铸铁的孕育处理是在铁液凝固过程中，向液态金属中添加少量其它物质，促进形核、抑制生长，达到细化晶粒的目的。从本质上说，孕育处理主要影响形核和促进晶粒游离，促进形成符合要求的显微组织，从而保证铸件的力学性能和加工性能。

1、缸套生产中孕育处理的目的

气缸套的材质主要是灰铸铁。灰铸铁的力学性能主要取决于其基体织织，为了得到高强度.希望基体组织以珠光体为主、尽量减少游离铁素体含量。如果游离铁素体量过多，会导致铸铁的强度降低。气缸套作为内燃机核心配件，优良的耐磨性是最重要的性能指标，而影响缸套耐磨性的一个重要指标就是基体组织的硬度。气缸套的硬度除了与基体组织中的耐磨相有直接的关系之外，基体组织本身具有较高的硬度也很重要。珠光体作为渗碳体与铁索体的机械混合物，渗碳休呈片层状分布在铁素体基体上，其力学性能介于铁素体与渗碳体之间，强度较高，硬度适中，塑件和韧性较好，所以一般灰铸铁产品都以珠光体含量高为好。为了满足汽缸套产品较高的硬度和优良的耐磨性要求，其材料中往往含有多种有助于提高硬度、形成髙硬度耐磨相的合金元素，如铬、钒、硼、钼等。这些元素一般都具有在凝固过程中促进渗碳体形成、稳定珠光体的作用。

灰铸铁的力学性能还和其中的石墨形态有很大的关系。灰铸铁中的石墨片，有切割金属机体、破坏其连续性、使其强度降低的作用。从强度考虑，应避免产生长而薄的石墨片和粗大的石墨片，尤其要避免产生具有明显方向性的石墨片。控制石黑片的分布状况，是保证灰铸铁性能的关键。很多主机厂商的优质汽缸套都要求石墨形态以中等长度的A型为主，甚至全A型。然而，气缸套材料中加人的各种提髙硬度、稳定珠光体的合金元素同时也往往具有反石墨化的作用，恶化石墨型态，促使过冷石墨（D型）的产生，这是大多数要求较高的气缸套所不允许的。另一方面，由于汽缸套生产的特殊工艺（金属型离心铸造〉，冷却凝固过程中过冷度较传统的砂型铸造大得多，所以其外壁容易出现渗碳体组织，恶化加工性能。

A型石墨是在铸铁的石墨生核能力较强、冷却速率较低、在过冷度很小的条件下发生共晶转变时形成的。在光学显微镜下观察时，石墨呈均匀分布的弯曲片状，无方向性，其长度因铸铁的生核条件和冷却速率而不同。在液态铸铁中加入孕育剂，可以形成大量的亚显微核心，促使共晶团在液相中生成。接近共晶凝间温度时，生核处首先形成细小的石墨片，并由此成长为共晶团。每一个共晶团的形成，都会向周围的液相释放少量的热，形成的共晶团越多，铸铁的凝固速率就越低。凝固速率的降低, 就有助于按铁-石墨稳定系统凝固，而且能得到A型石墨组织。在获得优良的石墨型态的同时，基休组织也达到理想的标准，气缸套外壁的加工性能也得到显著地改善。所以，在气缸套的生产工艺中，孕育处理具有非常重要的意义。

孕育处理工艺

2.1孕育剂的确定

目前，在铸铁的生产中，使用最为广泛的硅系孕育剂主要是75SiFe和BaSiFe合计孕育剂。他们的主要成份是硅，其次往往还含有Ca、Ba、Al等元素。孕育剂中的铝、钙含量对孕育效果有重要的作用。

     75SiFe 孕育剂作为一种使用最广泛的孕育剂，其主要化学成分如下表;

孕育剂中起主要作用的是Si。加入孕育剂后，铁液中可形成局部的富硅微区，有利于石墨析出。

 在铁液中与氧反应生成Si0₂晶体，作为石墨结晶的外来晶核，起到促进石墨化的作用。Ca可以和铁液中的北金属元索形成氧化物、硫化物、氮化物等物质，既能起到造渣净化铁液的作用，其产生的物质也能作为石墨化过程中的外来晶核。Al元素作为脱氧剂，有弱孕育作用，能生成稳定的氮化物，减少氮的负面影响，也能和铁液中的氧发生反应，有助于减少铁液中的溶解氧含量，促进石墨化，延长孕肯作用时间。但是孕育剂中的Al含量也不能太高，否则容易在铸件中形成皮下气孔。

75SiFe 孕育剂孕育效果较好，通常能在很短的时间内达到孕育效果的峰值，但其孕育效果持续时间较短。经车间多次试验，用于出铁时孕育处理的75SiFe 孕育剂，其孕育作用时间在5分钟左右即严重衰退。故我车间在出铁孕育剂中按照1:1的比例混入了BaSiFe孕育剂。

BaSiFe孕育剂同75SiFe孕育剂相比，**的不同就是其中含有4-6%的Ba元素。其主要化学成分如下：

BaSiFe孕育剂同75SiFe孕育剂相比，**的优点就是其优良的抗衰退能力。在车间生产试验中，凯发登录发现，BaSiFe孕育剂的孕育作用时间可以持续到8〜10分钟才开始出现衰退。使用BaSiFe孕育剂处理的铁水，在15min时铸件中仍存在大量的A型石墨，时此时75SiFe孕育剂处理的铁液铸件中主要是D、E型石墨。BaSiFe孕育剂良好的抗衰退性能主要就是由于其中含有Ba元素。Ba作为一种长效生核剂，抗衰退能力很强，并且Ba元素的石墨化能力强于Ca,对抑制白口化极为有效。据相关资料介绍，尽管Ba不会进入石墨核心，但它却能有效地促进石墨化过程中异质核心的产生，同时强烈的细化共晶团。若BaSiFe孕育剂中Ba含量不足，则孕育作用不够强，不能为石墨形核提供较多的异质核心，造成石墨片粗大并可能出现过冷D型石墨，共晶团较大。而Ba的含量如太高，则可能造成局部产生较大的过冷度，恶化石墨的型态，并且增加基体中游离铁索体的含量，同时，由于石墨的迅速长大，共晶闭的生长速度也较大，导致共晶团数量减少，减低铸铁的性能。有资料介绍：BaSiFe孕育剂中加的Ba含量过高，会增大白口倾向并降低铸件强度。此外，BaSiFe孕育剂中Ca的含呈也较普通的75SiFe孕育剂中Ca含虽高，且还含有有助子形成珠光体的Mn元素、少量的Mn同铁液中的非金属元索形成的MnO、MnS等杂质微粒,同时也能提供石墨形核时的异质核心，这些都有助于其抗衰退能力的提高。

我车间缸套铸造生产状况是浇注时间持续时间较长，单纯使用75SiFe孕育剂的话，由于其快速衰退的影响，产品性能不能保持稳定，且容易产生大量的局部白麻口废品缸套，影响加工性能。若完全使用BaSiFe其成本较高，也不经济。故出铁槽孕育采用了两种孕育剂搭配使用的方案。一方面利用了75SiFe孕疗剂高效孕育效果的优点，另一方面采用BaSiFe孕育剂来弥补了其迅速衰退的不足。而浇注时的浇包孕育由于其中铁液距离最终浇注成型时间较短，大约为1〜2min，最长不超过3min，这个时间段正是75SiFe孕育剂孕育作用达到峰值的时间区间，所以浇包孕育只使用了75SiFe孕育剂。

2.2孕育剂粒度

根据一般的常识，孕育剂粒度大小随铁水包大小而定。铁水包大小主要就是决定一次孕育处理所涉及的铁液重量。铁水包越大，铁液越多，浇注时间延续较长，孕育剂的粒度就越大。孕育剂粒度越大, 其孕育作用持续时间越长，这也在一定程度上减少孕育衰退带来的不利影响。由于孕育剂存在一定程度的氧化损耗，粒度越小氧化损耗越严重，所以，一般情况下，粒度越小时孕育剂用量应适当增加。

我车间缸套生产一般采取二次孕育处理工艺艺: 出铁槽孕育，浇注时的浇包孕育。两种铁水包的大小不同，其中的铁液距离最后浇注成型吋间也不同，故存在两种不同的粒度：〔1〉出铁槽孕育时铁水包的容量为600〜800kg,其中的铁水距离最终浇注成型时间大约为5-20min，此时铁液温度较高（1450-1550°C),所采用的孕育剂粒度为8〜20mm。〔2〕浇包孕育时铁水包的容量为6-35kg,其中的铁水距离最终浇注成型时间大约为1〜2min，且此时铁液温度最低（1280〜1350°C)，所采用的孕育剂粒度为2-5mm。

凯发登录在生产实践中还发现以下问题：

(1)相同粒度区间的孕育剂，其孕育处理效果尤其是孕育作用持续时间的长短同孕育剂的外观形貌也有着一定的关系。这可能是由于孕育剂在铁液中的熔解是一种包容扩散方式进行，表面数较少的孕育剂同铁液接触的面积相对较小，其熔解速度较慢，完全熔解的时间较长，而表面数较多的孕育剂同铁液接触的面积相对较太，其溶解速度较快，完全熔解的时间很短，故导致其孕育作用持续时间较短。

(2)孕育剂粒度不宜太小。加在铁水包底的孕育剂，随着铁液的冲入，**是逐渐熔解、均匀分布在整个铁水包内。粒度过小的孕育剂，随着铁液的冲入，迅速漂浮至铁液表面，造成孕育剂大部分聚集于铁液表面，孕育效果大为减弱。

2.3孕育剂加入置的确定

除了上述孕育剂粒度之外，孕育剂加入量也非常重要。孕育剂作为铁液后期处理加入的一种物质，它的加入除了能够起到凯发登录期望的孕育效果之外，它带来的弊端也显而易见：(1)孕育剂本身存在氧化夹渣，向铁液中带入渣子。(2)孕育剂必将造成铁液温度的迅速下降。(3)孕育剂加入量过大，造成局部硅元素富集，可能在亚共晶铸铁中产生C型石墨。(4)对于汽缸套生产来说，孕育剂过量容易促进游离铁素体的产生。(5)孕育量越大，铁液凝固期间产生缩松缺陷的趋势越大。

所以，一般情况下，孕育剂加入量应当是宜少不宜多，只要能够达到孕育处理的目的就足够，不必一味追求高剂里的孕育剂加入量。

传统灰铸铁产品生产中，孕育剂用量通常是和终硅量有密切的关系。对于追求良好的石墨型态的高性能的孕育铸铁，孕育量和终硅量存在如下的经验公式：孕育量（Si%）=终硅量（Si%）/3

我车间生产的缸套的终硅量一般在2.2〜2.6%这个区间内。根据上述经验公式，孕育总量大约在以下区间：0.97%〜1.15%

其中：0.97%=（2.2%/3）75%

     1.15%=（2.6%/3）75%

其中75%指75SiFe孕育剂中Si的含量。

由于前述孕育处理的一些弊端，所以凯发登录在实际生产中适当减少了孕育剂使用量，其中对于石墨型态要求不是很高的普通产品，其孕育量一般按照下限控制，对于石墨型态要求较高、白口化元索含量较高容易产生外硬废品的产品则将孕育量趋上限控制。

2.4孕育处理方法

近年来，孕育处理工艺发展很快，有多种有效的孕育方法。对于气缸套生产，选用合适的孕育处理方法非常重要，往往是决定产品质最的关键因素。毎一种孕育处理方法都有其优点，同时也有一

定的局限。凯发登录应该根据自己的具体条件，通过试验，选定最适合我车间生产特点的方法。目前，广泛采用的孕育处理方法主要有：出铁时孕育、浇注时孕育、型内孕育和孕育前的预处理。凯发登录根据车间实际生产情况，确定了采取出铁时孕育和浇注时孕育处理相结合的工艺。

2.4.1出铁时孕育

即在铁液自熔炼炉出水流向座包时进行的孕育处理，这是凯发登录的**次孕育处理，孕育虽约为0.4〜0.7%。这种处理方法简单方便，也是目前在整个铸造行业中应用最为广泛的孕育处理工艺。但是，在应用这种处理方法时凯发登录也发现需要注意以下问题：孕育剂使用前**烘干预热，去除水分。预热的办法最好是临出水前2分钟之内将孕育剂加在出铁槽内，利用炉内的热辐射能力将其烘干预热。切不可提前将孕育剂加在空包的底部，以防止部分孕育剂在与铁液作用前被座包内残留的少量铁液及铁水包的高余温氧化，导致孕育剂利用率降低。

如果孕育剂已经预先预热，则可以在出铁水后当铁水包中铁液盆约为出铁量的1/4时加入包内。这种处理方法，可避免将孕育剂加在铁水包底部的不利影响，同时充分利用铁液冲入座付诰成的的搅拃作用使孕育剂完全溶于高温铁液，进一步提高其利用率。

2.4.2浇注时孕育

凯发登录的浇注时的浇包孕育实质上是-种瞬时孕育处理.其孕育量为0.2〜0.4%。由于浇包中铁液距离最终浇注成型时间极短，故一般不存在所谓的孕育衰退的问题,所以，浇包孕育采用普通的75SiFe孕育剂。