球墨化處理（lǐ）關鍵技術：鎂合金添加與球化率控製分析

一、 鎂合金（jīn）添加技術：球化處理的“心髒”

鎂（Mg）是球墨鑄鐵中實現石墨球化的關鍵元素。它的（de）主要作用是：

脫硫去氧：優先與鐵水中的硫和氧反應，生成MgS、MgO等渣滓，消除硫、氧這些（xiē）阻礙石（shí）墨球化的“反球化元素”。

改變石墨形（xíng）態：殘留在鐵水中的微量“殘餘鎂”會（huì）吸（xī）附在石墨（mò）晶核的（de）表麵，降低其基麵表麵能，促使石墨在各個方向上均勻生長，從而形成球（qiú）狀（zhuàng）石墨。

由於純鎂沸點低（約1100℃），遠低於鐵水溫度（約1400-1500℃），直接加（jiā）入會引起劇（jù）烈沸騰和噴濺，極其危險。因（yīn）此，工業上均采用鎂合金形式進行添加。主要的添（tiān）加技術有（yǒu）以下幾種：

1. 衝入法

這是常用、傳統的方法（fǎ）。

工藝過程（chéng）：將破碎成塊的鎂合（hé）金（通常為稀土矽鐵（tiě）鎂合金，如Mg5-10%）放入澆包底部（bù）的“堤壩”式凹（āo）坑內，並覆蓋上孕育劑或草灰等覆蓋劑。然後將高溫鐵水衝入澆包，鐵水首（shǒu）先淹沒合金塊，使其在底部（bù）反應。

關鍵技術控製點：

鐵水溫度：出爐鐵水溫（wēn）度必須足夠高（通常（cháng）>1450℃），以補償衝入和反應過程中的溫降（jiàng）。

覆蓋與壓（yā）緊：覆蓋劑必須有（yǒu）效（xiào），防止合金過早反應。有時會用“壓板”將合金（jīn）壓住，減緩其上浮速度，提（tí）高吸收率。

鐵水流：采用“高、大、穩”的鐵水流衝擊，確保合金被迅速淹沒和充（chōng）分攪拌。

優點：設備簡單，操作靈活，適應性強。

缺（quē）點：鎂吸收率較低（dī）（通（tōng）常20%-40%），反應（yīng）有煙塵和閃光，勞動條件較差。

2. 蓋包法（密封衝（chōng）入法）

是衝入法的改進（jìn）型。

工藝過程：在普通（tōng）澆包上加一個帶引流（liú）槽（cáo）的特製包蓋。鐵水（shuǐ）衝（chōng）入時，包內空氣和反應煙氣從引流槽排出，形成“氣鎖（suǒ）”，增加了鐵水對合金塊的靜壓力，從而抑製了鎂的沸騰和噴濺。

優點：比普（pǔ）通衝入法鎂吸收率提高約10%，煙塵減少，更環保。

缺點：需要特製（zhì）包蓋。

3. 喂絲法

現代、專（zhuān）業、準確的控製方法。

工藝過程：將鎂（měi）合金粉末包（bāo）裹在薄鋼帶內（nèi），製成線狀“包芯線”。通（tōng）過專用的喂絲機，以（yǐ）可控的速度將包芯線直接插入到裝有鐵水的澆包底部。

關鍵（jiàn）技術控製點：

喂絲速度與深度：必須保證線材能穿透渣層並到達包底（dǐ）才熔化反應。

包芯（xīn）線成分與直徑：可根據需要定製，實現（xiàn）成分微調（diào）。

優（yōu）點（diǎn）：

極高的鎂（měi）吸收率（可達50%-70%以上），用量準確，成本可控。

過程（chéng）穩定可控（kòng），幾乎無煙塵，勞動（dòng）條件好。

易於（yú）自動化，重現性好，適合大批量（liàng）、高質量生產（chǎn）。

缺點：初期設備（bèi）投資較高。

二、 球化率控製（zhì）分析：質量的核心體現

球（qiú）化率是指在金相視野中，球狀石墨數量占（zhàn）所有石墨（包括球狀、團（tuán）狀、蠕蟲狀、片狀）總數的百分比。它是衡（héng）量球化處理成功與否直觀的指標。控（kòng）製球化率是一（yī）項係統工程，涉及以下關鍵因素：

1. 殘餘鎂與殘（cán）餘稀土含量

殘餘（yú）鎂量：這是核心的因素。通常要（yào）求（qiú）殘餘Mg含量在0.03%~0.06%之間。過低（dī）則球化不（bú）良，會（huì）出現蠕蟲狀或片狀石墨；過高則易形成滲碳體，導致鑄件（jiàn）白口化傾向增加，韌性下（xià）降。

殘餘（yú）稀土量：稀土元素（如Ce, La）能中和反球化元（yuán）素的幹擾，有輔助球化和淨化鐵水的作用。但與鎂需保持（chí）一個合適的（de）比例，過高會使（shǐ）石墨形態惡（è）化，產生“開花狀石（shí）墨”或“碎塊狀石墨（mò）”。

2. 反球化元素

硫（liú）（S）和氧（O）是主要的（de）反球化元素。處理前必須將原鐵水的S含量控製在較低水平（通常<0.02%）。鎂的加入（rù）量必須足（zú）以中和掉所有的S和O後（hòu），還能保有足夠的殘（cán）餘量（liàng）來保證球化。

其他微量元素如鉛（Pb）、鉍（bì）（Bi）、銻（Sb）、鈦（Ti）等，即使（shǐ）含量極低（ppm級別），也會嚴重幹擾球化，必須嚴格控製爐（lú）料。

3. 孕育處理

孕育處理與球（qiú）化處理相輔相成，是提高球化（huà）率和增加石墨球數的關鍵手段。

作用：提供大（dà）量的、彌散分布的異質結晶核心，促進石墨形核，形成數量（liàng）多、尺寸小、圓整度好（hǎo）的石墨球。

時（shí）機（jī）：必須（xū）緊（jǐn）隨球化處理後進行，通常采用“隨流孕育”或（huò）“型內孕育”。

技術：使用孕育劑（如含Ba、Sr、Zr的矽鐵基孕育劑），並防止孕育衰退。

4. 冷卻速度

鑄（zhù）件的冷卻速（sù）度直接影響石墨（mò）的形態（tài）和基體組織。

過快：在薄壁處，冷卻過快（kuài）可能導致石墨球化不良（liáng），甚至出現滲碳體。

過慢：在厚大斷麵處（chù），冷卻緩慢，鎂元素可能發生偏析和衰退，導（dǎo）致石墨畸變，球化率（lǜ）下降，出現“碎塊狀石墨（mò）”。為此，常采用鉬、鎳等合金（jīn）化元素來改善厚（hòu）大斷麵的性能。

總結：兩者的協同關係

鎂合（hé）金（jīn）添加是“因”，球化率是“果”。

準（zhǔn）確的鎂合金添（tiān）加（通過喂絲法等技術）為獲得高球化率提供（gòng）了必要的前提（tí）和物質基礎。它確保了鐵水中（zhōng）擁有（yǒu）適量且穩定的殘餘鎂/稀土量（liàng）。

全麵的球化率控製（通過（guò）控製化（huà）學成分、強化孕育、優化冷卻等）是對球（qiú）化（huà）效果的鞏固和保障，它確保（bǎo）了殘餘鎂能夠很大限（xiàn）度地發揮其球化作用，生成圓整、細小的石墨球。

因此，要穩定生產高質量（liàng）的（de）球墨（mò）鑄鐵件，必（bì）須將鎂合金添加（jiā）技術與球化率的全過程控製（zhì）視為（wéi）一個有機的（de）整體，從原材料、熔煉、處理到澆注冷卻，進行全方位的精細化管理。其中，喂絲法的推廣應用和瞬時孕育技術的（de）結合，代表（biǎo）了當前球化（huà）處理技術發展的主流方向。