摘要；在预处理过程中，利用75硅铁的脱氧工艺；补偿球铁中 (SiO2)的缺失量，配合初生奥氏体晶枝生长剂的应用；在球铁铁液共晶度=（0.99—1）的条件下，稳定的生产球化率≥90%球墨铸铁。
　　关键词；硅氧化；预处理；球墨铸铁
　　目前铸造行业广泛应用的孕育处理工艺，大都着眼于影响铸铁共晶转变时的石墨生核。如何加以改进,使通过孕育处理即能控制共晶转变,又能控制初生奥氏体的析出,这是一项值得认真研究的课题。
　　铁液中加入细微的粉状α-石英或α-方石英（其中主要成分为SiO2)，初生奥氏体枝晶都易于生核析出。石英通过反应可形成异质晶核的形核剂，形核剂中的元素能与液态金属中的某些元素，反应生成较稳定的化合物，这些化合物与细化相具有界面共格对应关系而能促进非均质形核。
　　如把硅铁加入铁液中，瞬时间形成了很多富硅区，造成局部过共晶成分迫使石墨提前析出。而硅的脱氧产生物二氧化硅(SiO2)及硅铁中的某些微量元素形成的化合物可作为石墨析出的有效衬底，促进非均质形核。
　　球墨铸铁的处理方式不同于灰铸铁,其中析出石墨所依托的异质晶核也就不同于灰铸铁。经球化处理的铁液纯净度高,其中的硫,氧含量显著降低。从热力学能位的角度看来,一些元素的硫化物比氧化物稳定,因而先形成MgS,CaS和MnS等硫化物，作为晶核的核心。然后在细微的硫化物上，形成多种氧化物，这些氧化物又与SiO2作用形成复合的硅酸盐外层，与石墨晶格的匹配度较好，这就是球状石墨析出的异质晶核。
　　利用75硅铁脱氧生成的氧化物(SiO2);做为球墨铸铁石墨球生长的过渡层,是一种新工艺. 通过实践也逐步认识到；由硅酸盐和SiO2作用形成的复合外层 ,与球状石墨的生长有着良好的匹配度，在生产球墨铸铁的过程中,更容易获得形态圆整的球状石墨。
　　1 球墨铸铁的石墨形核
　　到目前，很少有人对石墨晶核的产生提出明确的观点。研究人员经过多年的努力，在此领域取得了很大的进步。在实验研究中，研究人员发现了球状石墨中有夹杂物的痕迹。如用扫描电镜和X射线显微分析技术，对球状石墨进行仔细分析观察，发现了在球状石墨中心，有尺寸约为1微米的外来夹杂微粒，而且认为这些起晶核作用的微粒，具有双层结构。
　　在用硅－铁－镁进行球化处理和用硅铁进行孕育处理的球墨铸铁中，晶核的最中心部分由钙和镁的硫化物组成，其尺寸约为0.05微米，晶核的外围层则由镁，铝，硅，钛的氧化物构成；在硫化物质点和外层氧化物之间，以及外层氧化物和在其上生长的石墨之间，均发现了一定的晶向对应关系。由此认为，镁，钙等元素在球状石墨晶核形成过程中的作用在于：通过组成这些元素的硫化物而去除了熔体中自由态的硫；这些硫化物的微粒，构成球状石墨最中心部分。
　　在9000倍电子显微镜观察下，可以进一步显示球状石墨的微观结构。球状石墨内部显示年轮状的结构，其内部好像有一核心，离开中心部分一段极微小距离以外，碳原子开始形成年轮状堆积。

　　图1  （a）、（b）×100看到的球状石墨结构（c）×500看到的球状石墨结构（d）×9000看到的球状石墨结构

　　从核心开始，石墨呈辐射状发展，每个放射角皆由垂直于球的径向、互相平行的石墨劲歌基面即（0001）面堆积而成，构成一个单晶粒，所有的c轴[0001]均呈径向辐射状排列，石墨球就是由许多这样的多面锥体状的石墨晶粒所组成。

　　图2球状石墨结构模型

　　在扫描电子显微镜下，它完全显示出了球状石墨的立体外貌，可以清楚的看出，石墨球表面是不光滑的，而且带有许多大小不同的泡状物。

　　图3   ×1 500球状石墨外貌存有突起的许多泡状

　　为能够稳定的生产球化率≥90%的球墨铸铁，还需控制初生奥氏体枝晶的生成量。在工业生产的条件下,球墨铸铁的凝固是在非平衡条件下进行的,在共晶转变之前已有初生奥氏体枝晶的析出。初生奥氏体枝晶的数量和枝晶间距,对球墨铸铁中的石墨形态、尺寸、和分布状况都有重要的影响。枝晶间距大,枝晶间就有大的石墨球；枝晶间距小,就只能产生小的石墨球,因为一部分石墨球是在枝晶间的铁液中析出的。
　　图4是在模型中每个凝固单元为有枝晶结构和许多石墨球的一个共晶奥氏体晶粒。

　　图4  G.Rivera等人提出一个新的凝固模型（奥氏体枝晶间生长着球状石墨）

　　国内专家研究证实；有一个石墨球和奥氏体组成的共晶晶粒，也有包围几个石墨球的奥氏体晶粒。更多的是，共晶石墨球的外围有多个奥氏体晶粒生核、长大，最后形成包围石墨球的“晕圈”的情况

　　图5奥氏体在石墨球上生长

　　图6  ×500DIC照明看到的球状石墨

　　2 硅氧化孕育球墨铸铁?实验数据
　　主材配料；原生铁15%，回炉料30%，废钢55%，
　　在3吨中频电炉内的铁液中取样进行的实验
　　（表1）QT600--3原铁水取样

　　（表2）QT600--3球化后的铁水取样

　　（表3）球铁共晶度的检测结果

　　（表4）球化率-石墨数量-石墨等及-珠光体数量

　　图7   硅氧化工艺生产的球铁金相照片×100
　　（表5）硅氧化孕育处理工艺后球墨铸铁力学性能高于普通孕育的力学性能

　　（表6）硅氧化孕育工艺过程

　　利用热分析技术，可将球铁铁水进行凝固温度范围的调控。当共晶度=1,共晶再辉度 ～2 ℃时,球铁铁水凝固温度范围可控制在很窄的区间。窄凝固温度范围球铁铁水的特点：（1）提高了铁水的流动性；（2) 石墨球数会相应增多、单个体积变小；(3) 调解了石墨的析出区间，有效的减轻了铸件出现缩孔、缩松的机率。

　　（表7）铸造合金种类与凝固温度范围的关系

　　通过调节碳和硅的成份选择合适的共晶度从下例的梯形试块的实验中可以观察到；宽凝固温度范围(亚共晶）球铁铁液浇注的试块心部出现了缩孔。而窄凝固温度范围的球铁铁液（共晶）成分的球铁铁液浇注的试块则没有这种情况。

　　图8  QT450--10;1260℃时浇注的梯形试块共晶度=0.98时出现的缩孔
　　QT450--10;1260℃时浇注的梯形试块共晶度=1时没有出现缩孔
　　窄凝固温度范围的球铁铁液充型效果好，用共晶度=1的球铁铁液浇注的5毫米大小的铸字，都能铸得非常清楚。

　　（图9） QT450--10浇注温度1390℃---1360℃

　　3  经济效益
　　常规工艺条件下：
　　传统工艺：生产球化率≥90%的球铁，采用进口的高级孕育剂为40000元/吨；
　　常规工艺；生产球化率≥80%（90%？≥80%）,采用的孕育剂其价格在≥8000元/吨。
　　硅氧化工艺：生产球化率≥90%的球铁,采用国产75硅铁价格7000元/吨。
　　（表8）硅氧化孕育球墨铸铁的成本表（与硅含量相同的球化率≥90%球铁比较）

　　4  结论
　　利用75硅铁脱氧生成的氧化物(SiO2)做为球墨铸铁石墨球生长的过渡层,是一种新工艺，其机理是由硅酸盐和SiO2作用形成的复合过度层 ,与球状石墨的生长有着良好的匹配度，为球状石墨的生长提供了充分的条件，此工艺即降低了生产成本又简化了操作过程，并可稳定的生产球化率≥90%球墨铸铁。
　　此工艺操作简单适用范围广，在多家条件差的小企业中，同样做到了稳定的生产球化率≥90%的球墨铸铁。