影響各種類型石墨形成的因素

影響各種類型石墨形成的因素

影響 A 型石墨形成的主要因素

1. 鑄鐵結晶過冷度 過冷度直接受冷卻速度、化學成分、及形核能力的影 響，但對造型線上大批量生產鑄件時，冷卻速度并不可以控制和管理。 在鑄件壁厚不是很均勻時，對于鑄件上的邊角薄小部位冷卻速度快， 過冷度大，但如果鐵液冶金質量及孕育良好，并不會出現過冷石墨， 不過是石墨尺寸偏細小而已。

2. 鐵液中的非均質核心的影響

正常情況下沖天爐熔化的鐵液中的 S含量 可以達到 0.06-0.15%左右，鐵液中的 S 和 Mn、Ca 等元素可以結合生 成 MnS、CaS等硫化物作為石墨形核的核心和以 SiO2 為外殼的晶核。 有的廠家用電爐熔化廢鋼加增碳劑的方法生產灰鑄鐵，鐵水中硫含量 0.03%以下，在灰鐵中硫含量并非越低越好，這樣就非常不利于產生大 量非均質核心，從而容易造成石墨形態趨向于 D 型和 B 型，這種情況 下在電爐中加入適量硫鐵將硫含量提高至 0.07%左右即可。有關研究表 明，SiO2 晶體可以作為石墨結晶的外來晶核，在高于鐵液氧化皮形成 溫度時，析出的 SiO2 質點不可能作為石墨核心，其原因在于鐵液尚未 進入凝固時期， SiO2 內有效結晶表面或隨時間延長而溶解，或變為熔 渣而失去孕育能力。只有在凝固期間， SiO2 有一個晶質表面，它既不 成渣，也不溶解，從而起到石墨核心的作用。要使析出的 SiO2 起到石 墨核心的作用，須具備以下三個條件：①應合理加入含硅孕育劑②鐵 液中應有足夠的氧（ 20-30ppm），以便形成有效的 SiO2 晶核。③加入 孕育劑和凝固之間的時間間隔應為最短，隨流孕育完全可以滿足這個 要求。

3. 高溫靜置的影響 在大批量生產線作業的工廠一旦某一節點出現問題， 會導致整條線停產，這時尚在電爐中的鐵液在平衡溫度以上長時間過 熱后，鐵液中的自由氧及 SiO2 與鐵液中的 C 發生（SiO2+2C=[Si]+2CO （g）反應，鐵液因 CO 揮發而貧氧。這樣的鐵液在澆注冷卻凝固時， 可能形成極少數的 SiO2 晶核，且其中一大部分很容易失去作用，成為 一種缺少晶核的鐵液，這樣的鐵液石墨化率會很低下，很可能形成 D 型石墨和鐵素體基體 [2]。若用孕育劑處理這樣的鐵液也不會有太好的 效果，因對于形成足夠的 SiO2 有效晶核來說，還缺乏氧源。這就是為 什么長時間高溫靜置的鐵液石墨化能力差的原因。此時對這樣的鐵液 重新加入部分生鐵廢鋼及回爐鐵等材料進行調質處理即可。

4. 孕育劑的影響 在鐵液質量穩定的前提下，孕育劑的加入方式有包內加 入和包嘴隨流孕育兩種方式。包內加入的方式一般在做球墨鑄鐵時使 用，因為經球化的鐵水白口傾向比較大，同時球化鐵水最好在 7 分鐘 內澆注完畢，否則易發生球化及孕育衰退現象；在做灰鐵時以包嘴隨 流孕育的方式效果應為最佳，孕育劑粒度 0.3-0.5mm，使用量僅在 0.1-0.15%之間，加入時間與凝固時間的時間間隔為最短，這樣還完全 可以避免孕育衰退的發生。

影響 D 型石墨形成的因素 過冷石墨的形態特征是在奧氏體枝晶間分布著大量細小而無一定方向性的 近似點狀石墨。 首先由于鐵水缺乏形核因子或孕育效果的影響、 或鑄件本身壁薄 同時澆注后冷卻速度非常快， 造成結晶過冷度變大， 這樣的情況下都可能導致鑄 件形成 D 型石墨。具有 DTYPE 石墨組織的鑄件在清理機中清理時容易發生破損 和掉角現象。 所以正常情況下這種石墨組織應盡可能避免。 目前部分空調器壓縮 機用氣缸鑄件本身就要求金相組織以 D 型石墨為主，所以在鑄造方法上有的采 用金屬型提高冷卻速度，同時加入 0.05-0.07%的 Ti 進一步加大結晶過冷度，從 而促進 D 型石墨的形成。

影響 B 型石墨形成的因素 據有關資料介紹， B 型石墨就相當于 D+A 的組合。首先由于受鐵水質量或 孕育效果的影響 （在前文中已明確） 在鑄件的內部最起初先形成了分枝多而且密 的 D 型石墨，隨著結晶過程的進行，在共晶轉變中釋放出結晶潛熱向周圍散出， 導致結晶過冷度降低， 故外層石墨生長速率延緩， 石墨片又逐漸長成了片狀， 而 且沿著熱流的方向長成了輻射狀 [3]。再進一步向外發展時，由于熱流已不再有 明顯的輻射方向性，故外圍又長成了蜷曲的片狀 A TYPE 石墨。對要求 A TYPE 石墨比較嚴格的鑄件， 在鐵水冶金質量及孕育處理方面必須嚴格管理和控制， 盡 量避免 D TYPE 石墨的形成，也即可避免 BTYPE 的發生。

影響 C 型石墨形成的因素 生產中鑄件出現 C 型石墨一般有兩種情形， 一是生鐵遺傳性因素引起形成 C 型石墨，電爐本身過熱溫度低， 生鐵中的粗大石墨不能完全熔化， 但在沖天爐過 熱帶中過熱溫度可以達到 1700℃，生鐵中的粗大石墨基本可以熔化，所以一般 用沖天爐熔化的鐵水形成粗大石墨的幾率較低。 用電爐生產灰鑄鐵時所使用的生 鐵牌號控制在 18-22#鑄造生鐵較為恰當；另一種情形就是目前很多廠家大批量使 用廢鋼加增碳劑用電爐直接熔化生產灰鑄鐵， 在澆注過程中電爐中儲存的鐵水中 的碳不可避免有部分被燒損， 為了不使初晶溫度進一步提高， 作業者隨時向電爐 中補加部分增碳劑， 如果這部分增碳劑未能完全熔解即被倒出進行澆注， 這樣將 有部分增碳劑進入鑄件型腔隨其余鐵水一起結晶凝固， 這部分石墨就相當于過共 晶成分鐵液先析出的初生石墨一樣， 其余游離碳進一步附著并長大， 從而形成粗 大的 C 型石墨。在生產中控制好補加增碳劑的熔解或著在時間允許的條件下采 取其它調質措施即可解決此問題。

A TYPE 石墨的形成必要條件：硫化物等非均質核心及有效的 SiO2 為外殼的晶 核，鐵水中飽和平衡的含氧量及有效的孕育處理。

B TYPE 石墨即 D+A 的組合，加強鐵液質量及孕育管理， 避免 D 型石墨生成， B 型石墨也會隨之減少。

C TYPE 石墨在鐵液質量管理不好的狀態下在亞共晶成分鐵液中也會出現，必須 加強熔化原材料生鐵及未完全熔化石墨增碳劑的管理，避免粗大石墨生成。