广义地说,在炉前加入铁水中,以改变或改善铸铁组织、提高其物理性能和机械性能的材料就叫孕育剂。它可分为两大类:
稳定碳化物类型的孕育剂(如含锰合金):促使铸铁由稳定系统向次稳定系统转变,适用于大型铸件、共晶和过共晶铸铁以及不便降低碳当量的铸铁中,以阻止铸铁过分石墨化。
石墨化类型的孕育剂(如含硅合金):促使铸铁由次稳定系统向稳定系统转变。通常人们所说的、生产孕育铸铁用的孕育剂是指这一类。它要求具有很强的石墨化能力、良好的脱氧作用以及较低的熔点。能作为这类孕育剂的物质很多,下面分三方面来叙述:
(1)固体孕育剂:这种孕育剂有简单的元素(如黑色石墨),有普通的铁合金(如硅铁、硅钙),也有多元的复杂合金(如稀土硅铁合金)。共效果、价格相差很悬殊。在生产中,较常用的、效果好、价格便宜的有:·
①硅铁:它是最常用的孕育剂,以硅75用得最多
②硅钙:它是硅、钙、铁的合金。其熔点为1000~1245℃。比重为2.4~2.6克/立方厘米。硅钙有三个牌号。从孕育效果来看,硅钙比硅铁好。这是因为,钙不仅有石墨化作用,而且化学性质很活泼,易与氧、硫、氮、碳及氢化合,放出大量反应热,降低铁水的冷却速度。因此,硅钙可用来作为含硫较高的薄壁铸件的孕育剂。用硅钙孕育的铁水,孕育衰退比较慢。但孕育后,铁水浮渣较多,铁件较易产生夹渣缺陷。它的价格比硅铁高,较少被采用。
③稀土硅铁合金:它是供应量较大、价格较低的稀土合金。其熔点为1082~1089℃,平均比重为4.7克/立方厘米。稀土本身是促使形成白口的,但是当稀土加入量小于“临界加入量”时,由于稀土的脱氧去硫等作用,形成了稀土化合物,不仅使稀土本身丧失了原来促使形成白口的作用,而且还减少了氧、硫等杂质强烈阻碍石墨化的作用。同时,稀土化合物在铁水中是难熔的小质点,有人认为,它可成为石墨化晶核,综合结果使铸铁白口减小。所以,稀土硅铁合金实际上是一种复合孕育剂,不仅具有硅铁、硅钙孕育的效果,而且还能净化铁水、改善铸造性能,使石墨和基体组织细化,分布更加均匀,过冷倾向减小,铸铁机械性能和耐磨性提高。它还有一个优点是,像硅铁一类孕育剂的加入量必须适当控制,加入量太多时,不仅不能得到良好的效果,反而使铸铁强度下降。而稀土硅铁合金的加入量对孕育效果的影响不那么敏感。
稀土硅铁钙合金孕育效果更佳,但熔点较高。
④其他:将硅铁和铝的混合物(如二份硅90,一份铝或二份硅75,一份铝)作为复合孕育剂,效果也佳。铁水中加入少量铝不仅有者强烈的石墨化作用,而且有很强的脱氧作用。铝加入铁水中也能放出一部分热量,使铁水降温速度减慢。但与硅铁一样,其加入量必须适当控槲才能获得良好的效果。
(2)液体孕育剂:当铁水温度很低(如低于1330℃)、用固体孕育有困难时,可采用液体孕育剂。其方法是,在两个熔炉中分别熔化两种熔液。一种是低碳当量的(白口或麻口)铁水,另一种是作为孕育剂的高碳当量(低牌号灰铸铁)铁水或液体硅铁(可在坩埚中熔化)。当前者出铁后,在低碳当量铁水中掺入20~50%的高碳当量铁水或液体硅铁(用量比固体硅铁少),就可获得孕育铸铁。如有人采用3.5~3.6%碳、1.8~2.0%硅的铁水作为孕育剂,以20~35%的数量加入低碳当量(2.9~3.1%碳、0.8~0.9%硅)的铁水中,获得了孕育铸铁。其抗弯强度达到58~62公斤/平方毫米,硬度HB为190~200,金相组织为均匀分布的细小片状石墨和珠光体基体。这种方法不仅可节约大量固体孕育剂,而且孕育衰退较慢。其缺点是需要两套熔化设备。
(3)表面孕育剂:根据铸件较厚的部位来选择铁水化学成分时,壁薄的部位可能会出现白口。为了解决这个问题,可在易出现白口的部位进行表面孕育处理。其方法是:在湿砂型中,用过70~80号筛的孕育剂(硅铁、硅钙等)粉末覆盖型腔表面;在干砂型中,用90%孕育剂粉末和10%糊精的水混合物涂抹型腔表面。上涂料后应予烘干。若有粘砂现象,应在涂料中加入石墨。浇注后,当铁水和涂料接触时,孕育剂便向铸件深处扩散而发生孕育作用。使之不出现白口,铸件整个断面得到均匀的珠光体组织和细小的石墨片。