球墨铸铁阶段性接种的重要性.doc

何谓接种？为何球墨铸铁必须接种？ 液态石墨化铸铁(片状，缩状或球墨化)是指碳原子溶入铁水的液态溶液。依据铁碳平衡图，不添加任何合金时，铁水冷却速率非常慢，碳会以石墨形态析出.然而，铸件的凝固现象却与此规则脱节。产业界实际上之作业是综合了原材料质量、熔解、铁水处理与添加合金等因素,形成复杂的凝固现象，产生“铁–雪明碳铁–石墨”的复杂合组织。 冷却速率快，如薄壁铸件，有利于碳与铁水反应形成共晶雪明碳铁(碳化物)。铁水中来自原料(废钢，某些生铁…)的一些元素如Cr、Mn等，会促进此反应。这些Cr、Mn及其它如V、Mo、Nb等元素在晶界间偏析，会形成碳化物。另外，球墨铸铁的Mg球化处理，会促成为亚稳“铁–雪明碳铁”的凝固过程，增加强形成碳化物的风险。(球墨铸铁发明者之一Keith Mills刻意将Mg加入铸铁中，籍以制造碳化物组织之“镍硬”(Ni–Hard)铸铁,值得参考) 球墨铸铁凝固现象非内化而成的过程，即从成核处开始称为“核”(Nuclei)。这些核中碳原子以六角形成石墨结晶析出。成长初期直接与铁水接触.然后在凝固过程中，沃斯田铁壳（Shell）结晶在石墨球体上，形成坚实的晶胞（Cell）。晶胞成长并常与其它晶胞结合成固态岛（lsland）,浮在铁水上。此一过程中， 液态铁水的晶界富含某些特定元素（如 Cr、P、Mn、V、Mo...）而其它如C、Si的含量则降低。初始核数目（及随后之晶胞数），决定有害元素增加之幅度，这些有害元素导致复合碳化物及其它有害的相组织如史蒂田铁（Steadite）.降低晶 界残留元素含量的方法，是增加坚实的晶胞，减少铁水晶胞间的体积。而要达到此目的，大多采用有害元素低的原料。QlT生铁Sorelmetal纯度特别高，可满足此一要求。 众所周知，球墨铸铁的球墨数少，会形成大且形状差的球墨，不利于机械性能。并且球墨数愈低，形成波来铁、碳化物与微缩孔的倾向愈高。因此，具有形成核与坚实晶胞相乘效果的接种作用，是生产高质量球墨铸铁的关键步骤。增加球墨数，有助于产生肥粒铁，减少晶界碳化物与微缩孔。又接种剂富含硅，依铁碳平衡图，对凝固现象有帮助。 接种作业与时机 高质量原料与健全且控制良好之熔解过程，是决定接种效果的关键。成核倾向低的原料，如废钢需较多的接种剂。同样的，非最佳化熔解过程（例如熔解时间/保持时间过长，熔解温度过高，保持温度超过1450℃），“杀了”铁水，需强力接种。为了使球墨铸铁的接种更有效果，建议添加相当比例的QIT球墨生铁Sorelmetal,并快速熔解，同时铁水之保持温度愈低愈好。 在接种前须先评估铁水成核性。热分析是经证实用以评估成核性的持术，以过冷与再辉等参数做为指标。（参考Suggestion for Ductile lronProduction#103冷激楔形与平板楔形试验亦可用于检测铁水成核性。楔形间之差异与铸件间之差异须有对应性。成核性稳定的球墨铁水，即可得到均匀球墨数的铸件。球墨铁水的成核程度高，达到生产无碳物组织之机会亦高，并可免于昂贵的热处理补救措施。 接种作业 第一阶段：预处理（Preconditionning） 预处理是球化处理前，在洁净及除过渣之铁水表面添加特别的接种剂。其目的是使铁水的成核性正常化。该接种剂可以是高纯度石墨，接种用的硅铁或粒状碳化硅。无论是何种接种剂，颗粒大小必须能快速熔解。1MT铁水添加0.11kg，即足以促进成核性。 第二阶段：预接种（Pre–lnoculation） 此一阶段接种剂可在铁水倒入球化盆时添加，或附于球化剂中放置在球化盆内在三明治法或覆盖式球化盆中,接种剂可为覆盖剂之一部份球化剂与接种剂结合,有抑制镁促进碳化物的效果,并修正因铸件厚度所需的硅含量值与其它各阶段接剂增加成核性的主要功能相同,均在促进石墨颗粒成长,:盆内接种(Ladle Inoculation) 盆内接种又称为后期接种,是接种量重要的一环.由于球化时Mg的剧烈反应,使在第一与第二阶段所产生的相当部份的核陷入铁水表面熔渣中球化处量后的铁水亦有过冷倾向,因此必须回复铁水的成核性在球化盆转入浇注盆之间,0.1～0.3%(0.4%尚可接受)强力接种剂,应足以重建铁水的成核心性,抵销Mg促进碳化物的效应.若铁水经由浇注炉注入模穴,接种剂的选择添加量,须先经实验,以避免堆积在浇注炉中:二次接种(Late Inoculation) 此一阶段是接种步骤中最昂贵的.: 此阶段使用之接种剂有特别设计的化学成份,0.08～0.15％。 若以铁水流接种,接种剂颗粒要细,比较昂贵,且因颗粒细,易喷溅在浇池周围,使其利用率较低,以致下一批生产发生缺陷若在浇道系统使用成形烧结或铸造成形的崁入式接种块,有接种步骤中,二次接种是最有效率的步骤众所周知,球化处理与添加接种剂的效果随着时间而退化.尽可能将接