孕育方法对铸铁孕育效果影响研究(2)
3.4型内孕育孕育剂不同加入量对铸铁抗压性能的影响 23
4. 结论 26
致 谢 27
参考文献 28
1 前言
1.1 铸铁概述
铸铁主要由铁、碳和硅组成的合金的总称。在这些合金中，含碳量超过在共晶温度时能保留在奥氏体固溶体中的量。含碳量在2%以上的铁碳合金。工业用铸铁一般含碳量为2%～4%。碳在铸铁中多以石墨形态存在，有时也以渗碳体形态存在。除碳外，铸铁中还含有1%～3%的硅，以及锰、磷、硫等元素。合金铸铁还含有镍、铬、钼、铝、铜、硼、钒等元素。碳、硅是影响铸铁显微组织和性能的主要元素。铸铁成本低廉，铸造性能和使用性能良好，故铸铁是现代机器制造业的重要和常用的结构材料。其重量一般占机器总重量的60％～70％。
铸铁可分为：
①灰口铸铁②白口铸铁③可锻铸铁④球墨铸铁⑤蠕墨铸铁⑥合金铸铁件[1]
1.2孕育机理
什么是孕育? 以一定基质加到熔化的金属液里以形成结晶核心。作为一个改善石墨形态的过程，消除碳化铁，增加共晶团，并减少断口敏感性、以改善铸铁的机械性能和加工性能。在控制凝固期间过冷的同时，孕育也帮助产生一个时间和温度之间的平衡[2]。
铸铁的凝固是个复杂的过程，简单说，这期间发生着二件主要的事，即成核与长大。成核期间，原子朝某一点扩散，成为成核中心。[3]随温度下降，原子活动慢慢下来，并开始自组成晶格，晶格长大渐渐随铸模的形状而凝固。凝固期间，石墨晶核在液态金属中是领先项，碳原子通过液态或固态的金属扩散[4]，以积聚在生长石墨的表面。孕育剂的加人，正是帮助建立外来晶核，使碳原子有所依附，在液态势金属中，促进形成所需的石墨结构，其结果是更多的石墨晶核产生，使铸件晶粒细化，更具致密性。
孕育对消除凝固期间的过冷也有积极影响。我们知道如果金属温度和冷却速度都是充分的，并有适当的成核与条状石墨成长的时间，这是一种理想的平衡状态[5]。如果这种平衡不存在，过冷就会发生，这种现象是铁液连续冷却，凝固点而不凝固时发生的。因为固溶体外的液相铁和过量的碳需要一些停留点，当碳原子没有足够的时间到达所地点，不能同其他碳原子结合，就会和相邻的三个铁原子结合起来，产生Fe3C，也称碳化铁，在切削加工时，它们被称作硬点、白口等。孕育剂的加人， 创造了更多的位置供成核，原子游离距离大大缩短，建立了凝固平衡，抵消了过冷影响[6]。
但是，不注意孕育剂使用的方式，就会产生孕育作用的衰退。孕育衰退可在孕育剂加人后几分钟后出现。当孕育剂加人高温铁水中时间过长，这些外来晶核充分熔化，那么成核作用就被破坏，结果导致铸铁成份不能达到预期配比，机械性能恶化，孕育衰退的速度取决于孕育剂的成份和铁的成份以及温度，所以我们应充分注意孕育衰退的作用，使孕育剂的加人尽可能接近终铸期。
1.3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。
1.3.1 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。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.此次试验主要用于浇铸小型铸件，所以采用最常用的硅铁孕育剂。
1.3.2 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。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。