本文中，驗證了一種在過冷趨勢下有效提高球墨鑄鐵形核潛力的方法的研究。完成了一項鑒別最有效增大球墨粒數的添加劑的實驗研究。在鑄造生產條件下進行了一項驗證數據的研究。

提高球墨鑄鐵性能的一項關鍵因素是提高球墨粒數，尤其是在過冷趨勢下。通過增加凝固過程中的石墨顆粒的數量，可以增大由于石墨結晶而釋放潛熱的速率，提高滲碳體液相線之上的凝固結束的溫度，防止形成碳化物。

最近確認了六種添加劑，對它們誘導形成球墨顆粒的效果做了對比的研究。在實驗室和鑄造廠，都證明了其中一種添加劑始終優于其它五種。

實驗室試驗

實驗在用氧化鋁作內襯的無芯感應爐上用普通熔煉操作完成，所用的原料生鐵含有以下組分：3.85%C，1.85%Si，0.3%Mn，小于0.03%P和小于0.01%S。初步研究表明爐料的石墨化能力對形核潛力是至關重要的，所有的熱量可以從爐料中生產出高達50%的（Fe₃C）碳化物麻口球墨鑄鐵。通過添加質量分數為1.3%的硅鐵合金，6%的含1%稀土元素的鎂合金和0.3%的作為變質劑的鑄造級硅鐵合金，在蓋包中完成了球化處理。

用來作為促進石墨形核冶金添加劑有碳化硅

1）碳化硅（SiC）；

2）混合物X;C由50%的SiC,50%的硅鐵合金和5%的Mg)；

3)混合物Y ( 50%的SiC和50%的75硅鐵)組成的混合物；

4)硅鈣SiCa；

5)硫化亞鐵FeS和結晶石墨。

研究結果表明向原鐵中添加的0.3%的SiC 是在球墨鑄鐵中增加形核潛力，減小過冷趨勢，提高以伸長率為主的拉伸性能的最有效的冶金添加劑。

在加入熔爐中的鐵水中之前，這些冶金添加劑用低碳鋼箔包住來促進下沉，減少氧化和在爐壁上的附著。通過比較每個實驗添加前得到的球墨鑄鐵試樣的初始狀態與添加之后得到的試樣的狀態來監測這些添加劑的效果。

澆注得到的試樣中包含激冷楔塊來確定白口傾向，直徑25mm的試棒來做顯微組織檢查的和做拉伸實驗的試棒。在加入添加劑之前和之后分別從原鐵中得到銷試樣來確定氧和氮的總含量的變化。記錄熱分析數據來確定過冷和復輝。研究球墨鑄鐵的微觀組織、白口傾向和機械性能的變化，并評估了實驗數據。只在用加入添加劑之后增加了球墨粒數并改善了白口情況的球墨鑄鐵澆注的試樣上進行了拉伸試驗。

拋光的微觀組織的圖像分析數據表明，從加入0.3%的SiC的球墨鑄鐵中獲得了最多的石墨分離數量和最合適的形核形態，該添加劑滿足圖形分析條件，使形核數量增加了64%（如圖1）。加入混合物Y之后，球墨粒數增加了15%。加入0.05%的SiCa或0.1%的結晶石墨使球墨粒數分別增加了3.5%和2.5%?；旌衔颴和FeS對球墨粒數有消極的影響，使其減少了19%。

此外，SiC對形核特征有積極的影響；0.3%的SiC添加劑使球化率提高了21%，球形度提高了2.4%，圓度提高了2.4%。0.1%的結晶石墨對球化率和圓度來說無關緊要，但是混合物X和FeS 對形核特征有不利影響。

單獨的SiC或與75硅鐵混合的SiC，可以改善石墨球的大小分布，增加小石墨球（4-16微米）的數量，減小大石墨球（16-64微米）的數量。之前刊登的研究結果表明，石墨球大小的偏態分布、尺寸小且形核晚的石墨球的數量的減小對球墨鑄鐵的性能有積極影響；大的球墨粒數對球墨鑄鐵的性能有害，會加大縮孔縮松趨勢。

對蝕顯后的微觀組織的檢查結果表明參考球墨鑄鐵試樣中的鐵素體和珠光體平均含量是32%和58%。結論是；混有75硅鐵的SiC添加劑，對鐵素體的生成是最有利的，其次是結晶石墨添加劑。分別可以使其增加20%和14%。單獨的SiC可以在原鐵中增加3%的鐵素體。

對激冷楔塊的分析（如圖2）表明,加入SiC、混合物Y和結晶石墨之后試樣中的碳化物減少，而加入SiC、FeS和混合物X之后試樣中碳化物含量增加。

避免過冷和復輝

熱分析數據表明，鑄鐵的初始狀態隨熱量變化而變化，并呈現出不同的過冷度。原鐵的過冷在71.3F（21.84℃）到48.4F（9.11℃）之間變化，球墨鑄鐵的過冷度在87.45F（27.47℃）到65.6F（18.66℃）之間變化。如圖3所示。

過冷度是灰鐵的共晶溫度（TEgray= 1153 + 6.7*Si）與實際的較低的共晶溫度(TElow)之間的差值，它描述了鑄鐵形成過冷組織的趨勢。高的過冷意味著凝固開始需要更長的時間，發生縮孔和外陷的風險也更大。數據表明單獨的SiC或混有75硅鐵的SiC添加劑對過冷有利（即可減少過冷）。原鐵中過冷減小了22%，球鐵中單獨的SiC 使其減小了7.4%，與硅鐵混合的SiC使其減小了0.6%。FeS也可以使過冷減小，但也會使球墨粒數減少。與初始狀態相比，在原鐵和球鐵中加入其他冶金添加劑都會引起過冷增加。

熱分析數據也證明了原鐵與球墨鑄鐵的過冷趨勢之間的相互關系。原鐵中過冷的增加會引起球鐵中過冷的增加，反之亦然。

復輝的數據表明，只有單獨的SiC或混有75硅鐵的SiC，和FeS對原鐵和球墨鑄鐵中復輝現象的減少是有利的。如圖4。

比較冶金添加劑對復輝和球墨粒數的影響時，數據表明球墨粒數增加時復輝減小，反之亦然。

數據分析表明，除了添加結晶石墨后得到的試樣，熱分析測試得到的過冷趨勢與球鐵楔塊中碳化物含量的變化有很好的相關性。加入結晶石墨之后澆注得到的楔塊中的碳化物含量減小，但是熱分析得到的過冷增大。

氣體測試結果表明，加入SiC,混合物Y，FeS和結晶石墨使原鐵中總的氧含量增加4-9ppm。數據分析結果表明，除了加入FeS使球墨粒數減少之外，以上總的氧含量的增加與球墨鑄鐵中球墨粒數的增加之間存在相關性。但是，原鐵中總的氧含量的增加并不足以引起球鐵中球墨粒數的增加。所有的添加劑都僅能使原鐵中的氮含量增加1到3ppm，氮含量這些變化與球墨鑄鐵中球墨粒數的變化是不相關的。

根據顯微結構和熱分析結果，選擇用SiC單獨生產的和那些用混有75硅鐵的SiC和0.1%的結晶石墨生產的試樣來做拉伸試驗。結果表明加入SiC導致伸長率從16%增加到23%，拉伸強度從511增加到522Mpa，屈服強度從333增加到346Mpa。并且用SiC生產的試樣的拉伸性能更一致，與參考試樣僅有較低偏差。加入混有75硅鐵的 僅使伸長率和拉伸強度有很少的增加。加入結晶石墨使伸長率從19%增加到21%，極限抗拉強度從545增加到552Mpa，屈服強度從348增加到357Mpa。

在實際生產中

基于實驗室中的結果，在工業鑄造廠中進行了球墨鑄鐵的試驗。實驗在感應電爐中用常規的化學成分為3.67%碳化物、2.43%硅、0.27%錳、0.26%磷和0.045%鎂的鐵進行。熔化合格的爐料之后，澆注出參考試樣。然后向熔爐中加入0.3%的SiC并澆注出第二套試樣。在添加前和添加后，用原料鐵液和最終的鐵液澆注得到所需試樣。

在工業生產條件下獲得的結果證明，0.3%的SiC對球墨鑄鐵形核潛力的有利影響可以使球墨鑄鐵的球墨粒數增多，使白口傾向減小。

作為參考件澆注的球墨鑄鐵試樣的拋光顯微組織每平方毫米平均有156個球墨顆粒，其含有32%的鐵素體和0.14%的碳化物。加入0.3%的SiC之后，球墨粒數增加到每平方毫米241個。石墨球的圓度從0.708提升到0.717，球形度從0.880提升到0.891（如圖5和圖6）。蝕刻的顯微組織表明，鐵素體含量較實驗室中生產的試樣有所增加，從32%增加到51%。碳化物含量仍然很低，并且降到了0.1%。

實驗證明SiC對石墨球尺寸出現的頻率是有利的。尺寸在32到64微米之間的石墨球的含量從19%減到了11%。如圖7。

在加入SiC之前和之后分別澆注得到的激冷楔塊上做的原鐵和球墨鑄鐵的比較試驗，從視覺上量化了白口傾向。對球墨鑄鐵冷楔試樣做拋光和蝕刻處理來顯示在冷楔試樣尖端成形的白色區域，結果表明加入0.3%的SiC改善了原鐵和球墨鑄鐵的白口傾向。如圖8。

由30mm直徑棒料加工的實驗試樣確定的拉伸性能表明，添加SiC之后伸長率從8.7%增加到10.1%，極限拉伸強度從528Mpa降到505Mpa，屈服強度為329Mpa并且沒有變化。拉伸性能的變化反映出添加SiC之后鐵素體含量增加。

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