摘要；在預處理過程中，利用75硅鐵的脫氧工藝；補償球鐵中 (SiO2)的缺失量，配合初生奧氏體晶枝生長劑的應用；在球鐵鐵液共晶度=（0.99—1）的條件下，穩定的生產球化率≥90%球墨鑄鐵。
　　關鍵詞；硅氧化；預處理；球墨鑄鐵
　　目前鑄造行業廣泛應用的孕育處理工藝，大都著眼于影響鑄鐵共晶轉變時的石墨生核。如何加以改進,使通過孕育處理即能控制共晶轉變,又能控制初生奧氏體的析出,這是一項值得認真研究的課題。
　　鐵液中加入細微的粉狀α-石英或α-方石英（其中主要成分為SiO2)，初生奧氏體枝晶都易于生核析出。石英通過反應可形成異質晶核的形核劑，形核劑中的元素能與液態金屬中的某些元素，反應生成較穩定的化合物，這些化合物與細化相具有界面共格對應關系而能促進非均質形核。
　　如把硅鐵加入鐵液中，瞬時間形成了很多富硅區，造成局部過共晶成分迫使石墨提前析出。而硅的脫氧產生物二氧化硅(SiO2)及硅鐵中的某些微量元素形成的化合物可作為石墨析出的有效襯底，促進非均質形核。
　　球墨鑄鐵的處理方式不同于灰鑄鐵,其中析出石墨所依托的異質晶核也就不同于灰鑄鐵。經球化處理的鐵液純凈度高,其中的硫,氧含量顯著降低。從熱力學能位的角度看來,一些元素的硫化物比氧化物穩定,因而先形成MgS,CaS和MnS等硫化物，作為晶核的核心。然后在細微的硫化物上，形成多種氧化物，這些氧化物又與SiO2作用形成復合的硅酸鹽外層，與石墨晶格的匹配度較好，這就是球狀石墨析出的異質晶核。
　　利用75硅鐵脫氧生成的氧化物(SiO2);做為球墨鑄鐵石墨球生長的過渡層,是一種新工藝. 通過實踐也逐步認識到；由硅酸鹽和SiO2作用形成的復合外層 ,與球狀石墨的生長有著良好的匹配度，在生產球墨鑄鐵的過程中,更容易獲得形態圓整的球狀石墨。
　　1 球墨鑄鐵的石墨形核
　　到目前，很少有人對石墨晶核的產生提出明確的觀點。研究人員經過多年的努力，在此領域取得了很大的進步。在實驗研究中，研究人員發現了球狀石墨中有夾雜物的痕跡。如用掃描電鏡和X射線顯微分析技術，對球狀石墨進行仔細分析觀察，發現了在球狀石墨中心，有尺寸約為1微米的外來夾雜微粒，而且認為這些起晶核作用的微粒，具有雙層結構。
　　在用硅－鐵－鎂進行球化處理和用硅鐵進行孕育處理的球墨鑄鐵中，晶核的最中心部分由鈣和鎂的硫化物組成，其尺寸約為0.05微米，晶核的外圍層則由鎂，鋁，硅，鈦的氧化物構成；在硫化物質點和外層氧化物之間，以及外層氧化物和在其上生長的石墨之間，均發現了一定的晶向對應關系。由此認為，鎂，鈣等元素在球狀石墨晶核形成過程中的作用在于：通過組成這些元素的硫化物而去除了熔體中自由態的硫；這些硫化物的微粒，構成球狀石墨最中心部分。
　　在9000倍電子顯微鏡觀察下，可以進一步顯示球狀石墨的微觀結構。球狀石墨內部顯示年輪狀的結構，其內部好像有一核心，離開中心部分一段極微小距離以外，碳原子開始形成年輪狀堆積。

　　圖1  （a）、（b）×100看到的球狀石墨結構（c）×500看到的球狀石墨結構（d）×9000看到的球狀石墨結構

　　從核心開始，石墨呈輻射狀發展，每個放射角皆由垂直于球的徑向、互相平行的石墨勁歌基面即（0001）面堆積而成，構成一個單晶粒，所有的c軸[0001]均呈徑向輻射狀排列，石墨球就是由許多這樣的多面錐體狀的石墨晶粒所組成。

　　圖2球狀石墨結構模型

　　在掃描電子顯微鏡下，它完全顯示出了球狀石墨的立體外貌，可以清楚的看出，石墨球表面是不光滑的，而且帶有許多大小不同的泡狀物。

　　圖3   ×1 500球狀石墨外貌存有突起的許多泡狀

　　為能夠穩定的生產球化率≥90%的球墨鑄鐵，還需控制初生奧氏體枝晶的生成量。在工業生產的條件下,球墨鑄鐵的凝固是在非平衡條件下進行的,在共晶轉變之前已有初生奧氏體枝晶的析出。初生奧氏體枝晶的數量和枝晶間距,對球墨鑄鐵中的石墨形態、尺寸、和分布狀況都有重要的影響。枝晶間距大,枝晶間就有大的石墨球；枝晶間距小,就只能產生小的石墨球,因為一部分石墨球是在枝晶間的鐵液中析出的。
　　圖4是在模型中每個凝固單元為有枝晶結構和許多石墨球的一個共晶奧氏體晶粒。

　　圖4  G.Rivera等人提出一個新的凝固模型（奧氏體枝晶間生長著球狀石墨）

　　國內專家研究證實；有一個石墨球和奧氏體組成的共晶晶粒，也有包圍幾個石墨球的奧氏體晶粒。更多的是，共晶石墨球的外圍有多個奧氏體晶粒生核、長大，最后形成包圍石墨球的“暈圈”的情況

　　圖5奧氏體在石墨球上生長

　　圖6  ×500DIC照明看到的球狀石墨

　　2 硅氧化孕育球墨鑄鐵?實驗數據
　　主材配料；原生鐵15%，回爐料30%，廢鋼55%，
　　在3噸中頻電爐內的鐵液中取樣進行的實驗
　　（表1）QT600--3原鐵水取樣

　　（表2）QT600--3球化后的鐵水取樣

　　（表3）球鐵共晶度的檢測結果

　　（表4）球化率-石墨數量-石墨等及-珠光體數量

　　圖7   硅氧化工藝生產的球鐵金相照片×100
　　（表5）硅氧化孕育處理工藝后球墨鑄鐵力學性能高于普通孕育的力學性能

　　（表6）硅氧化孕育工藝過程

　　利用熱分析技術，可將球鐵鐵水進行凝固溫度范圍的調控。當共晶度=1,共晶再輝度 ～2 ℃時,球鐵鐵水凝固溫度范圍可控制在很窄的區間。窄凝固溫度范圍球鐵鐵水的特點：（1）提高了鐵水的流動性；（2) 石墨球數會相應增多、單個體積變小；(3) 調解了石墨的析出區間，有效的減輕了鑄件出現縮孔、縮松的機率。

　　（表7）鑄造合金種類與凝固溫度范圍的關系

　　通過調節碳和硅的成份選擇合適的共晶度從下例的梯形試塊的實驗中可以觀察到；寬凝固溫度范圍(亞共晶）球鐵鐵液澆注的試塊心部出現了縮孔。而窄凝固溫度范圍的球鐵鐵液（共晶）成分的球鐵鐵液澆注的試塊則沒有這種情況。

　　圖8  QT450--10;1260℃時澆注的梯形試塊共晶度=0.98時出現的縮孔
　　QT450--10;1260℃時澆注的梯形試塊共晶度=1時沒有出現縮孔
　　窄凝固溫度范圍的球鐵鐵液充型效果好，用共晶度=1的球鐵鐵液澆注的5毫米大小的鑄字，都能鑄得非常清楚。

　　（圖9） QT450--10澆注溫度1390℃---1360℃

　　3  經濟效益
　　常規工藝條件下：
　　傳統工藝：生產球化率≥90%的球鐵，采用進口的高級孕育劑為40000元/噸；
　　常規工藝；生產球化率≥80%（90%？≥80%）,采用的孕育劑其價格在≥8000元/噸。
　　硅氧化工藝：生產球化率≥90%的球鐵,采用國產75硅鐵價格7000元/噸。
　　（表8）硅氧化孕育球墨鑄鐵的成本表（與硅含量相同的球化率≥90%球鐵比較）

　　4  結論
　　利用75硅鐵脫氧生成的氧化物(SiO2)做為球墨鑄鐵石墨球生長的過渡層,是一種新工藝，其機理是由硅酸鹽和SiO2作用形成的復合過度層 ,與球狀石墨的生長有著良好的匹配度，為球狀石墨的生長提供了充分的條件，此工藝即降低了生產成本又簡化了操作過程，并可穩定的生產球化率≥90%球墨鑄鐵。
　　此工藝操作簡單適用范圍廣，在多家條件差的小企業中，同樣做到了穩定的生產球化率≥90%的球墨鑄鐵。