鑄鐵的合金化處理可以追溯到20世紀三四十年代，合金化處理使得鑄鐵性能有了質(zhì)的飛躍，同時也誕生了一些特殊用途的鑄鐵如耐磨、耐蝕和耐熱性能。采用孕育的方式來生產(chǎn)鑄鐵也是在這個時期內(nèi)產(chǎn)生的。在20世紀40年代末，孕育后具有球形石墨的的鑄鐵替代了通常的片狀石墨鑄鐵，我們稱這類鑄鐵為球墨鑄鐵。
球化元素與反球化元素的分類 球化元素按其球化效果，一般分為三組。 第一組：Mg、Y、Ce、La、Pr、Sm、Dy、Ho、Er。 第二組：Ba、Li、Cs、Rb、Sr、Th、K、Na。 第三組：Al、Zn、Cd、Sn。 第一組球化能力最強，第二組次之，第三組最弱。 當用鎂作球化元素時，第三組元素往往產(chǎn)生反球化作用。 反球化元素 ：硫和氧是鑄鐵中常見的反球化元素，此外Ti、Al、B、As、Pb、Sn、Sb、Bi、Te、Se等則屬于鐵液內(nèi)常見的反球化元素。附表是按其作用機理分類。 如何選擇球化劑 球化劑和孕育劑是球化處理過程中最重要的材料，除了質(zhì)量穩(wěn)定外，選擇合適的球化劑還需要考慮以下幾種因素。 球化處理溫度：如果球化處理溫度>1480℃，球化反應(yīng)會比較劇烈，進而造成較低的鎂吸收率。為了使球化反應(yīng)平穩(wěn)，則可選擇鈣含量相對較高的球化劑。如果球化溫度<1480℃，則可以使用鈣含量相對低一點的球化劑。 處理包尺寸：如果處理包的高徑比為1:1，則由于鎂蒸汽的散失會導(dǎo)致鎂吸收率的降低，建議使用鈣含量較高的球化劑。如果處理包的高徑比為2:1，則球化反應(yīng)會比較平穩(wěn)，鎂蒸氣會擴散到鐵液中，鎂吸收率得到提高。 球化處理工藝：如果不使用蓋包法，那么球化反應(yīng)產(chǎn)生的煙霧就會進入到大氣中，并且會產(chǎn)生刺眼的白光。為了使球化反應(yīng)平穩(wěn)，可以采用低鎂高鈣的球化劑。如果使用蓋包法工藝，鐵液不會飛濺，并且產(chǎn)生的煙霧較少，可使用高鎂低鈣的球化劑，以減少加入量，降低球化成本。 處理重量：如果處理鐵液的重量小于500kg，那么可使用粒度較小的球化劑，推薦使用粒度12mm以下的球化劑。如果處理鐵液的重量在500~1000kg，可使用粒度較大的球化劑，如粒度為3~25mm的球化劑。如果處理鐵液的重量大于1000kg，則可以使用4~32mm的球化劑。 硅含量：如果鑄造產(chǎn)品的工藝出品率較低或者廢品率較高，想通過多加回爐料和廢鋼的方式進行熔煉，而最終鑄件對鐵水的硅含量有嚴格要求。在孕育量沒法進一步降低的前提下，可使用低硅球化劑進行處理，這樣可使回爐料多加8%~15%，可降低鑄造廠的生產(chǎn)費用。 原鐵液硫含量：如果原鐵液硫含量較高，如果不進行脫硫處理，則需要高鎂高稀土的球化劑，并且加入量會較高，如果原鐵液的硫含量較低，則可以使用低鎂低稀土的球化劑，且加入量會較低，低鎂低稀土的球化劑成本也會比較便宜。 不同的球化方式 目前常用的球化方式有以下幾種：包內(nèi)處理法（包括直沖法，三明治法和蓋包法）、型內(nèi)球化法、流淌法、純鎂處理工藝（包括轉(zhuǎn)包法和包芯線法）。現(xiàn)就這幾種球化方式的優(yōu)缺點簡單介紹以下。 包內(nèi)處理法：這是最常見的球化工藝，應(yīng)用范圍廣，小到幾公斤的汽車件，大到幾十噸的風電件都可以使用這種工藝。以蓋包法的鎂吸收率最高，其次是三明治法。缺點是目前自動化程度不高，國內(nèi)已有一些設(shè)備廠在研發(fā)自動加料系統(tǒng)。 型內(nèi)球化法：現(xiàn)在使用這種工藝的鑄造廠不是很多，因為這種工藝的缺點比較明顯，球化處理產(chǎn)生的渣子有時會進入型腔，造成夾渣缺陷而產(chǎn)生廢品。另外，這種球化工藝對鐵液溫度及鐵液流速要求較高，否則會球化不均勻。 流淌法：顧名思義，流淌法是鐵液流過裝有球化劑的球化室而進行球化，目前這種工藝用的并不是太多。優(yōu)點是自動化程度相對高一些；缺點是對鐵液溫度和鐵液流速要求較嚴。 純鎂球化工藝：有時也叫高鎂球化工藝，目前主要有兩種形式，轉(zhuǎn)包法和包芯線法。這種方法的優(yōu)點是自動化程度較高，也有利于環(huán)保；缺點是鎂吸收率偏低，產(chǎn)生的煙霧和渣子較多。 附圖從煙霧和渣子及鎂吸收率等方面對各種球化工藝進行對比。 生產(chǎn)球墨鑄鐵的注意事項 現(xiàn)在簡要總結(jié)一下生產(chǎn)球鐵的注意事項。 （1）原鐵液的硫含量及其他微量元素不要太高。如果原鐵液硫含量和其他微量元素含量太高，則需要較多的球化劑加入量或者稀土含量較高的球化劑，這樣球化劑的成本就會增加，另外過多的球化劑會造成更多的渣子，不利于鑄件質(zhì)量的穩(wěn)定。稀土含量太多，則會在大斷面的鑄件上易產(chǎn)生碎塊狀石墨。 （2）球化處理的穩(wěn)定性。球化處理工序是球墨鑄鐵生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵工序，只有球化處理工序穩(wěn)定了，鑄件的質(zhì)量才能穩(wěn)定。針對不同的產(chǎn)品，不同的原鐵液硫含量，該加入多少球化劑、孕育劑等，都要寫入作業(yè)指導(dǎo)書并且嚴格執(zhí)行。 （3）避免較長的等待時間。 球化孕育處理后，應(yīng)立即進行澆注。因為隨著時間的延長，殘留鎂會燒損并且孕育效果會衰退。 （4）避免過高的殘留鎂含量。較高的殘留鎂含量會增大鑄件的縮松傾向，對于一般球墨鑄鐵，殘留鎂含量（質(zhì)量分數(shù)）應(yīng)控制在0.035%~0.045%，對于高鎳球墨鑄鐵，殘留鎂含量應(yīng)控制在0.06%~0.07%。 （5）對要求較高的鑄件使用較好的孕育劑。 對要求較高的風電件、高鐵件等，則應(yīng)選擇孕育效果較強的隨流孕育劑（如具有專利的Ultraseed/Ce）。其特點是能顯著增加石墨球數(shù)，且石墨球形圓整。
