随着我国进入WTO和造船业的发展，对厚断面球墨铸铁件的需求不断增加。几年来工厂在批量生产轴径180-320mm曲轴的基础上，又为修船研究所连续生产了6件ф1651×415 mm，最大热节园ф331 mm，重量5750kg的静力轴承本体，获得用户满意。

厚大断面球铁件在生产存在冷却速度缓慢，容易造成铸件厚壁中心或热节石墨畸变，球数减少，组织粗大和石墨飘浮等球化孕育衰退问题。因此导致铸件的机械性能显著下降，给大断面铸件的生产带来困难。结合生产实践我们认为应从以下几方面加强控制。

1．对原材料的选择和化学成分的设计

（1）原材料的选择

使用天津铁厂14#生铁（C4.2-4.4%sil.32-1.44%p≤0.06%,s≤0.02%）。采用冲天炉，中频炉双联熔炼用CaC2脱硫，球化剂用RE-Mg合金，含（RE5-7%，Mg9-11%，Si40-42%）孕育剂为75 Si-Fe。经过球化剂和孕育处理，能够满足厚断面球铁件生产。

在配料中废钢及加入一些合金元素，Cu、Mo、Sb等，对提高和稳定厚大断面球铁件的等级有一定的作用。

（2）化学成分的设计

原铁水C3.6-3.8%Sil1.2-1.4，Mn0.2-0.4%，s≤0.02%，p≤0.05%
球化后C3.2-3.4%，Si2.2-2.4%，Mn0.5-0.8%，S≤0.02%，P≤0.05%
RE0.015-0.03%，Mg0.04-0.06%，Cu0.05-0.8%，Mo0.2-0.4%
Sb0.005-0.01%

① Mg使球墨圆整，对大断面球铁能减缓球化衰退，Mg阻碍石墨析出，残Mg量高，增加收缩和脆性，Mg易氧化，在铁水表面形成氧化膜，进入砂型易使铸件产生夹渣和皮下气孔。残Mg量应控制在保证球化的前提下越低琥好，但我们考虑大件凝固时间长应提高抗衰退能力。Mg量应高些，控制在0.05-0.06%。
② RE是通过低抵消干扰元素的有害作用，而间接地起球化作用，因此用一些杂质较多地方生铁，通过RE的作用也能生产育好的球铁铸件，但在厚大铸件中，RE留量高容易造成碎块状石墨增多，我们一般控制在0.015-0.03%。
③ Cu细化石墨和强化珠光体，阻止铁素体形成，在厚大断面铸件中加入0.5%的Cu细化索氏体，明显提高铸态机械性能，并改善厚断面组织的均一性，一般加0.5-0.8%。
④ Mo是稳定碳化物元素，能提高厚大断面球铁抗蠕变能力，提高球化等级，加入量为0.2-0.4%: Mo作用与相似，通常与铜联合加入，能促进大断面铸件中心部位球化，抑制石墨飘浮，加入量Cu：Mo为2：1。
⑤ 生产厚大断面珠光体球铁，适当加入量Sb能量提高球光体量，并能改善断面中心部位的球化状况，使得球经小，球数多，提高铸态性能。Sb的加入还提高了基体的强度和硬度。使用Sb其白口倾向明显比常规合金低，球化等级也提高。生产厚大断面珠光体球体，加入一定数量的Sb能抑制碎块状石墨的出现。

2．球化剂及球化处理

（1）球化剂一般使用的球化剂为Mg和RE-Mg合金。Mg处理的珠铁经小，园整。普遍用压力加镁法。目前我厂采用RE-Mg合金作球化剂，实践发现在厚大断面球铁生产中，RE-Mg合金能发挥出Mg 的球化作用强度和RE和脱S去气效果好的特点，对厚大断面球铁件较适用。
（2）球化处理球化处理我们采用冲入法。将RE-Mg合金破碎成粒度为15-25mm的碎块，加入量视铸件厚度而定，厚度超过200mm的铸件加入量为1.8-2.0%，处理方法：将容量大于处理铁水量1/2的、包底设有堤坝的球化处理铁水包，烤成暗红色，然后将合金碎块放入堤坝背铁水流的内侧，捣实合上面再放0.4%的粒度为10-15mm的碎Si-Fe，上面再覆盖捣实后30mm厚的稻草灰或珍珠岩，为延缓反映时间，一般草灰上再盖一块铁板以降低球化剂反应温度，延缓反应时间，出铁温度在1450-1480℃若铁水温度>1500℃球化反应激烈，造成铁水脱碳，脱碳可达0.5%。而且Mg大量挥发，增加耗Mg量影响球化，铁水流不可直接冲到合金，待铁水面漫过合金200mm以上开始反应为好，首次出锈水量应占总量的2/3，球化反应3-5分钟，静止后扒掉水面上的渣子（此时铁水很稠液面上冒小火苗），然后冲入剩余的1/3铁水。目的是冲入Si-Fe进行孕育处理。

3．孕育剂及孕育处理

孕育剂要求具有强烈的促进石墨化作用，并能维持时间较长，吸收率高而稳定，降温少而价廉，我们选用75Si-Fe为孕育剂。

铁水球化处理后试片为白口，因为Mg阻碍石墨析出，此时C部分以渗碳体形式存在，孕育处理就是通过加Si-Fe促进石墨生核，获得细小繁多的石墨球，在球化剂上面放一层Si-Fe的目的只是为了抵消Mg阻碍石墨析出的作用，孕育效果不大。孕育必须在补加铁水时冲入Si-Fe充分搅拌扒渣，此时检查试片断口为银灰色，试片两侧有凹陷。

实践中发现一包处理好的球铁铁水，在浇注约20分钟的剩余铁水取试片发现白口增大这属于孕育衰退，过大，变形，数量减少，因此我们在浇注厚断面球铁件时，考虑到孕育衰退问题，不采用一次性大孕育量的做法，而采用多次孕育，一般进行二次孕育后，还要采用包内浮硅孕育，在包嘴内放Si-Fe块，随浇注随熔化，其重量、块度视铁水重量的浇注速度而定。对≥ 200mm以上的厚度较均匀的件，用铁漏斗随铁水流采用浇口撒Si-Fe粉的方法，往型腔加孕育剂，但要计算好重量和流速。

对厚断面心部球化不良问题，主要是球化衰退。我们在二次孕育时，向铁水中加入少量的Sb，以减少球化衰退，改善了断面心部石墨的球化状况。

实践中得出在铁水成分、温度及球化剂不变的情况下，采用多次孕育的大断面球铁件球化良好，联体浇注的试块石墨球较多而园整，反之石墨较少，大而畸形。因此在保证终硅量不变的前提下，采用多次孕育的方法，不断的往铁水里加生核剂，以保证厚大面球铁件质量稳定性。

采用上述处理工艺铸件达到预期目的。没有出现孕育衰退现象，后期浇注的Y型试样检测力学性能铸σb=701N/mm2，δ=2.3%金相观察球化级别为2级球经为5级碳化物数量<7%。

4．结论

（1）壁厚>100mm的厚大断面球铁件的化学成分的选择，会直接影响厚大断面球铁件生产的成败；正确选择CE，用Reg作球化剂，多次孕育处理，量能够防止球化衰退、石墨飘浮、球数减少等的缺陷。
（2）在化学成分上添加某些合金元素如铜钼锑，采用少量多次孕育抑制石墨飘浮，石墨畸变，使球铁厚壁中尽部位仍保持良好的球状石墨，铸态获得球光体，性能达到QT700-2的指标。
（3）为加快冷却速度，造型采用成型冷铁工艺，强制快冷是必要的。