1947年英國(guó)人莫羅(MorroghJH)首次發(fā)現(xiàn)含鈰球墨鑄鐵，Gagnebin用加入Mg的辦法在鑄態(tài)鑄鐵中獲得球狀石墨，為當(dāng)代球墨鑄鐵發(fā)展開(kāi)辟了道路。球墨鑄鐵被用于生產(chǎn)制造曲軸、核燃料廢料儲(chǔ)存罐等，被廣泛運(yùn)用于機(jī)械制造、冶金礦山、石油化工、交通運(yùn)輸?shù)嚷毮懿块T(mén)。球化解決和孕育解決是球墨鑄鐵生產(chǎn)制造過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，球墨鑄鐵進(jìn)行孕育解決的目的性是為消除球墨鑄鐵的白口化傾向、消除過(guò)冷石墨、促進(jìn)石墨化、細(xì)化共晶團(tuán)及減少晶間偏析等。這篇文章主要介紹了世界各國(guó)球墨鑄鐵的球化及其孕育解決的科學(xué)研究情況：闡述了在合金化基礎(chǔ)上．稀土硅與球化劑同時(shí)加入后，普通的孕育是生產(chǎn)制造鑄態(tài)薄壁新型球鐵的關(guān)鍵辦法，型內(nèi)孕育是在鑄態(tài)下生產(chǎn)制造Y型高強(qiáng)度球墨鑄鐵鑄件的關(guān)鍵辦法。

1鑄鐵球化及其孕育的研究現(xiàn)狀

球墨鑄鐵是指向鐵水里加入一定數(shù)量的球化劑和孕育劑，可以通過(guò)球化及孕育解決使鐵水在凝固時(shí)碳以球狀石墨的形式形核和生長(zhǎng)，凝固后鑄鐵的組織中獲得球狀石墨的鑄鐵。球化解決和孕育解決是生產(chǎn)制造球墨鑄鐵的重要環(huán)節(jié)。

在球化解決技術(shù)方面．現(xiàn)階段世界各國(guó)球化解決的辦法主要有：澆包沖人球化法、蓋包法、壓力加鎂法、鎂焦碳法、GF轉(zhuǎn)包法、密封性流動(dòng)法和型內(nèi)球化解決等12-31。在其中，運(yùn)用很普遍的是澆包沖入球化法，它的優(yōu)勢(shì)是實(shí)際操作簡(jiǎn)單，可完成比較穩(wěn)定生產(chǎn)制造?？墒?，這類解決辦法有球化劑鎂的吸收能力低、球化解決時(shí)因鎂的大量燃燒而導(dǎo)致勞動(dòng)條件惡化等缺陷。為了更好地克服諸多缺陷，緊接著出現(xiàn)了蓋包法、壓力加鎂法、鎂焦碳法、GF轉(zhuǎn)包法、密封性流動(dòng)法和型內(nèi)球化解決等等。現(xiàn)階段，海外普遍選用GF轉(zhuǎn)包法和蓋包法，在國(guó)內(nèi)也已經(jīng)在推廣運(yùn)用。在球化劑方面，世界各國(guó)常用的球化劑主要有稀土鎂硅鐵合金、鈣鎂球化劑、鎳鎂合金球化劑、鎂合金和純鎂合金，在其中運(yùn)用較普遍的是稀土鎂硅鐵合金。在國(guó)內(nèi)在生產(chǎn)制造《熱加工工藝》2008年第37卷第13期125萬(wàn)方數(shù)據(jù)金屬鑄鍛焊技術(shù)|Casting·Forging·Welding2008年七月上普遍運(yùn)用的球化劑是稀土鎂合金，海外許多國(guó)家因缺少稀土資源，大多數(shù)選用鎂合金和純鎂。如日本地區(qū)主要用的球化劑是鈣鎂鈰球化劑翻。在美洲大陸、歐洲地區(qū)主要用的是鎳鎂合金球化劑。這類球化劑比較昂貴，在國(guó)內(nèi)基本上沒(méi)有運(yùn)用。

在石墨材料球化理論研究這方面，曾經(jīng)指出的球化理論和模型主要有：碳化鐵快速分解理論、過(guò)飽和奧氏體理論、氣泡學(xué)理論和模型、硫化物等石墨材料球核心說(shuō)理論、過(guò)冷學(xué)理論、吸附理論、表面能理論、位錯(cuò)學(xué)理論和模型等石墨材料球成長(zhǎng)理論。碳化鐵快速分解理論的主要觀點(diǎn)為首先以碳化物凝固，然后碳化物分解析出石墨材料；過(guò)飽和奧氏體理論主要觀點(diǎn)為石墨材料直接從鐵液中析出，而后被奧氏體所包圍。碳通過(guò)奧氏體擴(kuò)散成長(zhǎng)成球狀：氣泡學(xué)理論和模型主要觀點(diǎn)為在鎂蒸汽微小的氣泡內(nèi)碳原子向內(nèi)擴(kuò)散成球狀核心．再沿此核心成長(zhǎng)成球狀，此學(xué)說(shuō)被Davis所否定,核心說(shuō)理論的主要觀點(diǎn)為通過(guò)電子顯微鏡直接觀測(cè)到石墨材料核心物質(zhì)，這些物質(zhì)有硫化物、氧化物、Mg—Si化合物等，進(jìn)而主張液態(tài)的此類微小物質(zhì)為球狀石墨材料核心：現(xiàn)階段看來(lái)硫化物等核心說(shuō)是被認(rèn)同的石墨材料球化形核學(xué)說(shuō)，但它也回答不了石墨材料怎樣成長(zhǎng)成球狀的難題。過(guò)冷學(xué)理論的主要觀點(diǎn)為由于添加鎂使得石墨材料核心消失，過(guò)冷狀態(tài)下石墨材料沿a軸、c軸方向成長(zhǎng)速度差減少，結(jié)果石墨材料成長(zhǎng)成球狀而非片狀：吸附理論主要觀點(diǎn)為鎂吸附在石墨材料上，使石墨材料表面張力提升而使其成球狀；表面能理論主要觀點(diǎn)為鐵液里添加的鎂等球化元素使硫的活度下降，石墨材料和鐵液的表面能變大，兩者之間的界面面積縮小而成球狀：位錯(cuò)學(xué)理論和模型主要觀點(diǎn)為球狀石墨材料是沿著螺旋位錯(cuò)成長(zhǎng)成球狀的。目前為止，對(duì)于石墨材料球化理論都還沒(méi)下結(jié)論。中江秀雄等綜合之前有關(guān)球化理論并結(jié)合他們的研究成果認(rèn)為：球墨鑄鐵液相中的鎂、鈰等元素的硫化物形成石墨材料核心．在成長(zhǎng)過(guò)程中成球狀，在共晶凝固開(kāi)始時(shí)石墨材料被奧氏體所包圍，碳元素通過(guò)奧氏體固相擴(kuò)散而成長(zhǎng)。同時(shí)指出增加石墨材料球數(shù)的極端重要性。

孕育處理是生產(chǎn)球墨鑄鐵的關(guān)鍵步驟的一種，正所謂孕育處理就是說(shuō)在鑄鐵溶液中加上少許特殊的孕育劑促進(jìn)石墨化作用，避免滲碳體的形成、能夠細(xì)化組織、提升材料力學(xué)性能?，F(xiàn)階段孕育處理方法主要有澆包孕育、液體孕育、孕育絲孕育、瞬時(shí)包外孕育、型內(nèi)孕育等方法j澆包孕育屬于一次孕育，是國(guó)內(nèi)許許多多廠家廣泛使用的方法。液體孕育屬于兩種鐵液沖兌的孕育方式。用以大中型鑄造鐵件處理：孕育絲孕育是空心的鋼絲內(nèi)裝有粉狀孕育劑，在直澆道進(jìn)行孕育處理的方法。孕育處理又可分為一次孕育和二次孕育。之前主要以一次孕育為主。進(jìn)行一次孕育有許許多多缺陷，如添加的孕育劑量大，另外缺陷是產(chǎn)生孕育衰退現(xiàn)象。近些年世界各國(guó)發(fā)展了許多二次孕育以及其瞬時(shí)孕育處理，主要的具體方法有：倒包孕育、澆口杯孕育、澆包漏斗隨流孕育和型內(nèi)孕育等。在其中型內(nèi)孕育是現(xiàn)階段孕育實(shí)際效果比較好的處理具體方法．它是1968年剛開(kāi)始研究的，早期在歐洲開(kāi)發(fā)和運(yùn)用，在這之后英、美、加拿大等國(guó)剛開(kāi)始zhuanli申請(qǐng)?，F(xiàn)階段，工業(yè)生產(chǎn)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家已剛開(kāi)始運(yùn)用，特別是在海外在發(fā)動(dòng)機(jī)、柴油機(jī)的鑄造和薄壁高強(qiáng)度灰鑄鐵的孕育處理方面達(dá)到較高水平．在我國(guó)在加強(qiáng)孕育處理技術(shù)研究方面推廣相對(duì)來(lái)說(shuō)有點(diǎn)慢。

有關(guān)于孕育劑，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)國(guó)外常見(jiàn)的孕育劑的類型主要有Si—Fe、Fe—Si．Ca、Si．Ba．Ca、RE．Si、Ce系、Ba系、Ca系、石墨系、Fe—si．Sr等。在其中經(jīng)濟(jì)便捷的孕育劑是硅孕育劑．如國(guó)內(nèi)大多數(shù)選用含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75％硅的硅鐵，純硅孕育實(shí)際效果很差，海外通常帶有2．5％鈣與鋁。近幾年來(lái)，海外對(duì)孕育劑的研究較多，許多人在硅中加入一定量的其它合金元素以得到更高的孕育實(shí)際效果，在其中Fe．Si．Ca、Si—Ba．Ca孕育劑適用于低硫鐵水、高硫鐵水，有提高抗拉強(qiáng)度、減少白口傾向的功用；RE．Si、Ba系、Ca系孕育劑適用于低硫鐵水，也具有前者的功用Fe．Si．Ca．Al—Ba作為型內(nèi)孕育劑。

在球墨鑄鐵孕育機(jī)理研究方面．孕育理論和模型主要有下列幾個(gè)方面：碳化物核心理論。主要的有A13C4石墨核心、CaC2核心、SiC2核心。碳化物核心理論指出孕育劑中的有效元素與鐵水中的碳反應(yīng)產(chǎn)生碳化物作為石墨核心。但這一個(gè)理論被之后的Fe—Si結(jié)晶化孕育理論所代替：氧化物理論，該理論指出孕育劑中的硅元素與鐵水反應(yīng)產(chǎn)生硅酸鹽微粒作為石墨核心，但這一個(gè)理論無(wú)法解釋衰退現(xiàn)象以及其他孕育所獨(dú)有的現(xiàn)象：均質(zhì)晶核理論，均質(zhì)晶核理論指出孕育后。硅溶解擴(kuò)散時(shí)在碳局部過(guò)飽和部位生成石墨核心；起伏成核理論，該理論指出孕育劑在鐵水中產(chǎn)生許多微觀的濃度起伏和溫度起伏，進(jìn)而產(chǎn)生許多石墨的結(jié)晶萬(wàn)方數(shù)據(jù)HotWorkingTechnology2008，V01．37，No．13上半月出版Casting-Forging·Welding|金屬鑄鍛焊技術(shù)核心，這個(gè)“起伏成核理論”是現(xiàn)階段較有代表性的理論的一種：硫化物理論，該理論指出片狀石墨鑄鐵中，通過(guò)添加化學(xué)當(dāng)量的RE元素，產(chǎn)生起石墨核心作用的RE和Mn的復(fù)合硫化物，進(jìn)而促進(jìn)石墨化，而在球墨鑄鐵中鈰和鎂的硫化物作為球狀石墨的核心，增加石墨球數(shù)促進(jìn)石墨化，它是現(xiàn)階段有關(guān)于稀土孕育劑新的孕育機(jī)理的一種。Fe．Si結(jié)晶化孕育理論，該理論認(rèn)為孕育劑加入鑄鐵溶液中．孕育劑中的Si由于氧化而生成非晶態(tài)的SiO：，孕育劑中的微量元素Ca由于起觸媒作用而使SiO：結(jié)晶化，這種結(jié)晶化的SiO：起到石墨核心的作用，用此理論否定了CaC：學(xué)說(shuō)，它也是目前新的孕育學(xué)說(shuō)之一。