(yīng)用的方法主要有隨流孕育、型內(nèi)

49、孕育和孕育絲孕育等三種方法，每一種方法還可細(xì)分。隨流孕育：隨流孕育是在澆注過程中將粒狀或粉狀的孕育劑通過一定的裝置加到澆口杯上方的金屬流中，孕育劑通過一個(gè)管子在干燥的壓縮氣流或重力作用下引入到鐵水流上，孕育裝置上安裝了一個(gè)光電傳感器，孕育劑的加入可自動(dòng)控制。孕育劑輸送還可采用螺旋給料或振動(dòng)給料的方式。隨流孕育方法在生產(chǎn)上得到廣泛的應(yīng)用，使用這種方法時(shí)，應(yīng)保證所用的孕育劑粒度大小合適，一般為0.30.7mm另外，孕育劑應(yīng)有良好的熔解特性，以保證孕育劑在鐵液中完全熔解，不至于有未完全熔解的孕育劑在鑄件中形成硬點(diǎn)13。絲孕育：絲孕育是用薄鋼帶將孕育劑包裹成一條具有任意長度的包芯絲，澆注時(shí)借助一定的裝

50、置將其送至金屬流中，隨著包芯線包皮的不斷熔化，孕育劑將徐徐進(jìn)入鐵水，通過控制絲的進(jìn)給速度控制孕育劑的加入量。絲孕育方法可以準(zhǔn)確控制孕育劑的加入速度，特別適用于全自動(dòng)和半自動(dòng)澆注系統(tǒng)。但這種方法也有缺點(diǎn)，一是孕育成本較高；二是絲送入鐵液的速度受到鋼皮熔解速度的限制14。型內(nèi)孕育：型內(nèi)孕育是把孕育劑放置在澆注系統(tǒng)內(nèi)，當(dāng)鐵液流經(jīng)澆注系統(tǒng)時(shí)，高溫鐵水與孕育劑接觸，使孕育劑熔解而進(jìn)入鐵液，從而使鐵液獲得孕育。孕育劑可以制成塊或片放置在直澆道底部、過濾網(wǎng)之上或兩片過濾網(wǎng)之間，也可以將顆粒狀孕育劑放置在反應(yīng)室內(nèi)，型內(nèi)孕育具有孕育作用強(qiáng)、孕育劑用量少、孕育衰退能減小到最小的程度等優(yōu)點(diǎn)，因而受到鑄造工作者的重視

51、，在一些質(zhì)量要求高的鑄鐵件生產(chǎn)中得到應(yīng)用15。型內(nèi)孕育始于20世紀(jì)60年代，最初是將細(xì)小粒狀的硅鐵孕育劑直接放在澆口杯、直澆到道底下或橫澆到道內(nèi)，以補(bǔ)償一次孕育的衰退，但這種做法易于把未熔的孕育劑沖入型內(nèi)，引起夾雜或孕育不均勻，這些問題使得孕育塊得到了發(fā)展。將孕育劑制成一定形狀和質(zhì)量的孕育塊，將其插置在直澆口下或橫澆道反應(yīng)室內(nèi)，澆注時(shí)高溫鐵液流經(jīng)孕育塊使孕育塊不斷熔解進(jìn)入鐵液，使鐵液得到孕育。采用這種孕育方法使得鐵水從孕育至凝固的時(shí)間最短，從而最大限度地減小了孕育哀退，獲得最佳的孕育效果，孕育劑用量亦小。孕育塊的成型方法主要是鑄造成型、粘結(jié)劑粘結(jié)成型及最近發(fā)展的粉末冶金成型等。粘結(jié)成型是使用粘

52、結(jié)劑，(如石蠟、水玻璃、硬脂酸、橡膠等16)將粒狀孕育劑粘結(jié)起來，成為一定的形狀。粘結(jié)成型的孕育塊依所使用的粘結(jié)劑不同有著不同的特點(diǎn)，用石蠟粘結(jié)的孕育塊在鐵水中易于熔解，但其強(qiáng)度低，易于變形：用水玻璃粘結(jié)的孕育塊強(qiáng)度高，便于搬運(yùn)，但在鐵水中熔解慢。鑄造成型的孕育塊有一定的強(qiáng)度、搬運(yùn)存放方便，但在鐵水中熔解較難。用粘結(jié)劑粘結(jié)的孕育塊或多或少都因粘結(jié)劑分解或殘留而對鑄件產(chǎn)生不利的影響。最近發(fā)展的粉末冶金孕育塊不使用粘結(jié)劑，孕育劑顆粒之間是冶金結(jié)合，具有鑄造成型的孕育塊和粘結(jié)成型孕育塊兩者的優(yōu)點(diǎn)。將孕育塊與過濾網(wǎng)組合成一體，把孕育與過濾結(jié)合起來是型內(nèi)孕育的最新發(fā)展。有兩種做法，一是把孕育塊插在一個(gè)過

53、濾網(wǎng)之中；另一種是把孕育片放在兩塊過濾網(wǎng)之間，據(jù)介紹這種方法使得孕育更均勻，效果更好。從20世紀(jì)60年代以來就有人開始進(jìn)行可鍛鑄鐵孕育處理、改變其退火工藝的研究。巴黎制造技術(shù)中心采用提高硅含量，用al、bi進(jìn)行孕育，使退火周期縮短，節(jié)能20；蘇聯(lián)研制的一種含有sife2025，bi68的孕育劑，并采用型內(nèi)孕育，結(jié)果使退火時(shí)間縮短50。國內(nèi)采用復(fù)合孕育劑孕育處理工藝使退火溫度降至800左右或退火溫度不變，而退火時(shí)間縮短40以上。國內(nèi)的殷鳳仕、周麗等人用成分為fesba5re3:0.5+nacl:0.1%+bi:0.013的孕育劑對成分為c:2.32.8；si：1.41.8；mn：0.30.7；s

54、0.25；p0.1鐵水進(jìn)行孕育處理后，經(jīng)800x20h+720x5h處理，就得到完全石墨化的力學(xué)性能較好的鐵素體可鍛鑄鐵17。沈陽航空工業(yè)學(xué)院的趙玉華、黃震威18等選擇一定的鐵液成分，用bi、sb孕育及sb-b-re混合孕育處理后得到鑄態(tài)組織為麻口的鑄件，經(jīng)740c保溫10小時(shí)以內(nèi)就可得到鐵素體基可鍛鑄鐵。4結(jié)論可鍛鑄鐵是白口鑄鐵通過石墨化退火處理得到的一種強(qiáng)韌鑄鐵，可鍛鑄鐵中的石墨呈團(tuán)絮狀分布，對金屬基體的割裂和破壞較小，石墨尖端引起的應(yīng)力集中小，金屬基體的強(qiáng)度、塑性及韌性可以較大程度地發(fā)揮作用，所以有較好的強(qiáng)度和塑性，特別是低溫沖擊性能較好，耐磨性和減振性優(yōu)于普通碳素鋼。這種鑄鐵因具有一定

55、的塑性和韌性，常用于制造汽車后橋、彈簧支架、低壓閥門、管接頭、工具扳手等，所以在穩(wěn)定與提高材質(zhì)的基礎(chǔ)上,節(jié)約能源與提高生產(chǎn)率(縮短退火周期)一直是研究黑心可鍛鑄鐵中的重要課題.通過研究和分析可鍛鑄鐵的退火前后的金相組織和力學(xué)性能，可得到以下結(jié)論：1. 可鍛鑄鐵的退火實(shí)際就是白口鑄鐵組織中的滲碳體的分解為鐵素體和團(tuán)絮狀石墨的過程。2.退火過程中，鑄鐵中的各種化學(xué)元素對縮短退火周期，改善鑄造性能有著重要的作用。3.退火后的可鍛鑄鐵是一種高強(qiáng)度鑄鐵，具有較高的強(qiáng)度，塑形和沖擊韌度，但是生產(chǎn)周期長，能耗大，工藝復(fù)雜。參考文獻(xiàn)1日本鋼鐵協(xié)會(huì)編寫組新版鋼鐵技術(shù)講座5(鑄鐵與鑄鋼)上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，19952編寫組鑄造手冊(鑄鐵分冊，第2版)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.4203郝石堅(jiān)現(xiàn)代鑄鐵學(xué)北京冶金工業(yè)出版社，20044鄭志英鐵索體可鍛鑄鐵化學(xué)成分控制機(jī)械工人熱加工，1990，045lsofron，irisposon，ichira：the metallurgy of cast iron，19756賈晨可鍛鑄鐵退火工藝的現(xiàn)狀與發(fā)展河南農(nóng)業(yè)技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，19997楊仁山可鍛鑄鐵快速循環(huán)石墨化退火的試驗(yàn)鑄造，1994，9:28-298李玉田縮短可鍛鑄鐵第一階段石墨化退火時(shí)間的思考鑄造，1995，5：32-339秦子強(qiáng)，余宗森鑄鐵孕育機(jī)理金屬學(xué)報(bào)，1998