鑄鐵的合金化處理可以追溯到20世紀(jì)三四十年代，合金化處理使得鑄鐵性能有了質(zhì)的飛躍，同時(shí)也誕生了一些特殊用途的鑄鐵如耐磨、耐蝕和耐熱性能。采用孕育的方式來生產(chǎn)鑄鐵也是在這個(gè)時(shí)期內(nèi)產(chǎn)生的。在20世紀(jì)40年代末，孕育后具有球形石墨的的鑄鐵替代了通常的片狀石墨鑄鐵，我們稱這類鑄鐵為球墨鑄鐵。

　　球化元素與反球化元素的分類

　　球化元素按其球化效果，一般分為三組。 

　　第一組：Mg、Y、Ce、La、Pr、Sm、Dy、Ho、Er。

　　第二組：Ba、Li、Cs、Rb、Sr、Th、K、Na。 

　　第三組：Al、Zn、Cd、Sn。 

　　第一組球化能力最強(qiáng)，第二組次之，第三組最弱。

　　當(dāng)用鎂作球化元素時(shí)，第三組元素往往產(chǎn)生反球化作用。

　　反球化元素 ：硫和氧是鑄鐵中常見的反球化元素，此外Ti、Al、B、As、Pb、Sn、Sb、Bi、Te、Se等則屬于鐵液內(nèi)常見的反球化元素。附表是按其作用機(jī)理分類。

　　如何選擇球化劑

　　球化劑和孕育劑是球化處理過程中最重要的材料，除了質(zhì)量穩(wěn)定外，選擇合適的球化劑還需要考慮以下幾種因素。

　　球化處理溫度：如果球化處理溫度>1480℃，球化反應(yīng)會(huì)比較劇烈，進(jìn)而造成較低的鎂吸收率。為了使球化反應(yīng)平穩(wěn)，則可選擇鈣含量相對較高的球化劑。如果球化溫度<1480℃，則可以使用鈣含量相對低一點(diǎn)的球化劑。

　　處理包尺寸：如果處理包的高徑比為1:1，則由于鎂蒸汽的散失會(huì)導(dǎo)致鎂吸收率的降低，建議使用鈣含量較高的球化劑。如果處理包的高徑比為2:1，則球化反應(yīng)會(huì)比較平穩(wěn)，鎂蒸氣會(huì)擴(kuò)散到鐵液中，鎂吸收率得到提高。

　　球化處理工藝：如果不使用蓋包法，那么球化反應(yīng)產(chǎn)生的煙霧就會(huì)進(jìn)入到大氣中，并且會(huì)產(chǎn)生刺眼的白光。為了使球化反應(yīng)平穩(wěn)，可以采用低鎂高鈣的球化劑。如果使用蓋包法工藝，鐵液不會(huì)飛濺，并且產(chǎn)生的煙霧較少，可使用高鎂低鈣的球化劑，以減少加入量，降低球化成本。 

　　處理重量：如果處理鐵液的重量小于500kg，那么可使用粒度較小的球化劑，推薦使用粒度12mm以下的球化劑。如果處理鐵液的重量在500~1000kg，可使用粒度較大的球化劑，如粒度為3~25mm的球化劑。如果處理鐵液的重量大于1000kg，則可以使用4~32mm的球化劑。

　　硅含量：如果鑄造產(chǎn)品的工藝出品率較低或者廢品率較高，想通過多加回爐料和廢鋼的方式進(jìn)行熔煉，而最終鑄件對鐵水的硅含量有嚴(yán)格要求。在孕育量沒法進(jìn)一步降低的前提下，可使用低硅球化劑進(jìn)行處理，這樣可使回爐料多加8%~15%，可降低鑄造廠的生產(chǎn)費(fèi)用。

　　原鐵液硫含量：如果原鐵液硫含量較高，如果不進(jìn)行脫硫處理，則需要高鎂高稀土的球化劑，并且加入量會(huì)較高，如果原鐵液的硫含量較低，則可以使用低鎂低稀土的球化劑，且加入量會(huì)較低，低鎂低稀土的球化劑成本也會(huì)比較便宜。 

　　不同的球化方式

　　目前常用的球化方式有以下幾種：包內(nèi)處理法（包括直沖法，三明治法和蓋包法）、型內(nèi)球化法、流淌法、純鎂處理工藝（包括轉(zhuǎn)包法和包芯線法）。現(xiàn)就這幾種球化方式的優(yōu)缺點(diǎn)簡單介紹以下。

　　包內(nèi)處理法：這是最常見的球化工藝，應(yīng)用范圍廣，小到幾公斤的汽車件，大到幾十噸的風(fēng)電件都可以使用這種工藝。以蓋包法的鎂吸收率最高，其次是三明治法。缺點(diǎn)是目前自動(dòng)化程度不高，國內(nèi)已有一些設(shè)備廠在研發(fā)自動(dòng)加料系統(tǒng)。 

　　型內(nèi)球化法：現(xiàn)在使用這種工藝的鑄造廠不是很多，因?yàn)檫@種工藝的缺點(diǎn)比較明顯，球化處理產(chǎn)生的渣子有時(shí)會(huì)進(jìn)入型腔，造成夾渣缺陷而產(chǎn)生廢品。另外，這種球化工藝對鐵液溫度及鐵液流速要求較高，否則會(huì)球化不均勻。 

　　流淌法：顧名思義，流淌法是鐵液流過裝有球化劑的球化室而進(jìn)行球化，目前這種工藝用的并不是太多。優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)化程度相對高一些；缺點(diǎn)是對鐵液溫度和鐵液流速要求較嚴(yán)。 

　　純鎂球化工藝：有時(shí)也叫高鎂球化工藝，目前主要有兩種形式，轉(zhuǎn)包法和包芯線法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)化程度較高，也有利于環(huán)保；缺點(diǎn)是鎂吸收率偏低，產(chǎn)生的煙霧和渣子較多。 

　　附圖從煙霧和渣子及鎂吸收率等方面對各種球化工藝進(jìn)行對比。 

　　生產(chǎn)球墨鑄鐵的注意事項(xiàng)

　　現(xiàn)在簡要總結(jié)一下生產(chǎn)球鐵的注意事項(xiàng)。

　?。?）原鐵液的硫含量及其他微量元素不要太高。如果原鐵液硫含量和其他微量元素含量太高，則需要較多的球化劑加入量或者稀土含量較高的球化劑，這樣球化劑的成本就會(huì)增加，另外過多的球化劑會(huì)造成更多的渣子，不利于鑄件質(zhì)量的穩(wěn)定。稀土含量太多，則會(huì)在大斷面的鑄件上易產(chǎn)生碎塊狀石墨。 

　?。?）球化處理的穩(wěn)定性。球化處理工序是球墨鑄鐵生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵工序，只有球化處理工序穩(wěn)定了，鑄件的質(zhì)量才能穩(wěn)定。針對不同的產(chǎn)品，不同的原鐵液硫含量，該加入多少球化劑、孕育劑等，都要寫入作業(yè)指導(dǎo)書并且嚴(yán)格執(zhí)行。 

　　（3）避免較長的等待時(shí)間。 球化孕育處理后，應(yīng)立即進(jìn)行澆注。因?yàn)殡S著時(shí)間的延長，殘留鎂會(huì)燒損并且孕育效果會(huì)衰退。 

　?。?）避免過高的殘留鎂含量。較高的殘留鎂含量會(huì)增大鑄件的縮松傾向，對于一般球墨鑄鐵，殘留鎂含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）應(yīng)控制在0.035%~0.045%，對于高鎳球墨鑄鐵，殘留鎂含量應(yīng)控制在0.06%~0.07%。

　　（5）對要求較高的鑄件使用較好的孕育劑。對要求較高的風(fēng)電件、高鐵件等，則應(yīng)選擇孕育效果較強(qiáng)的隨流孕育劑（如具有專利的Ultraseed/Ce）。其特點(diǎn)是能顯著增加石墨球數(shù)，且石墨球形圓整。