球铁中的球化元素与反球化元素

高山流水

一、球化元素
至今已发现的球化元素有：Ce、Mg、Ca、Y、K、Na、Bi、Li、Zn、Te、Se、Be、Tn、Sr、Ba、Cd。
这些元素中大都数只有在纯净铁水中才能表现出球化能力，而真正有工业价值的仅仅有Ce、Mg、Ca、Y元素才有较强的净化能力和球化能力。
⒈Mg作球化剂的特点
⒈1Mg是最强的球化剂能使亚共晶、共晶和过共晶成分的铁水中的石墨球化并有良好的脱硫脱氧能力。
⒈2Mg的沸点（1107℃）低于铁水温度，Mg直接加入铁水中有剧烈的沸腾，操作不安全，铁水对Mg的吸收率低，球化不稳定，Mg的气化带走大量热量，降低铁水温度比较严重。
⒈3纯Mg处理的铁水凝固时体积收缩大，铸件内部形成的缩孔、缩松较难彻底清除。
⒈4Mg极易氧化生成多种非金属夹杂物，使铸件造成表面夹渣、皮下气孔等缺陷。
⒈5当有微量反球化元素存在时就很难使石墨球化。
⒉稀土金属作球化剂的特点
⒉1沸点高（1430～1470℃），加入铁水没有强烈的沸腾，球化处理比较安全。
⒉2与很强的脱硫、脱氧能力，并可消除其他杂物和气体，提高铁水的纯净度。
⒉3能抑制反球化元素对球化的干扰作用。
⒉4改善铸造性能，可显著提高铁水的流动性，减少偏析，减少镁球铁传统缺陷（黑渣、缩孔、缩松、皮下气孔等）。
稀土合金单独作球化剂的弱点
①球化作用比镁差，只能球化过共晶成分铁水；
②球化的石墨球不太圆整；
③稀土有加剧石墨漂浮和球化衰退的作用，稀土残留量<0.5%时，石墨形状就明显恶化（粗大、形状变坏），使球铁的冲击韧性降得很低，而且热处理都无法改善这种情况。
根据以上情况可知，单独用镁或单独用稀土都不是理想的球化剂。将镁和稀土再配入一定量的硅、锰和铁熔成中间合金作球化剂，是性能很好的球化剂，在国内生产中得到广泛的应用。
⒊稀土镁硅铁作球化剂的特点
⒊1球化能力强，可处理亚共晶、共晶、过共晶成分的铁水，并对含硫较高和含有反球化元素及温度稍低的铁水也能进行球化。适应目前国内熔炼条件。
⒊2球化反应动力条件好，反映平稳，反应的产物易于排除，可用冲入法或型内法处理，处理工艺良好。
⒊3比镁求铁提高流动性40%；能降低氧化膜形成温度约50℃；减少收缩前膨胀值0.3～0.4%，还能减少缩松、夹渣、皮下气孔和冷隔等铸造缺陷。
⒊4有净化铁水、弥散合金的作用、减少铸造缺陷、提高机械性能和耐磨性能的作用。
⒊5含钇的稀土镁球化剂还具有一定的抗球化衰退能力，能使较低残留镁的铁水得到球状石墨，保证球化良好。
⒋稀土镁硅铁中间合金的配比
中间合金的配比关键是镁和稀土两元素的配比含量。较合适的含镁量是7～9%，稀土6～7%，硅30～45%，余下的是铁和锰，以上成分最适合用于包底冲入法球化处理。
⒋1含镁小于6%时，则需加入较多的球化剂才能保证球化处理，加入量多则使铁水降温多，含镁低也不利铁水翻腾，则对清渣除气不利。
⒋2含镁大于10%时，铁水处理时翻腾太激烈，铁水飞溅严重，操作不安全，而且使镁和稀土烧损大，不易保证球化。含镁大于15%的球化剂根本不提倡使用。
⒋3稀土含量太高，对厚大铸件不但不能提高球化率反而恶化石墨形状（絮状或蠕虫状），并逐渐组织不均匀，出现“反白口”现象。
⒋4稀土含量太低，就不能充分发挥稀土元素消除反球化元素的干扰作用，也不能有效起脱硫、脱氧作用。
⒋5在稀土镁中间合金中，还含有一定量的硅是因为硅和稀土镁中的镁和稀土能形成低熔点的合金，气熔点比纯镁的熔点高。硅含量越高，镁合金熔点越高，当在熔炼中间合金和球化处理时，镁不易烧损。
当然硅含量也不易太高，否则大量的硅会随着球化剂带进铁水中，是铁水的含硅量猛增，对铸铁的性能也不利，一般控制在30～45%。
中间合金中和配入一定的锰和铁，目的是增大合金的比重，防止球化剂浮到铁水表面被烧掉，有利球化。
二、反球化元素
反球化元素是指那些只要少量存在于铁水中，就能部分或全部破坏石墨球化的元素。
硫和氧是工业铸铁中常存的反球化元素，此外如Sn、Sb、As、Pb、Al、Bi、Ti、B等。
反球化元素按其作用机理分为两类，一类是消耗型反球化元素，包括S、O、Se、Te等，他们与镁及稀土元素形成MgO、MgSe、MgS、MgTe及稀土化合物，消耗了球化元素，另一类是晶界偏析型反球化元素，包括Sn、Sb、As、Cu、Al、Ti等，铸件越厚，冷却速度越慢，反球化元素的破坏作用越强烈。
反球化微量元素大多是由生铁中带入铁水中的，我们某些地区生铁的微量元素含量，采用稀土镁硅铁球化剂时，一般都可以使球化合格。